水泥混凝土路面滑模摊铺施工技术要点
摘 要:通过对水泥混凝土路面滑模摊铺施工中原材料、配合比、机械设备、施工现场各方面因素进行分析,简要总结了滑模摊铺水泥混凝土路面的质量控制要点。
随着我国经济的迅速发展,公路运输对路面的结构强度和使用性能提出了更高的要求。水泥混凝土路面因其强度高、稳定性和耐水性好、使用寿命长、养护费用低等优点,越来越受到青睐,在高等级公路中所占比例也越来越大,极大地促进了新技术、新材料的发展。水泥混凝土路面滑模摊铺技术就是在此期间逐渐发展起来的。
水泥混凝土滑模摊铺机是一种集计算机、电液自动控制、精密机器制造、现代混凝土科学和高等级公路工程技术于一体的现代化施工机械,具有结构紧凑、操作灵活简便、高度自动化、高速度、施工质量能得到保证等优点。其最大特点就是连续摊铺,一次成型。本文根据笔者在高等级公路施工中的实际经验,总结了滑模摊铺施工中应注意的一些技术要点。
1 施工前的准备工作
1.1 组织、技术准备
建立高效权威的施工指挥调度机构,施工前对工程技术人员进行技术交底,熟悉各种技术规范和相关标准,编制完善的施工工艺流程和施工组织设计方案,配备必要的通讯设备,保证整个系统的高效运行。
1.2 材料准备
适宜的材料不仅能提高工程质量,还有利于节约成本,降低工程造价。滑模摊铺较其他施工工艺,对混凝土的材料有着更高的要求,因此一定要选择适宜的材料。
(1)选择细度指数和凝结时间合适的水泥。我国的水泥生产企业很多,各地生产厂家所用的原材料也不尽相同,因此即使是同一标号的水泥,其性能往往也会有很大差别。如一种水泥的细度为0~0.5%,初凝时间为1.5 h左右,终凝时间为3 h左右。尽管这两项指标并未超出标准,但容易使混凝土路面产生裂纹,若运距稍远或由于其他原因耽误2 h以上,将使混凝土无法摊铺。
(2)严格控制软弱颗粒和含泥量。对水泥混凝土路面这种承受重载交通车轮反复冲击疲劳动荷载作用下的混凝土结构,对其集料强度和杂质含量的要求比静载混凝土结构更为严格。因此原材料必须洁净,施工前应全部洗清骨料,以防止软弱颗粒和含泥量对抗折强度的影响,减少早期及后期裂缝发生的机率。
(3)砂以中砂为宜。若采用较粗砂,砂中含有较多小砾石(粒径在5 mm以上),这些小砾石经振捣浮在混凝土路面表层,会造成表面粗糙,影响混凝土路面的外观质量;另一方面,若砂较粗,正常的砂率不能完全起到粗集料之间的润滑作用,造成混凝土和易性差。为消除这一影响,势必要增大砂率,而砂石比过大,则会使混凝土摊铺后砂浆层过厚,使混凝土路面质量受到影响。宜采用细度模数在2.3~3.2范围内的中砂或偏细粗砂。
另外,砂的级配必须良好,否则混凝土易发生离析、泌水现象。
(4)碎石作为混凝土的主要骨料,对抗折强度有很大的影响。为提高混凝土的抗折强度、耐疲劳性,应采用粒径较小的碎石。一般来说粒径小于30 mm为佳。因为大粒径的碎石周围聚集大量的小分子,会在混凝土中形成薄弱区。此外,大粒径碎石更容易增加摊铺机的布料器、成型模板、尾板的磨损度,也是影响平整度的重要因素。但碎石粒径如果过小,则表面积过大,为保证混凝土的和易性,势必会增大水泥的用量。因此,在选择碎石时应两者兼顾。
碎石压碎值也是不容忽视的问题。尽管规范要求压碎值小于10%,但实际上如果压碎值在8%左右,混凝土试块最容易折断。因此,压碎值应控制在5%以下。
(5)选择高品质的外加剂。外加剂是滑模摊铺混凝土中必不可少的部分。尽管其掺量较小,但能减少水泥用量,降低混凝土水化热,对混凝土性能的改善作用较大。当前,生产外加剂的厂家较多,品种复杂,产品质量差别较大。使用前应认真比较,选用质量稳定、性能优良,减水率、含气量、泌水率、凝结时间、抗压强度比、收缩率比、相对耐久性等指标合适的产品。
(6)掺加优质粉煤灰。在水泥混凝土中掺入适量粉煤灰对提高混凝土的和易性、粘聚性、强度、耐久性、耐磨性等都具有明显的效果,同时能减少水泥用量,产生可观的经济效益。最重要的是能提高混凝土的可摊铺性,改善滑模摊铺的效果。试验表明,对掺粉煤灰混凝土来说,用25%的粉煤灰取代部分水泥后,其水胶比降低,坍落度基本不变,振动粘度系数却有所提高,有利于提高混凝土的可摊铺性,防止塌边和麻面。
1.3 配合比的设计
滑模摊铺水泥混凝土路面施工,不同于其他施工工艺,对混凝土的性能要求较高。其配合比的设计相当重要,是滑模摊铺实现高质量水泥混凝土路面的核心和关键施工技术之一。
配合比设计应满足弯拉强度、耐久性和经济性等基本要求。采用耐久性控制,在满足弯拉强度计算值和耐久性两者要求的水灰比中取小值。工作性一般通过调整外加剂掺量来保证。
配合比设计时,要特别注意使之具有与摊铺机振捣能力和速度相匹配的最优振动粘度系数、匀质性和稳定性。通过控制混凝土拌和物的坍落度,使滑模摊铺后的混凝土不产生蜂窝麻面、拉裂和倒边、塌边等不良现象。坍落度应控制在3~6 cm。
在混凝土满足力学要求的前提下,配合比的设计以其可摊铺性为中心来进行。在滑模摊铺施工中,混凝土符合摊铺机的要求是至关重要的。现在国内的滑模摊铺机绝大部分是进口的,其技术性能已经过实践检验,是非常成熟的。如果摊铺效果不好,原因主要在混凝土方面。例如米勒1000型滑模路缘石摊铺机,在北戴河海北路、102国道改造工程等项目中应用效果非常理想。
1.4 机械设备的配备
拌和站一般选配双卧轴、高精度、有自动计量、自动供料和外加剂加入装置的拌和设备。并根据摊铺能力配备足够的水泥罐。
搅拌场必须设在施工的公路两侧,且最好在施工路线的中间位置。一般情况下,滑模混凝土的最大运输半径为20 km左右,运输半径8 km以内为最佳。
根据搅拌能力、每盘出混凝土量、运距、摊铺宽度等参数选择车型和车数量。既保证运力的充足,又不造成浪费。要求运输车辆技术状况良好,后挡板严密不漏浆,车厢板内平整光滑,车厢起升角度不小于45°。
在滑模摊铺施工中为了提高混凝土的运输能力,经常会采用较大的自卸车,需要其他设备来辅助布料。近年来,国外已较多地采用了水泥混凝土布料机,效果非常好。但目前国内这种设备的保有量还很少,大多采用挖掘机或装载机辅助布料。
2 施工现场控制
2.1 基准线的设置
滑模摊铺机靠两侧的基准线,通过4个水平传感器和2个纵向传感器确定摊铺方向和摊铺平面。拉线精度达到规定要求是保证摊铺出符合设计技术指标的面板的必要条件。拉线精度应从宏观和局部两方面进行控制。
在宏观控制上,将合同段内的控制点进行复测加密。控制点间距一般以200 m左右为佳。在局部施工控制上应注意以下几点:
(1)精确测设出路中线点。为了防止拉线挠度过大,保证拉线精度,确保曲线段上拉线与设计线形更完美拟合,在平面直线段上一般每10 m一个点,圆曲线加密到5 m,缓和曲线和纵断面竖曲线段5~10 m。
(2)线形放样。根据摊铺机侧模到传感器的距离及路面板宽度定出拉线点位置,包括方向线和高程线。方向线控制方向和高程;高程线只控制高程。
(3)根据定出的拉线点,用电锤或大锤牢固固定拉线桩。拉线桩的高度尽量低于运料车箱底。在施工中可能会因为个别锁定块滑丝而导致工程事故,如摊铺厚度和平整度不合格,因此,必须对拉线桩上的锁定块一一进行检查。对于滑丝损坏的锁定块必须更换,严禁用铁丝捆扎继续使用。下承层顶面至夹线臂的高度以45 cm为佳,线太高或太低受干扰的频率较大。
(4)用紧线器张拉基准线。要求使用100 kg力张拉基准线。线拉紧后,可使用300 g的重球挂在线上进行检测,其挠度应低于8 mm,然后把拉线全部固定在夹线臂夹口内。在靠近紧线器和线圈轮4 m处的端线桩、紧线器和线圈轮需略外倾,以不妨碍张拉线和摊铺机富余工作空间为宜。
2.2 路面摊铺的平整度控制
平整度是评定水泥混凝土路面施工质量的一项重要指标。
滑模摊铺较固定模板施工工艺的突出优点之一就是能够大大提高水泥混凝土路面的平整度。摊铺过程中,随着滑模摊铺机的前进,滑动模板将密实的混凝土挤压,形成路面;抹平器对成型的路面进行反复的搓揉,既能将混凝土表面抹光又能消除表面气泡和麻坑等缺陷。此时,表面平整度基本可达到90%~92%的合格率。要达到更高的平整度,可用6 m铝合金直尺人工纵向轻刮1~2次,平整度合格率可达95%以上。
混凝土中粗骨料的粒径是影响平整度的重要因素,应使用小粒径碎石。碎石若粒径较大、砂率不足、水灰比小,路面将出现麻面或拉裂现象,混凝土严重不密实,甚至会断板;粒径过小、砂率过高、水灰比过大,容易造成坍落度过大。当坍落度超过6 cm时,水泥混凝土的流动性过大,即使摊铺机设置了超铺角,也会引起塌边,造成混凝土路面两侧0.5 m范围内的标高下降。此时,边角需人工用铝合金尺或木板进行修整,但边角的平整度也不理想,而且混凝土路面边线也不顺直,影响外观质量。
严格控制下承层的平整度和强度。下承层的平整度和强度直接影响路面的平整度。由于摊铺机是4条履带行走,虽然有自动控制调整机构保证其平稳运行,但系统的反应是需要时间的。当下承层有小面积不平或强度不够时,造成摊铺机个别履带下沉,带动摊铺机机身不平稳,混凝土路面就会出现小的突变,降低平整度。
混凝土卸料要准确。多料,则增加摊铺阻力,混凝土从两侧溢出,甚至料堆过大,造成摊铺机前进困难,履带打滑,机械产生上抬和瞬间推动,强行提高成型模板,使平整度失控,路面标高上升;少料,则造成布料不均匀,出现局部混凝土不够,混凝土产生离析层,影响平整度和标高。运输车运混凝土量较大时,最好使用水泥混凝土布料机,它可将分散的料堆铺成一条平整均匀的料带,且具有再均匀搅拌混合料的作用。这样,既保证了摊铺质量,提高了摊铺速度,又延长了摊铺机的使用寿命。
操作手必须熟读机械使用说明书,掌握机械特性,开机前全面检查摊铺机。摊铺过程中,应当认真细心,服从控制台的指挥,做到:①均匀分布混凝土料,调整螺旋布料器。换向均匀,左右布料,特别注意边角的混凝土料应充足;②振动仓内的料位高度随时调整;③根据混凝土料的坍落度随时调整振动频率;④对摊铺机传感器的拉线随时检查。
路面的平整度只能低于基准线设定的精度值。因此,在施工中,对于已经架设好的基准线,要有专人看护,随时随地对拉线进行测设验证,并对拉线的张紧度进行随时观测。
滑模摊铺水泥混凝土路面,每相邻2 d的施工接头横向工作缝,是影响平整度的一个薄弱点。工作缝有两种施工方式:一是将摊铺结束的部分在下一天开工前锯掉。需要配备深切缝机及横向钻孔机,插入传力杆或设置工作缝传力杆钢筋支架,从传力杆上部中间锯开,下部用人工凿除;二是人工加工工作缝模板,精心修整工作缝。由于设备限制,国内多采用后一种方式。这需要有高度的责任心,并用6 m铝合金直尺精雕细刻。否则,会由于工作缝处平整度不佳而引起跳车。
2.3 及时进行路面切缝
滑模摊铺机施工速度快,若不做好充分的准备工作,使得横向切缝不及时,会造成路面的早期开裂。切缝时间要根据气温、混凝土强度增长情况适时早切。根据计算,混凝土每30 m左右收缩1 mm。因此,可将路面先切成大块,5~6块板切一条缝,作为防止早期断板的技术措施。
3 路面养生
路面养生是决定路面强度、内在质量和使用寿命的重要因素之一。路面做好后最好覆盖上草袋或旧麻袋片进行洒水养生。对旧麻袋要进行检验,原装有物不能是对路面有腐蚀作用或影响混凝土强度的化学物品。要及时洒水浇透,水的质量要符合要求。洒水次数应根据天气情况保证覆盖物始终保持潮湿状态。覆盖养生期不能少于7 d,总养生期要符合规范要求。
4 结论
本文概要地论述了水泥混凝土滑模摊铺施工中的重要环节,强调了在原材料的选择控制、配合比的设计及适时调整、施工的组织管理、重要工序的操作等方面要全盘考虑,根据其内在联系,做到环环相扣,分步、分段严格要求,根据情况的变化及时进行调整和组织实施。只有这样,才能利用先进的设备修建出高质量的混凝土路面。
近年来,我国水泥混凝土路面发展迅速,在二级以下公路中所占比重较大(只有25%用于高速公路和一级公路)。随着滑模摊铺技术的发展和施工工艺水平的不断提高,水泥混凝土路面必将在高等级公路建设中,得到更加广泛的应用。
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