广东梅河高速公路水泥混凝土路面滑模施工实践
摘 要:结合广东梅河高速公路水泥混凝土路面滑模施工实践,从原材料质量、外加剂使用、混凝土配合比设计等方面对水泥混凝土路面滑模摊铺技术进行了探讨。
梅(州)河(源)高速公路是连接广东省经济发达地区和粤东山区的交通干线,是贯穿广东东西交通的大动脉。第一合同段桩号为K0+000~K24+000,路线总长24 km,设计为水泥混凝土路面,采用滑模摊铺机进行摊铺施工。主线路面结构层为:15cm厚未筛分碎石垫层,20 cm厚水泥稳定碎石底基层,20 cm厚水泥稳定级配碎石基层,28 cm厚弯拉强度为5 MPa的水泥混凝土面层。
水泥混凝土路面滑模施工技术起源于欧美国家。该技术以其施工速度快、质量好、自动化程度高等特点迅速在美国、德国、法国等国家使用。经过30多年的发展,滑模施工技术在这些国家已经是一项成熟的技术。我国在上世纪80年代末开始引进滑模摊铺机,并进行滑模施工技术研究和推广,经过十几年的发展,目前滑模摊铺已经成为提高水泥混凝土路面施工质量的一种有效途径。但是我国滑模摊铺施工仍然存在塌边、麻面、裂缝、平整度不理想等问题。为了使滑模摊铺的路面具有理想的强度、提高耐磨性和行驶舒适性,有必要对滑模摊铺水泥混凝土路面的原材料、配合比设计、外加剂使用等问题进行探讨。本文结合梅河高速公路1标滑模施工实践,探讨混凝土路面滑模施工技术。
1 原材料质量控制
滑模施工水泥混凝土路面不仅应满足强度高、耐久性好、抗磨性和抗冲击性强等质量要求,而且应具有适合滑模工艺实施的工作性。为了满足滑模施工水泥混凝土路面的技术要求,提高路面的质量,需要从设计、材料、施工、管理等方面综合控制。目前水泥混凝土路面滑模施工技术日趋成熟,对原材料的质量提出了较高的要求,要摊铺出优质滑模混凝土路面,必须从原材料抓起。水泥混凝土滑模施工的原材料除需要符合《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)和《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》(JTJ/T 037.1-2000)的相关规定外,还应根据实际工程情况满足工程应用。
对水泥,从提高整个路面的使用性能出发,应综合考虑水泥品种、强度标号、细度、凝结时间、矿物组成、安定性、碱含量、干缩率、耐磨性等指标。选用水泥时,水泥的各项路用品质必须合格,并应通过混凝土配合比试验,根据其试配弯拉强度、耐久性和工作性确定可以使用的水泥的品种、标号及厂家。在梅河高速路面1标选择水泥时,通过实验室对比试验,选用了广东梅州塔牌P•Ⅱ42.5硅酸盐水泥,其3 d抗压强度为30.2 MPa,28 d抗压强度为56.5 MPa,3d抗折强度为5.6 MPa,28 d抗折强度为9.1 MPa。
集料是混凝土中分量最大的组成材料,滑模施工混凝土路面的粗集料可使用碎石、卵石和砾石。
砾石最大粒径不得大于20 mm,卵石和碎石最大粒径不得大于31.5 mm,超径含量均不得大于5%。细集料宜控制粒径小于0.15 mm的石粉含量不大于1%。粗集料和细集料的指标见表1。但是水泥混凝土路面粗集料的最大粒径是一个长期以来有争议的问题。按照规范的规定,用于滑模摊铺的水泥混凝土路面,最大公称粒径可以为31.5 mm(方孔筛),但实际上过大的粒径(31.5 mm)影响混凝土拌和物的工作性,尤其是用DBI法设置传力杆时,使得DBI装置打入传力杆相当困难,也就影响了该处路面的平整度。研究表明,随着最大粒径增加,混凝土离析增大,不利于制作匀质混凝土路面。最大粒径增加,坍落度变大,粘聚性变差,振动中容易流浆、分层离析,滑模摊铺更容易塌边或倒边。
工程施工中发现:集料最大粒径为31.5 mm时,打入传力杆困难,并且摊铺的路面平整度较差。后来更改集料的最大粒径为26.5 mm后,混凝土的和易性变好,路面平整度提高了5%左右。在本工程中使用最大公称粒径为26.5 mm(方孔筛)的集料作为滑模摊铺路面的粗集料,施工效果是令人满意的。滑模施工路面混凝土集料技术指标见表1。
对外加剂,规程规定在滑模摊铺混凝土路面中应使用减水剂及引气剂,其它外加剂品种视现场气温、运距和混凝土拌和物振动粘度系数、坍落度及其损失、可滑性、弯拉强度、耐久性等需要选用。外加剂的产品质量应达到一等品的要求。外加剂的使用是滑模施工中的一项关键技术,下面将专门进行讨论。
2 混凝土外加剂控制技术
在水泥混凝土路面滑模施工中,外加剂是必不可少的,除规范规定的必须使用的减水剂及引气剂外,保塑组分、缓凝组分等在滑模施工中都起着极其重要的作用。梅河1标滑模摊铺时正赶上夏季热天施工,必须考虑缓凝减水和引气,因此决定使用减水率高、坍落度损失小、收缩率小、凝结时间可调控的引气缓凝高效减水剂。滑模摊铺的混凝土坍落度一般在2~5 cm之间,对于其振动易密性、流动性、粘聚性、可滑性的要求很高。使用高品质的外加剂能有效地改善混凝土的工作性,是保证施工的前提条件。
目前市场上的外加剂种类繁多,在外加剂的施工质量控制中,首先应进行适宜路面工程的外加剂优选试验,选择性能价格比较优的外加剂。选择外加剂时,首先要满足适应性要求,选择与水泥相适应的外加剂,并找到最优掺量;其次是满足滑模施工混凝土路面所要求的较低水泥用量下的高抗折强度;三是满足滑模施工对可作性的要求,特别是满足不同施工季节所要求的引气、缓凝、保塑等性能;四是满足小变形和耐久性要求。在梅河高速公路路面1标混凝土试配期间,首先对徐州CNF-3、重庆LW-5L及广东X和HPM-3A引气缓凝高效减水剂进行了对比试验,最终选择了各项性能良好的重庆LW-5L引气缓凝高效减水剂。LW-5L引气缓凝高效减水剂是一种液体复合外加剂。该产品掺量低(1%~1.2%),性能稳定,无沉淀、不分层,产生的气泡密而小,可在混凝土强碱性环境下长时间存在。
根据设计要求,路面普通混凝土抗折强度设计为5.0 MPa,要求试配达到5.8 MPa以上;钢纤维混凝土抗折强度设计为6.0 MPa,要求试配达到6.9MPa以上;混凝土坍落度在30~50 mm,混凝土含气量在3.0%~5.0%之间,对混凝土拌和物的和易性要求高。表2是重庆LW-5L缓凝高效减水剂用于梅河路面1标面层混凝土的试验记录表。从使用情况看,混凝土强度及工作性均满足规范要求,是性能优异的滑模摊铺外加剂。
3 混凝土配合比设计
水泥混凝土路面滑模摊铺不同于小型机具人工摊铺,配合比设计除应满足抗弯拉强度、工作性、耐久性、经济性4项基本要求外,保证滑模施工的最佳工作性及其稳定性和可滑性是试配的关键。用于滑模摊铺工艺的新拌混凝土必须满足以下2点要求:第一,混凝土拌和物应均匀、稳定,和易性佳,保水性好;第二,混凝土拌和物粘聚性能优,以避免新铺路面出现塌边和泌水现象。要使滑模摊铺后混凝土不产生蜂窝、麻面、拉裂和倒边、塌边等不良现象,主要通过限制混凝土拌和物的坍落度予以保证。梅河高速公路1标滑模施工采用美国进口的GOMACO GP-4000型滑模摊铺机(带DBI装置),混凝土坍落度一般控制在30~50 mm之间。坍落度大于50 mm容易塌边,小于30 mmDBI自动打入传力杆比较困难。
为了满足混凝土的工作性要求,保证施工质量,在混凝土配合比设计方面,从原材料的选择、集料配比和水灰比控制等方面经过反复试验、反复比较,最终确定最优工作性的原材料及施工配合比如下:
水泥采用广东省梅州市塔牌集团公司生产的“塔牌”P•Ⅱ42.5水泥,粗集料采用兴宁径心石场的碎石。普通混凝土由16~26.5 mm,9.5~16 mm,4•75~9.5 mm三级配按45∶45∶10的比例混合组成,钢纤维混凝土由9.5~19 mm,4.75~9.5 mm二级配按70∶30的比例混合组成。细集料由兴宁嘉盛砂场的砂组成,外加剂采用重庆LW-5L引气缓凝高效减水剂。掺LW-5L外加剂的施工配合比如表3所示。从施工结果看,混凝土的和易性好、不泌水、没有离析现象;从钻芯芯样看,混凝土表面密实,颗粒分布均匀,无大气泡现象;从水泥混凝土弯拉强度抽检结果看,各项指标均符合规范要求。
4 结语
水泥混凝土路面滑模施工作为一种先进的修筑技术,促进了水泥混凝土路面的发展。为了满足滑模施工的技术要求,提高滑模摊铺水泥混凝土路面的质量,要从原材料质量、混凝土外加剂使用和混凝土配合比等方面加以控制。梅河高速公路路面1标滑模施工实践表明,只有选用高质量的混凝土原材料、性能优异的滑模摊铺外加剂及严格控制混凝土配合比,摊铺出的路面不仅具有强度高、耐久性好、变异性小等特点,而且具有适合滑模工艺实施的最佳工作性。
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