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 文獻標識碼: 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, 我國也先后引進了各種類型的混凝土攤鋪機, 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。滑模攤鋪混凝土有別于人工攤鋪, 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》標準, 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, 安定性不達標, 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、磨細礦渣粉等在路面工程中較少使用。

2.3 細骨料

　　作為混凝土細骨料的砂, 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, 在混凝土中要吸收大量水分, 在混凝土達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, 泌水嚴重, 成形的路面的平整度較難達到要求。采用細砂時, 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, 細度模數(shù)在2.4～2.7 之間的砂作混凝土的細集料, 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, 對混凝土的強度最有利。而且攤鋪機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?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)的變化對抗折強度的影響遠沒有對抗壓強度的影響那么明顯, 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。適當含量的細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。但當砂率大到一定程度后, 細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。當然, 最終還應(yīng)以試驗結(jié)果為準。

　　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, 抗折強度不受影響, 混凝土的工作性得到大大改善。但當含氣量繼續(xù)增大時, 混凝土的抗折強度會顯著降低。含氣量太大, 混凝土也會變得松散, 工作性差?；炷林泻瑲饬康拇笮∨c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, 硬化后使表面的強度低于內(nèi)部的強度, 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。加強施工時的混凝土控制, 嚴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延長攪拌時間, 攤鋪機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。