探析滑模技术在水泥砼路面施工中的应用
摘要：阐述水泥砼路面滑模技术的优点、施工中的要求,并举列说明滑模施工中取得的成功经验,指出应注意的事项。
近几年来,随着高等级公路的迅速发展,对高等级公路路面提出了更高的要求。高等级公路路面结构不外乎为水泥砼路面和沥青砼路面。由于水泥砼路面与沥青砼路面相比有着造价低,寿命长,养护成本低.原材料无需进口,而且可以带动地方建材工业发展的优势,因此水泥砼路面在我国有着广阔的发展前景,但由于传统的手工水泥砼路面施工工艺落后,所修筑的水泥砼路面往往存在着平整度差,强度不均匀等诸多质量问题,使水泥砼路面在高等级公路上得不到很好的推广。益阳在益沅公路中首次使用滑模摊铺技术施工水泥砼路面,取得了成功经验,填补了我市采用滑模技术施工水泥砼路面和在高等级公路上使用水泥砼路面的空白。不仅提高生产效率,而且大大提高了工程质量,为今后水泥砼路面在高等级公路上的推广应用奠定了坚实的基础。
1 滑模施工的水泥砼路面的优点
随着科技的进步,水泥砼路面的施工方法有以下四种不断进步的工艺：A.手工加小型机具,这是前几年先行工程中典型的施工方法,也就是一根振捣棒,一台平板,一根振捣梁原始方法。B.三辊轴。C.轨道式摊铺机。D.滑模摊铺机。与其他三种方法相比,滑模施工方法具有以下优点.
1.1 动态平整度好
由于连续不断的长距离摊铺,使滑模施工的路面板动态平整度远远超过人工小型机具施工的砼面板的平整度,人工小型机具施工的水泥砼路面平整度要达到3 m直尺小于3 m m都比较困难,而滑模施工,我们已做到了动态平整度的δ值小于1.2,完全可以做到沥青砼的平整度水平,同时随着时间的推移,水泥砼路面的平整度会越来越好,而沥青砼路面的平整度会越来越差。
1.2 高强度、高密实度
由于滑模摊铺机的振捣是采用高频振捣,振捣频率高达12000／分,是人工振捣的几十倍。美国G O M A C O滑模机的振捣器为液压式,其最大优点是可以根据现场砼的塌落度大小调整振捣频率,使砼得到最佳振捣。同时摊铺机上的振捣棒是每45cm左右等间距布置,所以对砼振捣的均匀性较好(不会出现漏振等现象)。其次,滑模施工的砼板是由摊铺机自重(自重大于40t)高强挤压成型的,大大提高砼的密实度,高密度必然产生高强度,我们做过对比试验同样的砼配合比,滑模施工要比人工施工砼板的抗折强度高出15%左右,而且受人为因素影响小,施工质量的保证率高。
1.3 施工速度快
自动化程度高：摊铺机由液压传感系统自动控制砼中线和标高,施工时布料振捣、挤压、成型、打拉杆、做面等一系列过程一气呵成,在砼拌和料供应跟得上的基础上,每工作台班可以完成800m～1000m长度的路面。
1.4 与沥青砼相比,水泥砼的一个突出优点经济效益显著。目前,我国高等级公路上使用的沥青,基本上是依靠进口,每吨到工地的价格都在4200元左右(还不包括加热费用)投资巨大,而且不利拉动地方经济。相反,水泥是益阳的支柱产业之一。产量大,价格低,修筑水泥砼路面就可以充分发挥益阳的水泥优势,不仅降低了工程造价,而且带动了地方经济的发展。专家曾做过黑白两种路面的投资比较,假设路面用砂、石子价格相同的情况下,沥青与水泥的价格比为4.6时,是黑白两种路面投资的平衡点,也就是说当价格比大于4.6时,修筑水泥路经济。而沥青与水泥的比价为4200／350=12。同时事实说明修沥青路面用的石子价格远远高于修水泥路面用的石子价格。因此修水泥砼路面的经济效益是显而易见的。
1.5 使用年限长,养护成本低,长期效益显著水泥砼路面的设计年限一般为30年,而沥青使用寿命一般为12～15年。因此在基础稳固的情况下水泥路的寿命为沥青路的2倍以上,而且养护投入成本低。
2 滑模施工对原材料和配合比的要求滑模施工的砼路面对原材料和配合比的要求,除满足常规施工的规范要求外,其对砼拌和料的强度、塌落度,工作性提出更高的要求,现在高速公路上砼板的设计抗折强度要求一般都在5.0Mpa以上,实验室的试配强度应大于5.8Mpa,高强度的同时还要有好的工作性,因为施工时从摊铺到振捣到成型到做面等工序一气呵成,没有好的工作性就不可能摊铺好的砼板。好的工作性的同时还要求有较低的塌落度,因为滑模施工为无模板施工,塌落度大就容易造成塌边。一般塌落度应控制在2cm左右为宜。
2.1 粗骨料
应严格控制粗骨料的最大粒径和级配,滑模施工时是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,建议最大粒径≤30mm,益沅公路建设中,为了控制好骨料的规格,所有路面用石子都由施工单位自行开采加工。
2.2 砂
宜采用中砂,砂的细度模数控制在2.5～2.7左右为宜,这里需要特别说明的是应严格控制砂的含泥量,含泥量太高不仅降低强度,而且引起水泥板早期塑性裂缝(滑模尤其敏感),同时带来临界塌落度(也就是塌落度对水灰比的敏感性较差,而当水灰比增大到一定程度时,砼突然摊塌)摊铺时容易塌边。
2.3 水泥
为了减少裂缝,配合比中每立方水泥的用量一般不应超过400kg,这就要求必须选用高强水泥,水泥的软炼强度应大于8Mpa。同时应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,特别是游离,CaO的含量,因为游离CaO在水泥中是个坏家伙,含量过高,往往容易造成水泥板裂缝。滑模施工宜采用旋转窑水泥,该种水泥煅烧充分均匀,水泥质量稳定。
2.4 外掺剂
滑模施工的水泥砼配合比宜采用具有引气、缓凝、高效减水作用的外加剂来改善砼配合比,滑模施工对砼拌和料的高强度、低塌落度好的工作性的要求,决定就必须采用高效减水剂以减少单位用水量,改善和易性。夏天施工时特别要考虑缓凝效果,适当延长初凝时间,给机械故障抢修和人工修补缺陷留有足够的时间。
3 滑模摊铺工作原理
水泥砼路面摊铺成型过程如下：调试好摊铺机并就位(挂好放样线,使传感器自动工作状态),在机位前卸下水泥砼拌和料,开动机器,往前行走,螺旋布料器将水泥拌和料均匀布好,松方控制板控制进入高频振捣区料的数量,砼拌和料通过高频液压振动棒振捣、密实起浆,夯板将面层粗骨料捣入下层,再经底板成型模板挤压成型,超级浮光板抹平、提浆,修补缺陶使面层平整,这就完成了摊铺工作,若需设置拉杆,在摊铺过程中可通过摊铺机上的打拉杆装置布设拉杆。其它工序如：拉毛、切缝、填缝、养生由人工完成。
4 滑模摊铺的现场组织与管理
4.1 摊铺前的准备工作
(1)基层的质量检验：一般情况下完成长度至少为3个摊铺工作日的长度,检验项目及标准参照《公路工程施工质量检验评定标准》,基层宽度应比砼板每侧宽出1 5 c m。
(2)测量放样、挂基准绳：摊铺机一侧有高程传感器,另一侧除有高程传感器外,还有方向传感器,方向传感器接触导向绳,导向绳的位置依路线平曲线位置安装,高程传感器接触高程引导绳,高程引导绳的空间位置是依据路线高程相对位置安装的。实际施工中,方向引导绳与高程引导绳的固定用打入基层的钢钎来固定。直线段每l0m打入一钢钎,弯道部分每5 m或每3 m固定一钢钎。
(3)选择适合摊铺机需要的砼配合比和外加剂。滑模机对砼质量要求十分严格,最大骨料规格一般要小于30mm,砼摊铺时的塌落度必须严格控制在（2～3）cm,为增加砼和易性与达到所需的塌落度,常需选用外加剂。
现在摊铺砼加的外加剂为FDN—FJ减水引气早强剂,同时降低单位用水量,提高了砼抗折强度。
(4)修整摊铺机履带行走位置道路,务必要求道路密实、平整,无障碍。这项工作很重要,将直接影响摊铺质量,特别要防止突变。
(5)准备纵向拉杆,包括中拉杆和边拉杆。设置胀缝的路段,需预先架设胀缝传力杆和胀缝板。
4.3 摊铺机检查保养及就位
铺筑前要检查摊铺机挤压模板前仰角度是否正确,传感器是否灵敏,振动棒位置是否合理,打拉杆装置是否灵活,检查日常保养各部位的润滑油及紧固件是否紧固,机位与水泥浆接触部位是否涂上机油,检查是否加足燃油及水等。一切准备就序后将摊铺机就位,传感器挂上导线,使方向传感器和水平传感器处于自动控制状态。
4.4 水泥砼拌和及运输
水泥砼路面摊铺是全机械化流水施工过程,与其配套的是水泥砼搅拌站和水泥砼运输车辆,在摊铺过程中必须使拌和楼的拌合时间摊铺机的摊铺速度,摊铺能力与拌和楼的拌和能力、运输能力相互协调,才不致于前后相互等让,保证连续摊铺,以达到最佳摊铺效果。
4.4.1 拌和站拌和能力的选定
假定摊铺机按1m／min的速度摊铺,摊铺宽度7.5m板厚26cm计,每小时需要砼量为：1×60×7.5×0.26=117m3,实际选定拌和站容量为117×1.25=146.3m3／h,所以应选定每小时产量为150m3左右的搅拌站为宜,拌和站应配置有精确的自动计量系统和外加剂供应系统。
4.4.2 运输
运输车辆可以选用8～10t自卸汽车,砼运输时间+滑模摊铺的操作时间,不能超过砼的初凝时间,若不能满足应掺入缓凝减水剂。砼运输过程中要防止漏浆、漏料、污染及离析。一般最大运输距离在15km内为宜。
水泥混凝土的摊铺(过程如前述略)。
5 水泥混凝土摊铺过程中应注意的事项
(1)摊铺机履带行走的位置必须平整,密实。
(2)摊铺速度应匀速摊铺,避免高速摊铺再停机待料,一般摊铺速度在1m／min左右为宜,防止水泥浆振捣过熟。同时要加强前后方联系快速调整适合摊铺的配合比。
(3)注意调整合适的底模前仰角和尾模挤压角,以及侧模的预翘度。
(4)摊铺成型后的面板,如有麻面,气泡,边角坍陷等现象,应及时用人工修补。
(5)应避免在中午烈日和大风气候下摊铺。
(6)拌和站的供料要连续不间断,自卸车卸料时,要有专人负责指挥,使布料合理均匀,不离析,混凝土在摊铺机前的卸料量应控制在螺旋布料器的1／2高度为宜。
(7)滑模摊铺施工速度快,应准备有足够的遮阳和遮雨棚。
总之,滑模施工技术是一种高新的水泥砼路面施工工艺,它要求各个工序环节密切协调配合。
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