新材料新技术在水泥砼路面滑模施工中的应用
摘要:该文介绍了宣大高速公路水泥混凝土路面所用新材料(耐碱玻璃纤维,钢纤维)的应用以及滑模摊铺中DBI(传力杆自动插入机械手)技术的应用,同时对使用中易出现的问题进行了分析。
关键词:新材料;新技术;混凝土;路面;应用
在宣大高速公路21 km水泥砼路面施工中,采用了耐碱玻璃纤维、钢纤维高弯拉强度砼新材料,并首次在滑模摊铺水泥混凝土路面中成功地试验使用了DBI技术。
1 耐碱玻璃纤维、钢纤维的应用
1.1 纤维的使用目的
a.钢纤维的应用能显著提高砼的抗弯拉强度、劈裂强度、抗冻性、耐磨性以及抗疲劳性。和相同水泥用量的普通砼相比,其抗弯拉强度及劈裂强度提高10 %—15 %;
b.耐碱玻璃纤维的应用能较明显地提高砼的抗弯拉强度,和相同水泥用量的普通砼相比,其抗弯拉强度能提高5 %—8 %。
1.2 对材料的基本要求
1.2.1 钢纤维砼
钢纤维砼的性能除了与基本砼有关外,还受钢纤维品种、性能及掺率的影响,同时,钢纤维砼对粗集料的粒径也有一定的要求。粗集料的最大粒径直接影响到钢纤维的握裹力,一般最大粒径不宜超过钢纤维长度的1/2,极值不宜超过纤维长度的2/3。
1.2.2 耐碱玻璃纤维砼
因水泥与水接触后立即发生水化反应,在其初始反应期内,混合物的pH值可迅速增至13,所以对纤维的耐碱性有特殊的要求,必须足以抵抗其碱度。宣大公路采用的耐碱玻璃纤维长度为12 mm。
1.3 配合比设计
对滑模摊铺砼路面来说,一般采用体积的0.5 %—1.0 %,且不宜超过60 kg/m3,用量太大则费用太高,太少则效果不显著。集料宜采用连续级配。钢纤维砼的砂率取值较普通砼大,增大范围与钢纤维用量有关,一般采用40 %—50 %,或按下式估算:Str=Scr+10V,
式中:Str——钢纤维砼的砂率,%;
Scr——普通砼的砂率,%;
V——钢纤维的体积率,%;
玻璃纤维砼的配合比设计同普通砼,其砂率可较普通砼提高1 %—3 %,纤维用量视其粗细可控制在2 kg/m3—5 kg/m3。砼中掺入一定量的粉煤灰,可起到以下作用:
a.代替部分水泥和细骨料,降低工程造价;
b.有利于面板的抗弯拉强度,并对砼的长龄期强度有一定的提高;
c.改善了砼的和易性,有利于滑模摊铺的平整度和外观;
d.降低了砼初始反应期的碱性,减小了对纤维,特别是对玻璃纤维的腐蚀。
宣大高速公路纤维砼所用配合比见表1。
1.4 砼的拌合
1.4.1 集料精度
纤维用料误差控制在1 %,其他材料同普通砼。
1.4.2 砼的拌合
为保证纤维砼的均质性,应严格控制拌合料的最短搅拌时间。纤维砼相对普通砼纯搅拌时间应延长1/3。
宣大高速公路所用拌合设备为德国产ELBA单卧轴式搅拌楼,在拌合纤维砼时,每一搅拌循环调至120 s,相应纯搅拌时间为60 s,拌合物质地均匀,性能良好,无离析现象。
1.5 滑模摊铺
对纤维砼的摊铺施工,应注意以下几点:
a.振捣棒位置的设定:对于纤维砼,振捣棒下缘应严格控制在路面标高以上,严禁插入路面,以免振捣棒拖出浆槽;
b.滑模摊铺机正常摊铺时,因振捣棒控制在路面以上,振捣频率应较摊铺普通砼高,宜控制在8000 r/min—11 000 r/min之间,机手应随时根据机
前砼拌合物的坍落度调整摊铺速度和振捣频率,坍落度小则适当降低摊铺速度和加大振捣频率;
c.摊铺速度的控制:对于纤维砼,摊铺速度应控制在0.8 m/s—1.5 m/s之间,速度太快则影响砼的密实度;
d.抗滑构造的制作:建议采用拉、挂软尾排刷拉毛法,但要对排刷经常换洗。
2 DBI(传力杆自动插入机械手)技术的应用
2.1 滑模摊铺使用DBI插入传力杆的施工步骤
a.首先将加工好的传力杆按每条缩缝的设计数量分两层放入传力杆分布行车盒中;
b.由左到右开动行车移动,盒中的传力杆在设定插入位置将有一根由自重自动落入传力杆槽中;
c.到达缩缝位置后开动振动插入杆,振动压入传力杆,传力杆插入深度由插头深度确定,插头深度根据板厚不同可调整到面板中央位置;
d.插入到位后插头自动垂直升起,最后,自动跟进补偿滞后的位置;
e.必须在设定板即缩缝位置准确插入传力杆,误差不大于3 cm,并作标记。
2.2 使用DBI技术的主要问题
应用DBI技术时,应注意以下两个问题:一是传力杆的加工精度一定要满足下述规定要求;首先,传力杆两端必须是圆截面,不得挤压切断形成扁头,尺寸误差不应大于+1 mm,-3 mm;其次,传力杆必须要垂直,只有这样才能保证行车分布时不卡传力杆。二是新拌混凝土不得特别干硬,必须满足规定的要求。
3 纤维砼的使用效果
钢纤维砼面板平均抗弯拉强度达到7.7 MPa,平均抗压强度达42 MPa,劈裂强度4.8 MPa;耐碱玻璃纤维砼面板平均抗弯拉强度达7.5 MPa,平均抗压强度达40 MPa,劈裂强度3.6 MPa。两种面板明显地比普通砼面板强度上提高了一个等级,且路面平整,无裂纹断板现象。
4 使用DBI技术的优点
a.使用DBI技术不影响滑模摊铺机的推进施工速度,传力杆插入过程中无需停机或停机次数少,保证了路面的高平整度和高施工效益;
b.DBI技术的经济性好,无需使用钢筋支架;
c.传力杆插入精度较高,完全满足《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》的规定。在配备振动搓平梁的条件下,上部插入缺陷可完全修复;
d.DBI技术中没有钢筋支架的约束,冬季缩缝开口位移量将更均匀;
e.DBI技术为我国高速公路、一级公路水泥混凝土路面改型为全缩缝插传力杆的结构提供了良好的施工技术条件,在此基础上,我国水泥混凝土路面设计规范已经有条件象发达国家一样,强制规定将特重交通、重交通路面全部缩缝插入传力杆。
总之,在宣大高速公路混凝土路面施工中,对新材料和新技术的应用是比较成功的,不仅提高了水泥混凝土面板的抗弯拉强度和劈裂强度,而且彻底消除了水泥混凝土面板因错台、翘头造成的颠簸现象,建议今后水泥混凝土面板施工中,大力推广该项新材料和新技术。
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