摘 要 通过国道214线姜清段采用滑模摊铺机混凝土路面施工,总结高寒地区滑模混凝土路面技术、混凝土原材料及配合比的技术要求、滑模摊铺机的操作要领、混凝土路面的修补及施工中应注意的问题。
关键词 道路工程 水泥路面 配合比 拌合 滑模摊铺
1 概述
国道214线姜(路岭)清(水河)段位于青海省玛多县境内,海拔在4200~4850m之间,路线途经青藏高原多年冻土区,冻土类型为不稳定多年冻土,冻土层较薄,融冻现象活跃。沿线气候干燥多风,昼夜温差大,冬长夏短。为研究冻土地带黑色路面与白色路面特性,在长石头山段修筑了试验路段,搜集了大量资料,最后在国道214线姜清段设计了多处水泥混凝土路面。水泥混凝土路面与其它类型的路面相比强度高,具有很高的抗压强度和较高的抗弯强度,其水稳性,热
稳性均较好。水泥混凝土路面耐磨抗冻、耐久性好,一般能使用20~40年。混凝土路面同时具有吸热量低,反射热量多和隔热性好,是冻土地区较适宜的一种路面结构型式。滑模摊铺机是施工水泥混凝土路面的主导机械。采用该机械施工具有:施工出的混凝土路面平整度高,质量易于保证,施工速度快等优点。经过国道214线姜清段的施工实践,逐渐消化并发展了该项施工技术,形成了具有高寒地区特色的水泥混凝土路面滑模施工技术。
2 注重混凝土原材料及配合比的技术要求,完善相应的搅拌和运输机具,保证和提高路面质量
(1)为了使滑模摊铺机施工处不塌边、不麻面、密实、平整、规矩的优质水泥混凝土路面,我们从原材料的质量入手,组织有经验的工程师进行混凝土的配合比实验。水泥选用水化热量大、早期强度高的c42.5水泥,用量上适当加大,最低水泥用量按抗冻要求不低于310kg/m3,实际水泥用量控制在315kg/m3至325kg/m3。同时严格控制水泥的安定性及氧化镁、三氧化硫和游离cao的含量。施工选用甘肃永登水泥厂的c42.5r型普通硅酸盐水泥。
(2)粗骨料应严格控制最大粒径和级配,滑模施工由螺旋布料器进行布料,石子粒径太粗时容易造成离折、粗骨料集中,引起蜂窝、麻面。碎石最大粒径不大于30mm,碎砾石最大粒径不大于25mm,各项技术要求应符合《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》,施工中注意碎石中不得夹带冰块、雪团,粗集料必须使用帆布覆盖。
(3)砂宜采用中砂,砂的细度模数控制在2.6左右为宜。工地选用的砂为偏粗沙,细度模数大,可提高混凝土面板的抗折程度和抗变形性能力。按《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》的要求应控制砂料的含泥量及软弱颗粒含量。含泥量高会降低混琵土面板的强度,引起水泥板出现早期塑性裂缝,同时摊铺时容易塌边。
(4)由于施工段地处气候恶劣的高寒地区,对外加剂的选用也有特殊的要求。为了满足拌和物的工作性、抗冻性及弯拉强度快速增长的技术要求,必须掺加高效减水剂。为了满足低温抗冻性,提高弯拉强度、改善工作性,满足多年冻土和季节冻土地区的刽热性等技术要求,必须掺加引气剂,并且使用冷水可溶解的高质量引气剂,施工中采用徐州的强力牌高效引气早强减水剂,掺量控制在2.5%,从而使混凝土面板达到有关的技术要求。使掺匀的拌合物含气量为5%左右。
(5)水的化学成份符合滑模规程的要求。
(6)滑模施工混凝土配合比设计相当重要,它是保障实现高质量水泥混凝土路面的关键。特别是在高海拔,气候条件极为恶劣的情况下,要特别重视配合比的准确性,要求混凝土面板有优良的工作性,高抗折强度、高抗疲劳性和高耐久性。在标准养生条件下,要求混凝土28d弯拉强度不低于5mpa。工地试验28d弯拉强度达到了5.7mpa。大于设计的要求强度4.0mpa。水灰比控制为0.44,这有利于达到抗冻性、耐磨性的要求。也可以达到5mpa弯拉强度的要求。开始时,水泥用量为290kg/m3并且还掺加了15%的粉煤灰。掺加粉煤灰虽然可防止混凝土干缩,减少裂缝,但水泥用量少,混凝土的水化热也低,保证不了低温下的混凝土路面强度。后来改变了水泥用量,并不再掺加粉煤灰。水泥用量采用315kg/m3~325kg/m3。同时将普通外加剂改为高效引气早强减水剂。保证了混凝土面板的质量。
(7) 水泥稳定砂砾基层达到养生期并验收合格后,进行混凝土面板施工。混凝土混合料采用两台yhzs—75移动式拌和站拌料。此拌和站自动计量,能有效控制配合比及外加剂掺量。拌和料用8-10t自卸汽车运输,最大运输距离控制在15km以内。拌和料坍落度控制在5cm左右,运至摊铺机时要求坍落度为2—3cm,如遇特殊天气,调整混合料坍落度采用适当增加减水剂或增大单位用水量,同时增加水泥用量,保持水灰比不变。运送混凝土混合料的车辆在装料
时,为防止混凝土离析,每卸一斗应挪动一下车位。另外,应注意水泥混凝土路面摊铺是全机械化的流水作业过程,在运输车辆、拌和站的选用上要协调匹配,这样才不至于间断等待,保证连续摊铺,以达到最佳摊铺效果。
3 熟悉混凝土滑模摊铺机的操作要领,提高其使用性能滑模式摊铺机的特点是不需轨模。整个摊铺机的机架支承在四个液压缸上,它可以通过控制机械上下移动,以调整摊铺层厚。在摊铺机的两侧设置有随机移动的固定滑模板,因此不需另设轨模,这种摊铺机一次通过就可以完成摊铺、振捣、整平等多道工序。
3.1 首先由机载布料器把堆积在基层上的拌合料左右横向铺开,机载布料器有螺旋与刮板两种型式。布料要均匀,两侧边角的料要充足。
3.2 松方高度控制板将控制进入振捣仓内的料位高度,依据振动粘度理论,在振动仓内的混凝土厚度应合适。仓内料位过高摊铺机阻力大,振捣排气效果差,所摊铺路面的密实度差,仓内料位过低,挤压底板供料不足,形不成挤压作用,路面缺料,出现缺料坑,无法继续施工,强行施工将影响密实度与平整度。所以在摊铺过程中,机手应随时调整松方高度控制板进料位置。开始应略高些,以高于振捣棒15cm左右为宜,以保证进料;正常料位以保持振捣仓内砂浆料
位高于振捣棒10cm左右为宜。如果料位过高或过低,将会带来挤压力大幅度的变化,使路面大波长的动态平整度变差。
3.3 滑模摊铺机行进速度的控制也很重要。一般摊铺过程,应尽可能使摊铺机缓慢、均匀、连续不间断地作业,正常情况下摊铺速度应控制1—2m/min比较适宜。当料的稠度发生变化时,先调整振捣频率,后改变摊铺速度。在固定振捣频率下,混凝土较稀,可使用较高的摊铺速度;混凝土较干,则需要较慢的摊铺速度。在料稀的情况下,过振会引起塌边和混凝土路面砂浆
严重分层,形成过厚的砂浆表层,而砂浆无粗骨料必然会形成塌边和留肩现象。同时砂浆的干缩量是混凝土的15—20倍,路面使用中,层间剪应力很大,越厚的砂浆层越容易整体脱落。料干时,如采用较低的振捣频率,混凝土路面将不密实,轻者影响抗滑构造深度,重者造成麻面、开裂。
3.4 通过对滑模摊铺机行进速度的分析,振捣过程中振动棒的振动频率,也是主要操作要点,滑模摊铺机正常摊铺速度1m/min左右,振捣频率可在6000—11000r/min之间调整,一般采用9000r/min左右。操作手应防止混凝土过振、欠振或漏振现象。同时应根据新拌混凝土的稠度大小,来调整摊铺速度和振捣频率。滑模摊铺机上配备的振捣棒为了减少阻力,适应
较薄路面的施工,其外形一般是弯曲的,即滑模摊铺机的振捣棒不插入路面,只在面板的表层振动。如果发现经常在横断面某处出现麻面,表示该处的振捣棒出了问题,必须停机检查。如果摊铺过后,发现路面上留有发亮的振捣棒拖出的砂浆条带,则表明振捣棒位置过深,由于振捣棒是随滑模摊铺机在不断行进中,振捣棒抽出部位的混凝土混合料中的粗集料不可能填补该空洞,只能由砂浆来填充,这样便出现了砂浆条带。因砂浆在干燥、风速大的情况下,其收缩远大于混凝土的收缩,易产生干缩裂缝。这时应调整振捣棒,采用贴近表面振捣方式,这样可以避免出现砂浆条带并产生收缩裂缝。
3.5 挤压成形底板的作用是将振捣提浆后的混凝土挤压的更加密实,同时挤压拖抹出混凝土路面的标准断面。平整的外观和良好的纵横向平整度、路拱横坡度均由挤压成形底板通过自动调平液压回路和路拱装置进行调整。施工前应预先调整好。通过调整和控制摊铺速度,振捣棒频率,振动搓平梁位置等,使路面板表面砂浆厚度控制在4mm左右,如为硬刻槽的水泥混凝土路面则砂浆层厚为2—3mm即可。
3.6 大型滑模摊铺机一般都配置可随时调整压力和抹面宽度的自动抹平板,使用它有利于消除表面上的小气泡及石子拖动带来的小缺陷。并起到部分提浆作用,保证了路面优良的纵向平整度。使用过程中其压力宜小不宜大,过大的压力会使纵横向平整度变差。我们在施工过程中就发生过因压力偏大造成纵横向平整度差的现象,后经调整有很大的改观。虽有时使用
抹平器抹平了,但局部短距离不平整、欠密实,其精平可采用3.5m刮尺等精平机具完成,混凝土板两侧还需人工修整,使其达到较好的平整度。由以上可见,只有熟练掌握混凝土摊铺机的操作要领,才能在摊铺混凝土过程中发挥滑模摊铺的各项功能,抑制和避免出现各种缺陷,让滑模摊铺机充分发挥作用,提高水泥混凝土路面的施工质量。
4 加强滑模混凝土路面的修整与保护工作,提高高寒地区混凝土面板的施工质量
4.1 滑模摊铺机在摊铺混凝土面板时,要注意摊铺机履带行走的位置必须平整、密实、基准线准确。摊铺速度均匀,避免快速摊铺和停机待料。一般摊铺速度控制在1—1.4m/min为宜。应防止水泥浆振捣过度。同时须加强前后场联系,快速调整适合摊铺的配合比。摊铺成型的面板,如有麻面、气泡、边角坍陷等现象,应及时用人工修补。应避免在中午烈日、大风天气及雨天时摊铺。如需摊铺,应准备足够的保温防风防雨棚。拌和站供料应连续不间断,自卸车卸料应有专人负责指挥,使摊铺的混凝土拌合料分布均匀、不岭析(我们采用了挖掘机布料)。
3.2 摊铺好的混凝土面板一定要及时养生,并控制好切缝时间。由于本地的气候特性,摊铺后的混凝土路面表面失水严重,加之摊铺后混凝土表面不宜直接覆盖,混凝土表面在一段时间内裸露,极易产生收缩裂缝。为此我们制做了200多米的防风保温棚来解决这一问题,取得了一定的保温效果。另外我们还采用喷浆机将水喷洒成雾状,喷洒到混凝土面板上,这样解决了失水严重后产生的收缩裂缝。以上两种方法都需投入大量的人力、物力。
覆盖养生也是关键,覆盖的塑料布要盖严实,不能被风吹起,覆盖前应洒水,保证混凝土面板始终是潮湿的,必要时要加盖双层塑料布。要控制好养生温度,为此我们建立了一套路面的控温制度,保证保温覆盖下的混凝土路面不低于0℃。当混凝土强度达到设计强度25—30%时,即可进行切缝。当气温突变时,应适当提早切缝或每隔20—40m先割一条缝,以防因温度应力产生不规则裂缝,严禁一条缝分两次切割的操作方法。切割的时间要注意掌握好。切得过早,由于混凝土的强度不足,会引起粗集料从砂浆中脱落,而不能切出整齐的缝,切得过迟,则由于温度下降和水分减少而产生混凝土收缩,会导致收缩应力超出其抗拉强度而在非预定位置出现早期裂缝。由于施工工地早晚温差大,平均气候低,依据多次观测,将切缝时间控制在昼夜的平均温度左右,一般为5℃到15℃时,在面板摊铺完后24—30小时开始切缝。切缝后要尽快灌注填缝料,切缝要保证切缝机械的完好率。
5 在高寒地区摊铺水泥混凝土面应注意的质量问题
5.1滑模摊铺水泥混凝土路面平整度是指滑模施工过程中因操作不当引起的路面竖向高程的微小变化,反映了路面偏离某平面的纵向起伏状态。
5.2 影响滑模摊铺机摊铺混凝土面板平整度的因素有:
(1)导线
导线是控制滑模摊铺机行走方向与高程的。理想的导线应是连续,无折点的直线,但实际施工时导线应安装在托架安放模中,形成一个控制点,为保证路面平整,各控制点高度必须保持一致,导线偏高或偏低都将导致路面产生大的颠簸区,形成微观不平整。导线材料选取不当会导致导线松弛,引起传感器上下旋转,机身和底部压板上抬,导线张力过小,引起路面局部颠簸
区,形成微观不平整。导线被撞动或被风吹动,也可使混凝土面层出现波动,形成微观不平整。
(2)施工过程
混凝土拌和、摊铺不均匀,混凝土级配不良,水灰比控制不严,均可导致混凝土拌和物密度和干湿程度不一致,致使混凝土工作性能差,造成局部不平整,使混凝土塌边,造成宏观不平整。布料不均匀也会产生宏观不平整,有时会导致铺出的路面厚度不均匀。滑模摊铺机行驶时速度不能保持匀速,发生突然变化或者停机时会有“低头”等质量问题,造成局部混凝土高度明显变化,使混凝土路面形成一道横向全宽凹槽,导致路面微观不平整。
(3)人工操作
滑模机摊铺过后,路面表面和侧边局部需人工修整,事实上,由于滑模摊铺部分较为平整,人工作业可能会破坏原有的平整度。
5.3 预防滑模摊铺机摊铺混凝土面板平整度差的措施:
(1)导线安装时间距不宜过长,直线路段导线间距一般控制在10m,平曲线和竖曲线路段导线桩最大间距不超过5m。
(2)导线应选用强度较大的钢丝绳,接头不宜太多,并且导线上应施加较大的张力,其张力值应保持在100kg左右。
(3)视天气变化情况,在风速大于3.6m/s时,应缩短导线桩间距或停止施工。
(4)施工中应提高搅拌楼的搅拌能力,运输能力应与摊铺机型号相匹配,检测时工程技术人员应经常检定搅拌楼称量和进水装置的准确性,并对水泥混凝土的搅拌、运输、摊铺和抹面等各道工序连续监控,采用合适的外加剂,控制适合的砂率等措施,以改善混凝土拌和物的工作性能。
(5)布料尽量均匀,不要过多堆料或亏料。
(6)滑模摊铺水泥混凝土路面应匀衡、连续作业,滑模机在行驶过程中尽量保持匀速前进,尽量避免停机,处理好每天收工接头处的“低头”现象。滑模摊铺过后的路面应尽量减少人工操作,局部出现对路面使用性能影响不大的缺陷无需人工修整,而需要人工修整的部分,则应尽量提高人工抹面的质量。
5.4 滑模摊铺水泥混凝土路面产生的裂缝(断板)按裂缝在水泥混凝土路面厚度方向发生的程度可分为表面裂缝和贯穿裂缝。表面裂缝主要是由混凝土混合料的早期过快失水干缩引起的厚度方向未完全断裂的裂缝。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展已完全折断成两块的裂缝(也称断板)。按裂缝的方向可分横向、纵向、斜向、交叉四种。
(1)使用滑模摊铺水泥混凝土路面时,路面在早期就出现断裂和损坏,这在绝大多数情况下,是由路基不稳定、沉降过大造成的。
(2)原材料选择不当也会造成裂缝,如水泥中碱含量大,砂石含泥量大,混凝土配合比不当,集料级配不良等。
(3)路面混凝土相对于结构混凝土的蒸发表面积要大得多,因此,受气候影响,表面温度变化也大得多。当裸露的路面混凝土在四级以上风力作用下,沿风向的垂直方向最有可能出现裂缝。当大气温度较低,外界水分不能及时得以补充时,混凝土表面水分的丧失,将很快产生表面的干缩裂缝。当外界气温变化较大时,混凝土内部的温差梯度将进一步增加,温差梯度达到一定值时,混凝土的温度应力将造成路面沿较小断面的开裂。
(4)混凝土拌和不均匀造成了混凝土拌和料“夹生”时,粗、细集料聚积,混凝土在凝固硬化过程中会产生应力集中现象,导致面板裂缝。如切缝不及时或切缝深度过浅会造成混凝土早期断板。过早的行车碾压、开放交通将会造成路面纵向裂开。不良地质地段路基沉降未稳定前,过早铺筑混凝土路面,将易产生断板,水稳基层出现的裂缝反射到路面也可形成断板。
5.5 预防滑模摊铺面板出现裂缝(断板)的措施:
(1)选择适当的混凝土材料与配合比。
(2)在刮风及温差大时,为防止塑性收缩开裂,采用防风保温棚对刚铺出的混凝土加以保护,及时洒水并覆盖塑料薄膜,延长养生期。
(3)加强拌和楼出料质量。杜绝出现“夹生”拌和物,防止混凝土在运输过程中发生漏浆、离析等现象。
(4)使用满铺油毛毡做为滑动封闭层,可防止基层表面出现的裂缝反射到路面上,也可以降低面板的温缩及干缩裂缝。
(5)控制最佳切缝时间,注意切缝深度(5—7cm)及时有效地灌缝,杜绝过早开放交通(养护28d后开放)。
(6)规范胀缝、缩缝制作工艺,准确定位传力杆及拉杆位置。
(7)防止路基不均匀沉降,一是延长路基完工后修筑路面的时间间隔,二是路床一定要达到规定的压实度,对旧路帮宽一定要认真处理,保证加宽部分的稳定性和压实度。
5.6 预防滑模摊铺水泥混凝土路面出现塌边的措施
(1)混凝土的设计强度、和易性,粘聚性、稳定性是影响混凝土塌边的重要因素。水泥混凝土路面机械化施工,如果工序衔接不好,保证不了均衡、连续作业,也会使路面在摊铺时产生塌边。
(2)滑模摊铺混凝土路面时,混凝土要有一个与摊铺速度相适应的稠度值,该值一般采用维勃仪法获取,最佳值一般在摊铺速度1.0m/min时稠度为10.5s,要想得到该稠度值就要考虑配合比的设计,保证新拌混凝土工作性能良好,易于摊铺,不离析,具有适于滑模摊铺的稠度、粘聚性和稳定性,才能不产生塌边现象,保证混凝土的质量。粗集料应尽量选用最大粒径较小(一般为30mm)的粗骨料;单位水泥用量控制在315—325kg/m3之间;采用较大的砂率,其值控制在0.36—0.44之间;掺入引气高效减水剂,掺量为2.5%。
(3)滑模摊铺机在行驶过程中尽量保持匀速向前推进,连续施工。
(4)自卸车要不漏浆,控制运输距离,并尽量使用行驶条件好的道路,减少颠簸防止混凝土离折。
(5)高温季节,车辆要加盖篷布,使混凝土拌和料的水份少散失。
6 结语
在高寒地区采用滑模施工水泥混凝土路面,只要解决好混凝土原材料及配合比的技术要求,正确掌握滑模摊铺机的操作要领,在机械设备、技术、管理上下工夫,加强施工现场管理,科学解决施工中出现的各种质量问题,就一定能使用滑模摊铺机在高寒地区铺筑出高质量、高标准的混凝土路面。
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