摘要: 介绍了水泥路面滑模摊铺施工工艺的特点, 具体论述了滑模摊铺对混凝土原材料( 水泥、掺合料、细骨料、粗骨料、外加剂) 的要求, 提出了滑模摊铺混凝土的配合比设计。
关键词: 滑模摊铺; 混凝土; 施工工艺
中图分类号: U416.216 文献标识码: A
水泥路面的滑模摊铺施工作为一种新的施工工艺, 具有施工速度快、效率高、路面平整度好等优点。许多国家已将滑模摊铺作为常规的路面施工方法, 我国也先后引进了各种类型的混凝土摊铺机, 并将滑模摊铺作为常规路面最重要的施工方法加以应用。
1 滑模摊铺混凝土的特点
混凝土拌和物性能的好坏, 是路面摊铺效果好坏的决定性因素。滑模摊铺混凝土有别于人工摊铺, 有其自身的特点: 由于运输距离及时间等原因, 拌和的混凝土出机时塌落度不能过大, 而运至摊铺地点的塌落度又不能过小, 所以要求混凝土的塌落度损失要小; 在摊铺机的液化仓内能较好地振实液化, 成形后的路面无蜂窝麻面, 所以要求混凝土有较好的和易性; 成形的混凝土在模板滑过以后不塌边、不流淌, 因此要求混凝土有良好的黏聚性和保水性, 即混凝土的触变性。通过对湖北黄石高速公路、山西京大高速公路、山西祁介一级公路、京珠高速公路湖南湘耒八标段、江西323 国道改造等项目的滑模摊铺混凝土的配合比设计的对比和研究, 下面具体论述滑模摊铺混凝土的实用技术。
2 滑模摊铺混凝土原材料分析
2.1 水泥
由于路面受力特点为轴载, 故应优先使用折/压强度比较高的道路硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥中的矿物成分C3A 对外加剂有较强的吸附力, 且早期水化快, 水化热高, 故应选择C3A 含量较低、C4AF 含量较高的水泥, 以减小混凝土的塌落度损失, 减小面板开裂和断板的可能性。
矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等虽然早期水化热低, 但因干缩、耐磨性、耐久性等原因一般不用于路面。我国已制定并颁布了《道路硅酸盐水泥》标准, 但实际产量却非常有限, 因此大部分道路建设都采用普通硅酸盐水泥。特别是对外掺掺合料如粉煤灰的混凝土, 宜选用纯硅酸盐水泥或混合料掺量低的普通硅酸盐水泥。在施工中热水泥的问题应引起注意, 由于水泥路面工程对水泥的需要量很大, 一般约600 t/d 以上, 有时接近1 000 t/d, 因此许多工地都是水泥一到就使用, 有的水泥运到工地时温度达60 ℃以上, 这样的水泥极易引起拌制的混凝土出现变异, 甚至导致面板开裂。上述情况的水泥存放期不足, 安定性不达标, 同时水泥温度过高, 拌和时容易出现假凝现象, 因此应严禁热水泥在滑模摊铺工程中使用。
2.2 掺合料
滑模摊铺的混凝土中应尽量使用一些活性掺合料, 国内常用的掺合料为粉煤灰。作为水泥和混凝土中使用的粉煤灰要求Ⅱ级以上, 对其细度、需水比、烧失量等都有具体要求, 可等量或超量取代部分水泥。粉煤灰是一种潜活性的材料, 它的活性需在水泥水化生成的碱性环境中才能得以激发。这是一个化学反应的过程, 放热量很小, 由于取代一部分水泥而使混凝土中的总热量减少, 因此对减小混凝土的塌落度损失、减少因温度应力引起的面板开裂都有一定的好处, 同时降低了混凝土中的碱含量, 因此也降低了混凝土碱集料反应的可能性。由于粉煤灰在混凝土中的“ 滚珠”效应, 使混凝土的流动性得以改善。粉煤灰有较大的比表面积,接触点多, 增加了混凝土中细颗粒的含量, 减少了混凝土中的游离水, 使混凝土的黏聚性、保水性更好。
根据研究, 在粉煤灰掺量为水泥重量的25%时, 水泥水化的碱性可以使粉煤灰活性得以完全激发。通过试验发现: 在粉煤灰掺量为水泥重量的15%时, 28 d 和60 d 的强度比不掺粉煤灰的高, 耐磨试验的磨损量比不掺的小。其他掺合料如硅灰、磨细矿渣粉等在路面工程中较少使用。
2.3 细骨料
作为混凝土细骨料的砂, 通常采用干净的河砂, 含泥量和泥块含量应符合要求, 砂中含泥特别是泥块的存在, 对成形路面的危害很大。由于泥土吸水性很强, 在混凝土中要吸收大量水分, 在混凝土达到一定的稠度时需要更多的水分, 造成混凝土的水灰比增大, 给路面的强度和耐久性带来不利影响, 而且泥土颗粒吸水膨胀, 失水收缩, 含量过大时也会引起成形的面板开裂。泥块在混凝土的搅拌过程中很难破碎分散, 仍以块状存在于混凝土中, 在混凝土成形后分布在路面表层, 由于干缩湿胀很快就会与混凝土脱开, 被雨水冲刷掉, 造成路面上一个一个的孔洞, 引起路面的破坏。这种现象在许多工程中都存在。通过采用细度模数为2.4 和3.1 的黄砂配制的混凝土的施工效果对比, 细度模数为2.4 的黄砂配制的混凝土, 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证, 外观也很漂亮。而用细度模数为3.1 的黄砂配制的混凝土显得粗涩、松散, 泌水严重, 成形的路面的平整度较难达到要求。采用细砂时, 混凝土的砂率可以降低, 相应地粗骨料的含量增加, 更能发挥粗骨料的骨架作用, 对减小混凝土的干缩变形, 提高耐久性有益。因此, 细度模数在2.4～2.7 之间的砂作混凝土的细集料, 更适合滑模摊铺。同时, 还应注意各粒级砂的含量。在这一点上, 滑模摊铺混凝土与泵送混凝土相似, 我国泵送混凝土配合比设计规范要求, 泵送混凝土用砂, 通过0.315 mm 筛以下的含量为15%以上, 以保证混凝土的黏聚性和保水性。这一点同样适合于滑模摊铺混凝土。
2.4 粗骨料
粗骨料宜选用级配良好、干净、形状规则、热膨胀系数小的碎石, 也可采用破碎的卵石。由于粗骨料的“ 尺寸效应”, 最大粒径在25 mm～30mm 的骨料, 对混凝土的强度最有利。而且摊铺机的高频振动对小颗粒骨料混凝土的振实效果好, 对大粒径骨料混凝土的振实效果差。据有关文献称, 石子的最大粒径由20 mm 增大至40 mm, 混凝土的耐磨度降低20%~30%。
选用石灰石质碎石拌制的混凝土, 抗折强度高于用花岗岩碎石拌制的混凝土。与表面光滑的卵石相比, 用石灰石碎石拌制的混凝土的抗折强度要高20%以上。
2.5 外加剂
滑模摊铺工程中使用的外加剂应具有减水、保塑、低引气等特点, 在夏季施工时还应有缓凝效果。外加剂的保塑效果, 直接决定混凝土塌落度损失的大小: 适当的引气效果, 可以有效改善混凝土的黏聚性和泌水性, 减小混凝土的塌落度损失, 提高混凝土的可摊铺性能。在减水率上,应选用与所用水泥较适应的减水率合适的外加剂, 减水率太高, 将导致混凝土塌落度损失增大, 混凝土亦显得粗涩, 使混凝土的工作性下降。
3 滑模摊铺混凝土的配合比
对以抗折强度为主的混凝土配合比, 有个计算水灰比的经验公式,与实际试配的试验结果相比, 计算的水灰比要小。因此, 配合比的设计是靠经验的积累。事实上, 混凝土水灰比在一定范围内的变化对抗折强度的影响远没有对抗压强度的影响那么明显, 除水泥和集料自身的影响因素外, 混凝土中水泥用量的多少对混凝土的抗折强度影响最明显。
滑模摊铺混凝土的砂率要比人工摊铺混凝土的砂率大, 以保证混凝土的黏聚性和密实性。适当含量的细集料颗粒组成的砂浆在混凝土中起着润滑作用, 减少粗集料颗粒之间的摩擦阻力。在一定的含砂率范围内,随着含砂率的增加, 润滑作用愈加显著, 混合料的塑性黏度降低, 流动性提高。但当砂率大到一定程度后, 细集料的总表面积过分增大, 在一定用水量条件下, 砂浆的黏度增加, 从而使混合料的流动性能降低。对一定的粗集料和水泥用量, 每一种砂都有一个最佳的砂率, 此时混凝土的综合性能达到最好。根据我们的经验, 1 m3 混凝土中砂浆的总体积含量( 包括水泥, 水, 砂, 含气量) 在560 L～600 L 时, 混凝土的各项综合性能较好。当然, 最终还应以试验结果为准。
含气量对混凝土的各项性能影响也较大。由引气剂引起的气泡在混凝土中分布均匀, 气泡细小, 减小了骨料间的摩擦阻力, 起着润滑作用。适量的气泡, 使混凝土的抗折弹性模量发生变化, 抗折强度不受影响, 混凝土的工作性得到大大改善。但当含气量继续增大时, 混凝土的抗折强度会显著降低。含气量太大, 混凝土也会变得松散, 工作性差。混凝土中含气量的大小与引气剂的种类、掺量, 骨料的规格, 水灰比, 混凝土的搅拌方式和搅拌时间等都有很大的关系, 必须在实验室做配合比试验加以确定。混凝土的含气量也存在一个随时间的延长而损失的问题, 这主要取决于引气剂引起的气泡的稳定性。一般说来, 混凝土在成形时的含气量宜在3%～4%范围内, 超过4%时, 混凝土的强度就有所降低。
泌水也是滑模摊铺混凝土较易出现的问题。在混合料浇筑之后到开始固化期间, 因重力作用固体颗粒下沉, 水上升, 使混凝土表面含水量增加, 产生大量的浮浆, 硬化后使表面的强度低于内部的强度, 产生大量容易剥落的“ 粉尘”, 使混凝土路面的耐磨性大大降低。泌水过程中的水还会聚结在粗集料的下方, 硬化后成为空隙, 出现弱黏结地带。水上升过程中在混凝土的内部留下水的通道, 降低了混凝土的强度和耐久性。泌水时成形的混凝土内部各组成成分在发生不同的位移, 因此混凝土仍然在变形, 造成塌边、流淌甚至路面的平整度不好。泌水的原因与混凝土的原材料、配合比、施工控制等有很大的关系。适当加大混凝土中粉料的含量或掺合料, 选择最佳的砂率, 掺加减水剂和引气剂等是改善混凝土泌水性能的有效措施。加强施工时的混凝土控制, 严格控制混凝土的塌落度,气温低时减少或不用缓凝外加剂, 刚下过雨后摊铺时使用砂堆上部含水量少的砂并适当延长搅拌时间, 摊铺机的行走速度和振动频率匹配等,也对改善混凝土的泌水性有一定作用。
