摘 要:结合黑龙江省高等级公路滑模摊铺施工技术和工程实践,针对提高滑模摊铺水泥混凝土路面的工程质量,从机械原理、混凝土材料、搅拌、运输、摊铺操作等方面进行研究和总结,为大规模使用滑模摊铺机修筑水泥混凝土路面提供经验。
关键词:滑模摊铺;水泥混凝土路面;平整度;坍落度;抗折强度
1 滑模摊铺机合理的工作结构和先进性能滑模摊铺机工作部位结构紧凑,功能强,能够不间断地同时完成布料、振捣、压实、抹平等工作,使成型的路面不间断从模板后形成。其工作部位的结构工艺如下:
(1)第一螺旋布料器。双向旋转、无级变速,主要用于左右布料。
(2)松方控制板。通过油缸调节高度控制进料,保证振动排气仓内料位高度保持稳定。
(3)振捣棒。无级变频,最高可达10 500次/min,振捣半径50 cm,均匀安装成组,使水泥混凝土料连续均匀受振,保证充分排气、振实。
(4)第二螺旋布料器。双向旋转,无级变速,可用来松动振动仓内的布料。
(5)夯实捣杆。把表面粗骨料打至路面表层5~8 mm(深度可调),使挤压底板挤压成型后的路面表面光滑,灰浆均匀。
(6)挤压底板。由不同宽度的模板组合成的模具,利用机械自身重力与侧滑板共同把振动密实的混凝土料挤压成型。
(7)成型尾板。与底板相连,通过调整可提高路面横向平整度。
(8)自动抹平板。用于消除表面气泡及粗集料拖动等局部缺陷,抹平板长约3•6 m,悬挂于摊铺机的后方,在出模后的路面上做横纵向复合运动,不但提高路面平整度,同时能够提浆,保证制作出优良的抗滑构造。
2 混凝土材料对摊铺质量的影响
对滑模摊铺水泥混凝土路面平整度,影响最大的原材料规格是粗集料的最大粒径,通过大量实践研究,推荐混凝土中粗集料最大粒径30 mm,现行水泥混凝土路面施工规范制定的最大粒径40 mm,不仅影响路面的平整度,而且影响抗折强度、耐疲劳性,增加对滑模摊铺机磨损。滑模摊铺水泥混凝土路面的坍落度要求比人工施工大,为保证抗折强度、可摊铺性和平整度,必须采用缓凝减水剂和引气剂,缓凝是为了给出足够的运输摊铺时间,引气是为了增强新拌混凝土的粘聚性,同时防止泌水并提高抗冻性。滑模摊铺水泥混凝土路面要求新拌混凝土工作性能稳定,根据摊铺机的行进速度和最佳振动粘度系数,相应坍落度在2~4 cm。如果所摊铺混凝土稠度过干,振动粘度系数过高,路面将产生麻面现象,混凝土将严重不密实,必须人工修整,但修整的强度、平整度、外观都很差。
3 混凝土的搅拌、运输及摊铺的连续性
滑模摊铺混凝土路面是不设固定模板的施工方式。其边部在混凝土坍落度波动的不稳定条件下,摊铺机上即使设置侧边超铺角,超铺角也不可能随混凝土坍落度波动而随时调整,从而造成纵缝衔接的不平顺。因此,混凝土的配合比要准确,使混合料要尽量均匀稳定不变。滑模摊铺机械化施工要求尽可能实现不停机连续作业,如果停机,混凝土路面处于柔软状态下,由于挤压底板对路面的挤压力作用,会使底板下混凝土路面标高降低。每次停机都会在摊铺点留下一条严重影响平整度的横向坑槽,实现不停机连续摊铺所要求的混凝土供应强度很大,不小于100 m3/h。目前,我们的搅拌设备单机生产能力都不能满足这一要求,可采用多机同时生产。建议采用高精度连续式大型搅拌站,或多配一台后备间歇式搅拌站的方式来保证混凝土的供应量。同时,混凝土的运输车辆要足够,并应尽量采用大型运动车辆,加快供给速度,保证快速不停机摊铺。
4 规范施工操作提高摊铺质量
4•1 保证拉线精度并严禁闭线
滑模摊铺水泥混凝土路面的施工拉线是保证平整度的生命线,平整度及精度只能低于挂线设定值,必须高度重视。拉线应牢固定在基层上,用冲击钻打孔保证垂直,桩之间直线设10 m桩距,曲线加密至5 m,拉线采用合适直径的钢丝绳,多根拉线最长至120 m,每根上严禁接头,拉线两端用于专用紧线器,拉线张力应不小于100 kg,拉线张力的要求是为了保证传感器的导杆在拉线上滑动时,其挠度不至于影响摊铺的平整度。
4•2 将滑模摊铺机各项工作参数调整到最佳状态滑模摊铺水泥混凝土路面各个机械部位的工作,应根据试验和观察把摊铺机调整至最佳的匹配状态。
(1)及时调整第一螺旋布料器的转向和转速螺旋布料器的不同转向,可以完成向路面一侧攒料、向两侧分料或向中间聚料等不同的布料工作。布料器的制作和安装应注意其叶片旋向。左右两部分布料器,叶片旋向相对,工作效果对称,能充分保证布料效果。原车带的布料器每件都是分几段由法兰盘组合起来的,而且左右旋向无区别,工作效果较差。外旋时,不但有向两边分料的作用,而且布料器叶片能将混凝土料以松方控制板下卷入振动仓内;内旋时,不但有向中间聚料的作用,而且布料器叶片能将混凝土料向前推进。在布料和辅助进料及推料的同时,螺旋布料器的作用还表现在拌料上,布料器的反复旋转,能消除运输和卸车过程中料的离析,运用得当可以有效提高路面边角成型质量和路面内部的均一稳定。布料器转速是影响其效能的主要因素,一般应注意不要在高转速或阻力较大时突然变换转向。另外,布料器转向的变换与卸料的情形有关,与料质也有关,布料器的转速及转向的变换要有提前意识,即要看到机前3~5 m范围内的卸料情况,提高工作效率,达到事半功倍。根据前方料堆位置,及时横向均匀布料,建议机前配备一定的机械保证布料,否则将影响路面摊铺效果。
(2)调整松方控制板高度
松方控制板高度应根据振动排气仓内料位随时调整,振动排气仓内最佳料位一般应保持在高于路面15~20 cm,料位过高,混凝土排气不充分,密实度受影响,料位过低,振捣棒上部压力小,对料的振动效果差,而且会缩短振捣棒的使用寿命。当料的坍落度大时,应适当把控制板抬高些;在每天初始和结束时,要把控制板抬至最高,保证充足进料。振动仓内的料要保证拓透,正常情况下,振动仓内振捣棒以上位置都应是积累起来的细灰浆,以充分保证路面表面的平整。
(3)调整振捣棒的间距、位置、振捣频率及机器行进速度振捣棒的数量要足够,间距在30~45 cm,两边距侧滑模板15~20 cm,振捣棒的工作部位应平行于路面,底部深度与技压底板平齐,保证路面高度处灰浆充足。振捣棒不宜斜插入混凝土料,否则,振捣棒行进时,扫过的空间大,回填处料质不匀或回填不充分,将会造成此处结构疏松,引发路面纵向网裂。振捣棒频率应视混凝土的坍落度的大小在6 000~10 500次/min范围内调整。另外,与摊铺机行进速度有关,对于ghp-2800型水泥混凝土摊铺机,根据实践验证,三者的数值关系组合见表1。
表1 坍落度、振捣频率和行进速度关系表
注:①坍落度:是指料到摊铺现场时用坍落度实验测得的数值,单位: cm
②振捣频率:表中数值为调频旋钮刻度值,实际频约为该数值×1 000r/min
③机行速度:表中数值为速度旋钮刻度值,刻度0~100对应实际速度0~4•21 m/min。无级变速,测量得出“25”约为1•0 m/min,“40”约为2•3 m/min,“50”约为31 m/min,“0”约为4•0 m/min。只有调整好三者关系,料干用高频,料稀用低落频。与此同时,料干减慢摊铺,料稀加快速度,既要防止欠振麻面,又要防止过振流肩现象。
(4)调整夯实捣杆位置及频率
夯打粗集料的夯实捣杆最低位置应在挤压底板前沿以下5~8 mm位置,过浅不起作用,过深将破
坏振捣效果。夯实杆频率应在60~120次/min之间调整,主要与行机速度有关,一般调到最大,即2次/s。按机行速度2 m/min计,每秒前行3•3 cm,即机器每前行1•65 cm,夯实杆打击一下,如此可充分保证打击3 cm左右的大粒径料的效果。
(5)调整好挤压底板的前倾角、起铺角和侧模板的位置。应根据摊铺机动力,履带行走部位的坚硬程序及挤压底板面积,调整好前倾角,既保证摊铺机对水泥混凝土路面有足够的挤压力,又能顺畅进行摊铺。摊铺一段后,应根据稳定的混凝土坍落度,检查边部横向平整度,调整底板两侧起铺角,经验值,起铺高度是坍落度的0•418倍,同时调整侧滑板的内倾斜度,达到路面边角所要求的规矩几何开头和横断面平整度。
(6)调整抹平板压力
抹平板是消除表面气泡和粗集料拖痕的主要装置,既保证优良外观和平整度,又提供制作抗滑构造足够的砂浆层厚度。抹平板的压力应根据混凝土稠度和路面纵坡变化,随时调整其压力,宜轻不宜重。压力过大会使原有的纵横向平整度丧失。
4•3 做好工作缝接头
滑模摊铺的每天起头和收尾是影响平整度的一个关键环节,我们现在采用人工加工作缝横板,用6 cm直尺精心处理,建议将前一天结束的头部锯掉并弃除、钻孔插入传力杆的方法,可保证平整度,减少跳车。严格施工组织管理,逐步提高工人的技术素质和熟练程度,也是保证质量的关键。
5 滑模摊铺技术在施工中的运用
随着我国高等级公路的发展,对公路施工中工程质量的要求越来越高,为了保证高质量、高速度建设好高等级公路,采用先进的现代化大型设备进行机械化施工是必然趋势。1995年从美国引进了gomaco chp-2800型水泥混凝土摊铺机,大大地提高了水泥混凝土路面施工能力。在滑雪场公路施工中初次试验取得成功。1996~1997年哈伊公路建设又受到好评。1999年在同三公路集佳段路面施工中又得到广泛认可,充分展现出黑龙江省大型滑模摊铺机施工水泥混凝土路面的技术水平。实践证明,滑模摊铺水泥混凝土路面的施工技术,将为黑龙江省建设水泥混凝土路面做出越来越大的贡献。
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