摘 要:分别就滑模成型路面的粗集料含量、密度、表面孔隙率和抗压强度内部质量指标与振动密实加速度的关系进行了试验、理论分析和统计回归分析,并给出了滑模摊铺振动密实的新的判定参数和准则。
关键词:混凝土振动;路面滑模铺装;质量控制;路面施工技术
水泥混凝土路面滑模施工的关键过程之一是移动振捣棒对混凝土混合料进行振动密实。前人已对固定振捣棒的振动加速度与混合料的密实度和抗压强度的关系做了大量试验研究。在此基础上,本文将对移动振捣棒的振动加速度与滑模成型路面内部质量的关系作一探讨。混凝土内部一点的运动在动态密实时为周期性振动,其振动加速度幅值大小将随距离振捣棒轴线的横向位置和纵向位置的改变而变化,这些变化对滑模成型路面的内部质量将产生影响。为了获得合格的成型路面内部质量,提出加速度和滑模成型路面质量的关系问题是有重要意义的。
该问题关系到滑模摊铺机上振捣棒的设计和配置以及施工时摊铺速度的选择。
1 滑模摊铺振动密实判定参数选择
混凝土内部一点加速度幅值在振捣棒移动过程中呈现从0到最大,又从最大减小到0的指数变化规律。在探讨加速度与路面成型内部质量的关系时,选取变化曲线上的哪一点加速度值来分析比较合适呢?考虑到变化曲线上的加速度幅值的最大值(最大加速度)与振捣棒尖端空载加速度的纵横向关系,选取最大加速度对加速度测量和理论分析以及棒间距和棒侧距的讨论比较方便。因此,选用最大加速度来分析它与路面内部质量的关系。
2 加速度与滑模成型路面内部质量的回归关系将粗集料含量δa、密度d、表面孔隙率δv和28d抗压强度σc作为因变量,以加速度作为自变量作图,便得到图1(a)~(d)(见下页)所示的散点图或回归图。图1(c)和(d)的回归代号为deltva和sig-a,相应的相关系数和回归方程列于表1中,由文献[1]附录ⅸ知,ρ0.001=0.5974。因为表1中的相关系数ρ>ρ0.001,所以认定在99.9%的置信度下,表面孔隙率δv和抗压强度σc与最大加速度相关,其回归方程的效果是显著的。
图1 成型内部质量与加速度的关系
表1 成型内部质量指标回归方程汇总表
由图1(a)和(b)发现,路面内各点所在的局部区域的粗集料含量δa和密度d分布很散,与最大加速度没有一定的关系。换句话说,最大加速度对路面的均匀性和均质性没有显著影响。然而,图1(c)和(d)都表明,表面孔隙率δv和抗压强度σc与加速度密切相关。也就是说,最大加速度对路面内的孔隙多少和抗压强度具有显著影响,但这种影响随着最大加速度的增大在减缓。从图1
(c)可以看出,当最大加速度超过80 m/s2时的表面孔隙率在0‰~8‰范围内波动;而当加速度再增加时,则对表面孔隙率的减小没有什么效果。从图1
(d)发现,当最大加速度超过80 m/s2时,抗压强度在28~35 mpa范围内波动,而当加速度再增加时,抗压强度增加不大。根据回归代号为deltva的表面孔隙率的回归方程,得到表面孔隙率与最大加速度的经验公式。
δv= 43a-0.820 7(1)式中:δv为表面孔隙率(‰);a为最大加速度(10 m/s2)。根据回归代号为sig-a的抗压强度的回归方程,得到抗压强度与最大加速度的经验公式。
σc=-0.000 129a4+0.011 5a3-0.368a2+4.93a+7.36 (2)式中:σc为28 d抗压强度(mpa);a为最大加速度(10 m/s2)。
3 滑模摊铺振动密实判定准则
由于试验混凝土的平均养生温度为4℃,并且试件为圆柱形。按照28 d抗压强度与养生温度的试验曲线[2]和方块试件转化为圆柱形试件的统计数据[3],那么标准养护温度下的试配抗压强度转化到试验温度下的圆柱形试件的抗压强度应为σc= [(rh+tσ) -δσ]αt(3)
式中:σc为试验温度下圆柱形试件的抗压强度(mpa);rh为抗压强度的设计值(mpa);t为保证率系数;σ为抗压强度标准差(mpa);δσ为标准养生条件下方块试件与圆柱形试件的抗压强度的差值(mpa);αt为养生温度修正系数。混凝土路面的抗压强度的设计值为35 mpa,当保证率取90%,保证率系数为1.28[2];抗压强度的实测值的标准差σ为5 mpa;由试验规范[3]知,δσ=5 mpa;由文献[2]试验曲线知,4℃下的抗压强度与20℃下的抗压强度比αt为0.77。将以上数据代入式(3),得σc= 28.0 mpa也就是说,在保证率为90%时,试验条件下的圆柱形试件的抗压强度达到28 mpa才认为是合格的。将28 mpa代入式(2)中,得到保证抗压强度合
格时的最大加速度低限ac1值。ac1= 74 m/s2
如果将表面孔隙率的上限定为8‰,即认定当表面孔隙率小于8‰时,混凝土已得到充分密实。那么,将8‰代入式(3)得到最大加速度的另一低限ac2值。ac2= 78 m/s2
根据ac1和ac2的大小,选取80 m/s2作为保证滑模摊铺施工时的强度和密实度的最大加速度低限ac,即ac= 80 m/s2
于是,得出如下结论:对于摊铺速度为1~6m/min,坍落度为0~8 cm时的滑模摊铺施工,当混凝土中的最大加速度不低于80 m/s2时,混凝土混合料才能得到充分密实,抗压强度才能得到保证。[4]曾给出最佳加速度值为40 m/s2,推荐的加速度值为40~70 m/s2,以及经济加速度界限值为120 m/s2。这与上面讨论中给出的最大加速度低限值80 m/s2似乎有矛盾之处。究其原因主要归结于滑模摊铺的特点所致。因为文献[4]给出的最佳加速度等是在振捣棒固定时试验得出,所测量的加速度波形幅值基本上相同,给出的加速度值就是平均值。而滑模摊铺过程中的加速度波形幅值经历了由0变大,再由大变0的过程,本文所给的加速度低限值为该过程中的最大加速度值。如果选用滑模过程中的加速度幅值的平均值作为衡量指标,那么这两者应当是一致的。所以,实际上两者没有本质上的区别。此外,文献[5]曾提出滑模振动密实30 cm厚的混凝土摊铺层要求最低有30 m/s2的振动加速度。但文献[5]没有指出该加速度是滑模过程中的加速度的最大值,还是均值或其他统计值。
4 结 语
根据滑模摊铺振动密实中的加速度纵横向传播和分布特点,提出了以混凝土中一点的最大加速度作为滑模施工中的振动密实判定参数这一新思想,并在对滑模成型内部质量与最大加速度的统计分析的基础上,提出了滑模摊铺有效密实时的最大加速度不低于80 m/s2的新准则。按照该准则,就可以据加速度的横向传播规律来选择、调整棒侧距和棒间距。
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