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内容提要:文章通过对宣大高速公路滑模摊铺钢纤维混凝土及耐碱玻璃纤维混凝土路面的施工,从纤维混凝土配合比的设计、拌合以及施工工艺等各环节总结了经验和体会。
关键词: 水泥砼路面;滑模摊铺;纤维混凝土;施工工艺
0 概述
宣(化)~大(同)高速公路(河北段)是河北省第一条山区重载交通高速公路,路线西起河北省阳原县冀晋交界,东至张家口市宣化区京张高速公路,是国家干线公路重要组成部分,也是河北省公路网主骨架中的重要组成部分和晋煤外运的重要通道之一,路线全长126km,其中水泥混凝土路21km。水泥混凝土路面是“九五”国家重点新技术推广项目《水泥混凝土路面滑模施工技术推广》课题的重要组成部分,路基宽度26m,路面宽度2×10. 75m。在水泥混凝土路面施工过程中采用了新材料、新技术和新结构,尤其是对钢纤维和耐碱玻璃纤维的应用。通过宣大高速公路钢纤维混凝土和耐碱玻璃纤维混凝土路面的施工,从配合比设计、纤维混凝土的拌合及滑模摊铺等各个环节都取得了一定的成果。
1 纤维的使用目的
(1)钢纤维的应用能明显提高混凝土的抗弯拉强度、劈裂强度、抗冻性、耐磨性以及抗疲劳性,较相同水泥用量的普通混凝土相比,其抗弯拉强度及劈裂强度相对提高10% ~15%。
(2)耐碱玻璃纤维的应用能较明显地提高混凝土的抗弯拉强度,与相同水泥用量的普通混凝土相比,其弯拉强度能相对提高5% ~8%。耐碱玻璃纤维与钢纤维相比,造价低、掺量少,即使磨损露纤也具有很好的安全性。预期耐碱玻璃纤维是未来纤维增强水泥混凝土路面很有前途的一种纤维材料。
2 对材料的基本要求
2. 1 钢纤维混凝土
钢纤维混凝土的性能除了与基本混凝土有关外,还受钢纤维品种、性能及其掺率的影响,同时,钢纤维混凝土对粗集料的粒径也有一定的要求。粗集料的最大粒径直接影响到钢纤维的握裹力,一般最大粒径不宜超过钢纤维长度的2 /3,即跨越最大粒径的锚固长度不应小于1 /3,极值也应考虑钢纤维不能小于5mm的锚固长度。钢纤维表面不得有油污、锈斑、粘连及其它不利于水泥粘结的杂质,钢纤维内的粘连片、铁屑、锈屑及杂质的总质量不应超过钢纤维总质量的1%。宣大高速公路钢纤维混凝土路面所用的钢纤维为上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的铣削型钢纤维,它具有三角形横断面,扭曲主径,内侧具有粗糙面,两端带有锚尾,强度高,质量均匀稳定,与混凝土粘着性能好,易拌合。纤维长度35mm,宽3. 0mm,厚0. 3mm,考虑到钢纤维两端具有2mm的锚固台,宣大高速公路钢纤维混凝土路面所用粗集料最大粒径为30mm。
2. 2 耐碱玻璃纤维混凝土
因水泥与水接触后立即发生水化反应,在其初始反应期内,混合物的PH值可迅速增加至13,所以对纤维的耐碱性有特殊的要求,必须足以抵抗其碱度。
宣大高速公路所采用的耐碱玻璃纤维为北京赛姆菲尔有限公司生产的CS38型耐碱玻璃纤维,纤维长12mm。耐碱玻璃纤维直径很小,仅几μm,所以其掺量1kg/m3比钢纤维50kg/m3时的纤维根数还多。
3 配合比设计
(1)钢纤维混凝土的配合比设计方法和步骤原则上与普通混凝土相同。钢纤维的用量按混凝土体积的百分率计,对滑模摊铺混凝土路面来说,一般采用体积率为0. 5% ~1. 0%,且不宜超过60kg/m3,用量太大则费用太高,且影响路面微观抗滑构造的制作,太少则效果不显著。为保证施工时拌和物质的均匀,不离析,集料宜采用连续级配。钢纤维混凝土的砂率取值较普通混凝土大,增大范围与钢纤维用量有关,一般采用40% ~50%,或按下式估算:
Str=Scr+10V
式中:Str─钢纤维混凝土的砂率/(% );
Scr─普通混凝土的砂率/(% );
V─钢纤维的体积率/(% )。
(2)玻璃纤维混凝土的配合比设计同普通混凝土,其砂率可较普通混凝土提高1% ~3%,纤维用量视其粗细可控制在1~3kg/m3。可按抗裂(用低值)或增强(用高值)分别控制。
4 粉煤灰的应用
混凝土中掺入一定量的粉煤灰,可起到以下
几方面的作用:
(1)代替部分水泥和细骨料,降低了工程造价;
(2)有利于面板的抗弯拉强度,并对混凝土的长龄期强度有一定的提高;
(3)改善混凝土的和易性,有利于滑模摊铺,提高平整度和外观质量;
(4)降低混凝土初始反应期的碱性,减少了对纤维特别是对玻璃纤维的腐蚀;
(5)降低了混凝土的泌水率,有利于混凝土的远距离运输。但粉煤灰的用量过大不利于面板的耐磨性,面板容易开裂,建议纤维混凝土路面粉煤灰的掺量为水泥用量的10% ~15%。www.tmgc8.com
5 纤维混凝土的配合比
宣大高速公路纤维混凝土所用配合比如表1。
表1 纤维混凝土的配合比
品种 理论配合比(水泥、粉煤灰∶细集料∶粗集料∶水、外加剂) 每m3砼材料用量/kg
水泥 粉煤灰 细集料 粗集料 水 外加剂 纤维
钢纤维混凝土 1∶1. 99∶2. 86∶0. 43 330 33 721 1038 153 5. 08 50
玻纤维混凝土 1∶1. 65∶3. 35∶0. 42 340 34 618 1254 153 6. 36 2
各种材料的选用:
(1)水泥:大同云岗525#普通硅酸盐水泥;
(2)细集料:采用细度模数为3. 0的中粗砂,级配良好,含泥量1. 2%;
(3)粗集料:采用0. 5~1cm与1~3cm两种碎石按3∶7比例掺配而成,含泥量为0. 6%;
(4)粉煤灰:山西神头电厂I级粉煤灰;
(5)外加剂:大同光明外加剂厂生产的MRF复合高效外加剂,减水率达18% ~20%,含固量为40%。
6 纤维混凝土的拌合
纤维用料误差控制在1%,其它材料同普通混凝土。
为保证纤维混凝土的均质性,应严格控制拌和物的最短搅拌时间。纤维混凝土相对普通混凝土纯搅拌时间应延长1 /3。一般情况下,单立轴式搅拌楼每一搅拌循环应控制在90~150s;卧轴式搅拌楼每一搅拌循环应控制在80~120s。上述两种搅拌楼原材料上齐后的纯拌合时间应不短于50s,最长搅拌时间不宜超过限值的2倍。
宣大高速公路所用拌合设备为德国产ELBA单卧轴式搅拌楼,在拌合纤维混凝土时,每一搅拌循环调至120s,相应纯搅拌时间为60s,拌合物质均匀、性能良好,无离析现象。
拌合物的工作性能直接影响到滑模摊铺路面的质量,为保证摊铺机的正常摊铺,机前混凝土拌合物的工作性应严格控制。对钢纤维混凝土,混凝土的最佳坍落度范围为20~40mm,允许范围为10~50mm,极值不允许超过60mm;对玻璃纤维混凝土,混凝土的最佳坍落度范围为30~50mm,允许工作范围为20~60mm,极值不允许超过70mm。摊铺后路面的表面浆层厚度应控制在2mm左右。
7 滑模摊铺
针对不同机型的滑模摊铺机,摊铺前应对其所有机构部件进行正确施工位置的设定,并将这些施工参数,通过试摊铺调整固定下来,正式摊铺时应根据供料情况进行微调。对纤维混凝土的摊铺施工,应注意以下几点:
(1)振捣棒位置的设定:对于纤维混凝土,振捣棒下缘应严格控制在路面标高以上,严禁插入路面,以免振捣棒拖出浆槽。
(2)滑模摊铺机正常摊铺时,因振捣棒控制在路面以上,振捣频率应较摊铺普通混凝土高,宜控制在8 000~11 000r/min之间,机手应随时根据机前混凝土拌合物的稠度调整摊铺速度和振捣频率,偏稠则适当降低摊铺速度和加大振捣频率,偏稀则加快摊铺速度和降低振捣频率。
(3)混凝土的布料:正常摊铺时,机前最高料位不得高于摊铺机松方控制板顶面,料位的正常高度应在螺旋布料器或布料犁顶面,以至松方控制板1 /2的高度为宜,但不得缺料。松铺系数应视坍落度大小而定,坍落度为30mm时,松铺系数宜控制在1. 1左右,布料及卸料长度应随天气状况控制在5~10m之间。摊铺停机等料时,应停止布料器的工作,以免过分扰动纤维。
(4)摊铺速度的控制:机手操作摊铺机应匀速连续不断地摊铺,对于纤维混凝土,摊铺速度应控制在0. 8~1. 5m /min之间,速度太快则影响混凝土的密实性.
(5)抗滑构造的制作:钢纤维混凝土路面抗滑构造的施工不宜采用挂布软拖制作法,因钢纤维宜刺入布中拖出坑槽,建议采用拉、挂软毛排刷拉毛法,但要对排刷经常换洗。也可不拉毛,只用硬刻槽机刻出宏观抗滑构造。玻璃纤维混凝土路面抗滑构造的制作不宜采用拉挂软毛排刷或粗布、帆布制作,因上述制作方法皆容易拉出纤维球体,影响面层的外观,建议采用挂拖多层丝绸法,或不拉毛仅刻槽。
8 总结及建议
宣大高速公路混凝土路面对上述两种纤维的应用是比较成功的,钢纤维混凝土面板平均抗弯拉强度达7. 7MPa,平均抗压强度达42MPa,劈裂强度达4. 8MPa;耐碱玻璃纤维混凝土面板平均抗弯拉强度达7. 5MPa,平均抗压强度达40MPa,劈裂强度达3. 6MPa。两种面板明显地比普通混凝土面板强度提高了一个台阶,且路面平整、无裂纹断板现象。
建议在以后的混凝土路面施工中,钢纤维混凝土可适当降低钢纤维的掺量,以降低工程费用,钢纤维的掺量可控制在30~50kg/m3。耐碱玻璃纤维混凝土可根据砂石料情况适当降低水泥用量。www.tmgc8.com
