滑模攤鋪水泥混凝土實用技術(shù)分析

摘要: 介紹了水泥路面滑模攤鋪施工工藝的特點, 具體論述了滑模攤鋪對混凝土原材料( 水泥、摻合料、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑) 的要求, 提出了滑模攤鋪混凝土的配合比設(shè)計。

關(guān)鍵詞: 滑模攤鋪; 混凝土; 施工工藝

中圖分類號: U416.216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A

　　水泥路面的滑模攤鋪施工作為一種新的施工工藝, 具有施工速度快、效率高、路面平整度好等優(yōu)點。許多國家已將滑模攤鋪作為常規(guī)的路面施工方法, 我國也先后引進(jìn)了各種類型的混凝土攤鋪機(jī), 并將滑模攤鋪作為常規(guī)路面最重要的施工方法加以應(yīng)用。

1 滑模攤鋪混凝土的特點

　　混凝土拌和物性能的好壞, 是路面攤鋪效果好壞的決定性因素?；備伝炷劣袆e于人工攤鋪, 有其自身的特點: 由于運輸距離及時間等原因, 拌和的混凝土出機(jī)時塌落度不能過大, 而運至攤鋪地點的塌落度又不能過小, 所以要求混凝土的塌落度損失要小; 在攤鋪機(jī)的液化倉內(nèi)能較好地振實液化, 成形后的路面無蜂窩麻面, 所以要求混凝土有較好的和易性; 成形的混凝土在模板滑過以后不塌邊、不流淌, 因此要求混凝土有良好的黏聚性和保水性, 即混凝土的觸變性。通過對湖北黃石高速公路、山西京大高速公路、山西祁介一級公路、京珠高速公路湖南湘耒八標(biāo)段、江西323 國道改造等項目的滑模攤鋪混凝土的配合比設(shè)計的對比和研究, 下面具體論述滑模攤鋪混凝土的實用技術(shù)。

2 滑模攤鋪混凝土原材料分析

2.1 水泥

　　由于路面受力特點為軸載, 故應(yīng)優(yōu)先使用折/壓強(qiáng)度比較高的道路硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥中的礦物成分C3A 對外加劑有較強(qiáng)的吸附力, 且早期水化快, 水化熱高, 故應(yīng)選擇C3A 含量較低、C4AF 含量較高的水泥, 以減小混凝土的塌落度損失, 減小面板開裂和斷板的可能性。

　　礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等雖然早期水化熱低, 但因干縮、耐磨性、耐久性等原因一般不用于路面。我國已制定并頒布了《道路硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn), 但實際產(chǎn)量卻非常有限, 因此大部分道路建設(shè)都采用普通硅酸鹽水泥。特別是對外摻摻合料如粉煤灰的混凝土, 宜選用純硅酸鹽水泥或混合料摻量低的普通硅酸鹽水泥。在施工中熱水泥的問題應(yīng)引起注意, 由于水泥路面工程對水泥的需要量很大, 一般約600 t/d 以上, 有時接近1 000 t/d, 因此許多工地都是水泥一到就使用, 有的水泥運到工地時溫度達(dá)60 ℃以上, 這樣的水泥極易引起拌制的混凝土出現(xiàn)變異, 甚至導(dǎo)致面板開裂。上述情況的水泥存放期不足, 安定性不達(dá)標(biāo), 同時水泥溫度過高, 拌和時容易出現(xiàn)假凝現(xiàn)象, 因此應(yīng)嚴(yán)禁熱水泥在滑模攤鋪工程中使用。

2.2 摻合料

　　滑模攤鋪的混凝土中應(yīng)盡量使用一些活性摻合料, 國內(nèi)常用的摻合料為粉煤灰。作為水泥和混凝土中使用的粉煤灰要求Ⅱ級以上, 對其細(xì)度、需水比、燒失量等都有具體要求, 可等量或超量取代部分水泥。粉煤灰是一種潛活性的材料, 它的活性需在水泥水化生成的堿性環(huán)境中才能得以激發(fā)。這是一個化學(xué)反應(yīng)的過程, 放熱量很小, 由于取代一部分水泥而使混凝土中的總熱量減少, 因此對減小混凝土的塌落度損失、減少因溫度應(yīng)力引起的面板開裂都有一定的好處, 同時降低了混凝土中的堿含量, 因此也降低了混凝土堿集料反應(yīng)的可能性。由于粉煤灰在混凝土中的“ 滾珠”效應(yīng), 使混凝土的流動性得以改善。粉煤灰有較大的比表面積,接觸點多, 增加了混凝土中細(xì)顆粒的含量, 減少了混凝土中的游離水, 使混凝土的黏聚性、保水性更好。

　　根據(jù)研究, 在粉煤灰摻量為水泥重量的25%時, 水泥水化的堿性可以使粉煤灰活性得以完全激發(fā)。通過試驗發(fā)現(xiàn): 在粉煤灰摻量為水泥重量的15%時, 28 d 和60 d 的強(qiáng)度比不摻粉煤灰的高, 耐磨試驗的磨損量比不摻的小。其他摻合料如硅灰、磨細(xì)礦渣粉等在路面工程中較少使用。

2.3 細(xì)骨料

　　作為混凝土細(xì)骨料的砂, 通常采用干凈的河砂, 含泥量和泥塊含量應(yīng)符合要求, 砂中含泥特別是泥塊的存在, 對成形路面的危害很大。由于泥土吸水性很強(qiáng), 在混凝土中要吸收大量水分, 在混凝土達(dá)到一定的稠度時需要更多的水分, 造成混凝土的水灰比增大, 給路面的強(qiáng)度和耐久性帶來不利影響, 而且泥土顆粒吸水膨脹, 失水收縮, 含量過大時也會引起成形的面板開裂。泥塊在混凝土的攪拌過程中很難破碎分散, 仍以塊狀存在于混凝土中, 在混凝土成形后分布在路面表層, 由于干縮濕脹很快就會與混凝土脫開, 被雨水沖刷掉, 造成路面上一個一個的孔洞, 引起路面的破壞。這種現(xiàn)象在許多工程中都存在。通過采用細(xì)度模數(shù)為2.4 和3.1 的黃砂配制的混凝土的施工效果對比, 細(xì)度模數(shù)為2.4 的黃砂配制的混凝土, 其黏聚性、保水性要好得多, 成形的路面的平整度也能得到保證, 外觀也很漂亮。而用細(xì)度模數(shù)為3.1 的黃砂配制的混凝土顯得粗澀、松散, 泌水嚴(yán)重, 成形的路面的平整度較難達(dá)到要求。采用細(xì)砂時, 混凝土的砂率可以降低, 相應(yīng)地粗骨料的含量增加, 更能發(fā)揮粗骨料的骨架作用, 對減小混凝土的干縮變形, 提高耐久性有益。因此, 細(xì)度模數(shù)在2.4～2.7 之間的砂作混凝土的細(xì)集料, 更適合滑模攤鋪。同時, 還應(yīng)注意各粒級砂的含量。在這一點上, 滑模攤鋪混凝土與泵送混凝土相似, 我國泵送混凝土配合比設(shè)計規(guī)范要求, 泵送混凝土用砂, 通過0.315 mm 篩以下的含量為15%以上, 以保證混凝土的黏聚性和保水性。這一點同樣適合于滑模攤鋪混凝土。

2.4 粗骨料

　　粗骨料宜選用級配良好、干凈、形狀規(guī)則、熱膨脹系數(shù)小的碎石, 也可采用破碎的卵石。由于粗骨料的“ 尺寸效應(yīng)”, 最大粒徑在25 mm～30mm 的骨料, 對混凝土的強(qiáng)度最有利。而且攤鋪機(jī)的高頻振動對小顆粒骨料混凝土的振實效果好, 對大粒徑骨料混凝土的振實效果差。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)稱, 石子的最大粒徑由20 mm 增大至40 mm, 混凝土的耐磨度降低20%~30%。

　　選用石灰石質(zhì)碎石拌制的混凝土, 抗折強(qiáng)度高于用花崗巖碎石拌制的混凝土。與表面光滑的卵石相比, 用石灰石碎石拌制的混凝土的抗折強(qiáng)度要高20%以上。

2.5 外加劑

　　滑模攤鋪工程中使用的外加劑應(yīng)具有減水、保塑、低引氣等特點, 在夏季施工時還應(yīng)有緩凝效果。外加劑的保塑效果, 直接決定混凝土塌落度損失的大小: 適當(dāng)?shù)囊龤庑Ч? 可以有效改善混凝土的黏聚性和泌水性, 減小混凝土的塌落度損失, 提高混凝土的可攤鋪性能。在減水率上,應(yīng)選用與所用水泥較適應(yīng)的減水率合適的外加劑, 減水率太高, 將導(dǎo)致混凝土塌落度損失增大, 混凝土亦顯得粗澀, 使混凝土的工作性下降。

3 滑模攤鋪混凝土的配合比

　　對以抗折強(qiáng)度為主的混凝土配合比, 有個計算水灰比的經(jīng)驗公式,與實際試配的試驗結(jié)果相比, 計算的水灰比要小。因此, 配合比的設(shè)計是靠經(jīng)驗的積累。事實上, 混凝土水灰比在一定范圍內(nèi)的變化對抗折強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)沒有對抗壓強(qiáng)度的影響那么明顯, 除水泥和集料自身的影響因素外, 混凝土中水泥用量的多少對混凝土的抗折強(qiáng)度影響最明顯。

　　滑模攤鋪混凝土的砂率要比人工攤鋪混凝土的砂率大, 以保證混凝土的黏聚性和密實性。適當(dāng)含量的細(xì)集料顆粒組成的砂漿在混凝土中起著潤滑作用, 減少粗集料顆粒之間的摩擦阻力。在一定的含砂率范圍內(nèi),隨著含砂率的增加, 潤滑作用愈加顯著, 混合料的塑性黏度降低, 流動性提高。但當(dāng)砂率大到一定程度后, 細(xì)集料的總表面積過分增大, 在一定用水量條件下, 砂漿的黏度增加, 從而使混合料的流動性能降低。對一定的粗集料和水泥用量, 每一種砂都有一個最佳的砂率, 此時混凝土的綜合性能達(dá)到最好。根據(jù)我們的經(jīng)驗, 1 m3 混凝土中砂漿的總體積含量( 包括水泥, 水, 砂, 含氣量) 在560 L～600 L 時, 混凝土的各項綜合性能較好。當(dāng)然, 最終還應(yīng)以試驗結(jié)果為準(zhǔn)。

　　含氣量對混凝土的各項性能影響也較大。由引氣劑引起的氣泡在混凝土中分布均勻, 氣泡細(xì)小, 減小了骨料間的摩擦阻力, 起著潤滑作用。適量的氣泡, 使混凝土的抗折彈性模量發(fā)生變化, 抗折強(qiáng)度不受影響, 混凝土的工作性得到大大改善。但當(dāng)含氣量繼續(xù)增大時, 混凝土的抗折強(qiáng)度會顯著降低。含氣量太大, 混凝土也會變得松散, 工作性差。混凝土中含氣量的大小與引氣劑的種類、摻量, 骨料的規(guī)格, 水灰比, 混凝土的攪拌方式和攪拌時間等都有很大的關(guān)系, 必須在實驗室做配合比試驗加以確定?；炷恋暮瑲饬恳泊嬖谝粋€隨時間的延長而損失的問題, 這主要取決于引氣劑引起的氣泡的穩(wěn)定性。一般說來, 混凝土在成形時的含氣量宜在3%～4%范圍內(nèi), 超過4%時, 混凝土的強(qiáng)度就有所降低。

　　泌水也是滑模攤鋪混凝土較易出現(xiàn)的問題。在混合料澆筑之后到開始固化期間, 因重力作用固體顆粒下沉, 水上升, 使混凝土表面含水量增加, 產(chǎn)生大量的浮漿, 硬化后使表面的強(qiáng)度低于內(nèi)部的強(qiáng)度, 產(chǎn)生大量容易剝落的“ 粉塵”, 使混凝土路面的耐磨性大大降低。泌水過程中的水還會聚結(jié)在粗集料的下方, 硬化后成為空隙, 出現(xiàn)弱黏結(jié)地帶。水上升過程中在混凝土的內(nèi)部留下水的通道, 降低了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。泌水時成形的混凝土內(nèi)部各組成成分在發(fā)生不同的位移, 因此混凝土仍然在變形, 造成塌邊、流淌甚至路面的平整度不好。泌水的原因與混凝土的原材料、配合比、施工控制等有很大的關(guān)系。適當(dāng)加大混凝土中粉料的含量或摻合料, 選擇最佳的砂率, 摻加減水劑和引氣劑等是改善混凝土泌水性能的有效措施。加強(qiáng)施工時的混凝土控制, 嚴(yán)格控制混凝土的塌落度,氣溫低時減少或不用緩凝外加劑, 剛下過雨后攤鋪時使用砂堆上部含水量少的砂并適當(dāng)延長攪拌時間, 攤鋪機(jī)的行走速度和振動頻率匹配等,也對改善混凝土的泌水性有一定作用。