混凝土护栏滑模施工试验研究

混凝土护栏滑模施工试验研究摘要：本文通过对混凝土护栏进行滑模施工的试验研究，探讨如何利用简易型的滑模施工设备进行护栏施工作业，试验中着重对混凝土配合比和滑模施工工艺进行了探索，积累了一定的施工经验。关键词：混凝土护栏滑模施工配合比施工工艺利用滑模进行公路混凝土护栏施工，是国外普遍采用的一种施工方法，并大多采用滑模式混凝土摊铺机进行水泥护栏、挡墙、路缘石等的铺筑。对于利用“滑模式混凝土摊铺机”进行路面施工，国内已进行了专门的研究。而对于混凝土护栏的滑模施工，国内研究较少，尚未形成具有参考价值的技术规范或施工指南等。由于护栏的高度尺寸要比路面的厚度尺寸大得多，因此......摘要：本文通过对混凝土护栏进行滑模施工的试验研究，探讨如何利用简易型的滑模施工设备进行护栏施工作业，试验中着重对混凝土配合比和滑模施工工艺进行了探索，积累了一定的施工经验。关键词：混凝土护栏滑模施工配合比施工工艺利用滑模进行公路混凝土护栏施工，是国外普遍采用的一种施工方法，并大多采用滑模式混凝土摊铺机进行水泥护栏、挡墙、路缘石等的铺筑。对于利用“滑模式混凝土摊铺机”进行路面施工，国内已进行了专门的研究。而对于混凝土护栏的滑模施工，国内研究较少，尚未形成具有参考价值的技术规范或施工指南等。由于护栏的高度尺寸要比路面的厚度尺寸大得多，因此，单纯从对混凝土的工作性要求（即滑模铺筑时已成型的混凝土既不出现塌边又不出现麻面）来讲，铺筑混凝土护栏的难度要比铺筑混凝土路面大得多。为此，利用我院自行开发的一种简易型“滑模式护栏铺筑机”，重点对滑模铺筑护栏混凝土的配合比要求及施工工艺进行试验。1滑模护栏施工混凝土用原材料1.1骨料1.1.1粗骨料粗骨料应采用质地坚硬、强度高、耐磨耗、洁净的轧制碎石或卵石，卵石不如碎石，粗骨料的最大粒径为30mm、20mm，分两种级配，粗骨料颗粒级配要求应符合JGJ53-92《普通混凝土用碎石或卵石质量及检验方法》的要求，粗骨料的超径含量不得大于5%。粗骨料的技术要求应符合GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及验收规范》的规定。1.1.2细骨料细骨料应采用质地坚硬、洁净、级配曲线在Ⅰ区、Ⅱ区，细度模数在2.3～3.5之间的中粗砂，天然砂、河砂、碎石砂和配制砂均可采用。细骨料的技术要求应符合JBJ52-92《普通混凝土用砂质量标准和检验方法》和水泥混凝土路面设计规范的规定，泥土含量≤3%，硫化物含量≤1%，有机物和杂质含量符合要求，注意砂的含量不应超标。1.2胶凝材料1.2.1水泥水泥应采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或道路硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥，水泥标号不宜低于425。水泥的化学成份、物理力学性能应符合GB1344-92《矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥》的规定。选用的水泥必须经过实验室检验，确定是否可用，水泥的有效期不得超过三个月。1.2.2粉煤灰粉煤灰在滑模摊铺水泥混凝土路面中是属于推荐使用的一种胶凝材料，粉煤灰应符合《粉煤灰混凝土应用技术规范》Ⅰ、Ⅱ级的粉煤灰各项技术要求，粉煤灰进货要有检验报告。Ⅲ级粉煤灰要有技术指标合格的实验论证报告方可使用。宜采用散装粉煤灰。1.3外加剂外加剂应符合GB8076-87《混凝土外加剂》中合格品或一等品的各项技术要求。外加剂的应用应符合GBJ199-88《混凝土外加剂应用技术规范》的规定。2滑模施工用混凝土配合比设计2.1配合比设计基本要求混凝土配合比设计应当满足强度、工作性、耐久性和经济性四项基本要求。由于是专门为滑模铺筑护栏设计的配合比，上述四项基本要求中，满足和保证滑模式护栏铺筑机高质量摊铺施工和新拌混凝土最优工作性是首要目标，这是滑模铺筑护栏配合比设计独具的特点。2.1.1强度要求对于高等级公路桥梁护栏和公路挡墙用混凝土，其抗压强度最高应不小于30MPa，抗折强度应不小于5.0MPa。2.1.2工作性要求滑模铺筑护栏时新拦混凝土工作性的要求有两项：(1)护栏混凝土应振动密实，禁止出现蜂窝麻面，对新拌混凝土有一个最大振动粘度系数和最小坍落度的要求。(2)混凝土护栏滑模式铺筑后应不塌边流角，表面应平整良好，对新拌混凝土有一个最小振动粘度系数和最大坍落度的要求。进行混凝土护栏铺筑时的最佳工作性和施工允许工作性范围：参考《滑模摊铺混凝土路面施工指南》的有关要求，初定工作性范围，坍落度为0～7cm，振动粘度系数100～1000N·s/m2，铺筑速度0～5m/min。2.1.3耐久性要求参考GBJ97-87的规定，满足护栏混凝土耐久性要求的最大水灰比应不大于0.46。在满足上述三项技术要求的前提下，滑模铺筑护栏混凝土的配合比应贯彻尽可能经济合理的原则。水泥用量一般不应超过400kg/m3。2.2确定配合比计算参数(1)已知滑模铺筑护栏混凝土的试配抗折强度R，其灰水比可依据水泥胶砂的抗折强度Rs、粗集料类型按公式（1）进行初步估算：碎石混凝土R=-1.0079+0.3485Rs+1.5684(c/w)(1)式中c/w为灰水比。(2)滑模铺筑护栏混凝土的水泥用量：采用525#普通硅酸盐水泥或道路硅酸盐水泥宜控制在300～350kg/m3范围内，此时最小水泥用量应不小于300kg/m3；采用425#普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥宜控制在340～400kg/m3范围内。(3)滑模铺筑护栏混凝土的砂率，为了满足最佳工作性和表面平整光滑的要求，较人工施工的混凝土的砂率一般大2%～3%，砂率在32%～40%范围内选取。(4)滑模铺筑护栏混凝土的单位用水量WO可先按公式（2）进行初步估算：碎石混凝土WO=104.97+3.09h+11.27(c/w)+0.61Sp(2)式中h为坍落度，cm；Sp为砂率，%。2.3配合比调整2.3.1配合比的试配调整由公式计算得到的水灰比和单位用水量仅为估算值，最终水灰比和单位用水量应以满足试配各项技术要求为准。滑模铺筑护栏混凝土的单位用水量（粉煤灰掺量）、砂率、粗集料级配和数量、外加剂掺量，应根据混凝土强度、砂的细度模数、粗集料的粒形，通过配制新拌混凝土达到最优工作性和试配强度试验确定。在采用假定混凝土容重法计算时，应根据实测容重调整单位立方混凝土粗集用量和用砂量。2.3.2配合比在施工中的调整试配调整后的配合比在施工中，除了单位用水量和外加剂掺量，其它参数一般不能随意变更。应根据施工现场砂、石集料的含水量变化，在搅拌时及时调整单位用水量，另外随施工期间气温的高低及从混凝土搅拌出机到铺筑的间隔时间不同，适当调整单位用水量及减水剂的种类或剂量。3试验过程3.1室内模拟试验为了在实际铺筑护栏试验中少走弯路，我们制作了一个截面形状与护栏一致、高度与护栏相近的试验模，利用这个试验模进行室内试验。按照混凝土配合比设计计算结果，配制不同配合比的新拌混凝土，对其进行试配强度试验，并将其装入试验模内，用插入式振捣棒将混凝土振实，然后小心地将模板抽掉，观察脱模后混凝土的成型情况，不允许出现塌边、麻面等情况，同时测量混凝土坍落的高度。在满足混凝土配合比设计的基本要求，即强度、工作性、耐久性和经济性的情况下，初步确定各材料的用量，425#硅酸盐水泥的用量为350～370kg较合适，砂率为32%～40%。在坍落度不大于4cm的情况下，能保证成型后的混凝土不易出现变形、坍边、流挂等现象，当坍落度大于7cm时，成型后的混凝土易出现站立不稳、截面形状易变化、侧面外鼓的情况。3.2实际试验过程通过上述混凝土配合比设计及室内模拟试验，初步得到混凝土的配合比数据，在混凝土中水泥用量、砂率基本不变的条件下，进一步对有关工艺参数，如混凝土用水量（主要影响坍落度）、添加粉煤灰对试验的影响、行走速度控制、混凝土振捣方式等进行探索和研究。3.2.1混凝土坍落度及有关因素对滑模铺筑护拦的影响首先选定一组混凝土配合比数据进行试验，水泥C=360kg，砂S=668kg,骨料G=1264kg，水W=158kg，外加剂AT=2.36kg。混凝土的搅拌采用双卧轴强制式搅拌机进行，混凝土从搅拌出机到铺筑的时间为15min左右，现场测定混凝土坍落度为6cm。试铺后的混凝土护拦出现了坍塌、变形、流挂等现象，护拦高度明显降低，说明坍落度偏大，用水量偏高。重新减少用水量进行试验，适当延长混凝土搅拌出机到铺筑的间隔时间，从15min增加到30min，试铺后的混凝土护拦外观质量有所改善，但仍出现有少量的开裂、坍塌现象，现场测试混凝土坍落度为2.5cm。根据前两次试验的情况，决定进一步减小用水量，现场测试混凝土坍落度降到0，在铺筑过程中出现了因混凝土振捣不足使护拦表面产生麻面、开裂等现象。针对上述试验中出现的问题，我们及时进行了分析和改进：(1)通过减少用水量，降低混凝土坍落度，可以减少脱模成型护栏出现塌边流挂的可能，坍落度大于2cm时，成型护拦易出现变形、塌边现象。但单独降低混凝土坍落度并不能完全提高护拦成型的质量，坍落度过低，将使混凝土更难振捣密实，护拦表面易出现蜂窝麻面；(2)试验中只用振捣棒难以完全满足混凝土的振实、脱模需要，应采用大功率的强力振捣棒，特别是对于用水量很小的低坍落度混凝土，需增加使用附着式振动器，这样可以有利于脱模，同时提高成型护栏的表面质量；(3)当滑模的行走速度偏快，大于3m/min时，易产生不足振捣，混凝土不易振捣密实，成型护栏易出现开裂、坍塌现象，另外因混凝土提浆不足，也将影响护栏表面质量，行走速度小于1m/min较好。改进后的试验结果表明，混凝土成型牢固，没有裂缝、坍塌等缺陷，表面质量有所提高。其中一次试验的混凝土配合比参数如下：C=360kg，S=690kg,G=1266kg，W=150kg，AT=2.16kg。现场测试混凝土坍落度为1.0cm。根据对这个配合比制成的混凝土试配进行抗压强度试验，结果分别为：7d强度31.3MPa，28d强度37.1MPa。3.2.2添加粉煤灰对滑模铺筑护拦的影响如果进一步减少用水量，降低坍落度，来提高护栏成型能力，防止出现塌边，将使混凝土更难振实，表面质量反而降低。试验表明，当混凝土坍落度小于1cm时，成形后护拦表面质量就不容易保证。因此，参考有关滑模施工混凝土配合比的资料和施工经验，对护栏混凝土配合比进行调整，按比例适量添加粉煤灰，添加粉煤灰后可降低坍落度，同时由于粉煤灰的“微珠”润滑作用，使得混凝土更易振实，可以提高脱模能力，改善成型后的表面质量。同时由于使用粉煤灰，替代了部分水泥，可以降低施工成本。采用渗加不同含量的粉煤灰混凝土进行的滑模铺筑护栏试验结果表明，在其它材料用量基本不变的情况下，粉煤灰用量越大，混凝土越易振实，另外混凝土的强度、耐久性也越好。对于坍落度小于2cm的混凝土，如不用粉煤灰，混凝土就较难振实，表面提浆不足，铺筑后的混凝土表面较易出现麻面现象。而渗加粉煤灰后，滑模成型后的护栏质量明显提高。其中一次试验的混凝土配合比参数为：C=320kg,S=665kg,G=1270kg,W=145kg,AT=1.92kg，粉煤灰=44kg。现场测试混凝土坍落度为1.0cm。根据对这个配合比制成的混凝土试配进行抗压强度试验，7d强度为32.6MPa，28d强度为38.5MPa。4试验结果分析利用滑模式护栏铺筑机进行混凝土护栏的施工实践表明，要想较好地进行护栏铺筑施工作业，其混凝土的配合比及施工工艺应满足如下要求：(1)对于水泥混凝土用原材料的要求，如粗骨料、细骨料、水泥、水、外加剂、粉煤灰等，应符合“八五”国家重点科技项目“滑模摊铺混凝土路面施工指南”的有关规定。(2)滑模摊铺护栏对新拌混凝土工作性的要求：护栏混凝土应振动密实，禁止出现蜂窝麻面，对新拌混凝土有一个最大振动粘度系数和最小坍落度的要求；对新拌混凝土有一个最小振动粘度系数和最大坍落度的要求。进行混凝土护栏铺筑时，水泥混凝土最佳工作性能的振动粘度系数为500～1000N·s/m2，坍落度应在0～2.0cm之间。(3)在混凝土中应适当添加粉煤灰，其配合比按照GBJ146-90《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的超量取代法进行计算。粉煤灰超量系数：一级灰取1.2，二级灰取1.5，其掺量可为水泥用量