公路護(hù)欄混凝土配比與滑模施工研究

楊健民

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

為了貫徹落實(shí)黨中央提出的“安全第一、以人為本”的平安交通建設(shè)理念，設(shè)計(jì)出安全可靠的交通設(shè)施具有重要意義。以公路護(hù)欄為例，常用的混凝土護(hù)欄一般在施工現(xiàn)場(chǎng)立模板澆筑或是在預(yù)制場(chǎng)生產(chǎn)而運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，無(wú)論是以上哪種工藝，均會(huì)帶來(lái)較多的材料周轉(zhuǎn)、人力消耗，并且會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用場(chǎng)地，因此在國(guó)外推廣的滑模技術(shù)值得在公路工程中使用[1]。國(guó)內(nèi)研究者借鑒實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。陳立超依托實(shí)際工程，對(duì)滑模施工中的連續(xù)供料以及相應(yīng)的工藝控制與護(hù)欄質(zhì)量控制進(jìn)行了研究[2]。王耀東以Wirtgen SP250滑模攤鋪機(jī)為對(duì)象，建立了基準(zhǔn)掛線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值仿真研究了滑模施工的過(guò)程[3]。馮康樂(lè)優(yōu)化了護(hù)欄混凝土的配比并研究了外加劑的最佳摻量，同時(shí)研究了施工工藝，提出了混凝土的振動(dòng)頻率宜為200 Hz，振動(dòng)區(qū)域宜為310 mm[4]。詹文兵等針對(duì)傳統(tǒng)護(hù)欄施工中存在的問(wèn)題，在廣東龍懷高速采用滑模施工工藝對(duì)護(hù)欄混凝土的配比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行了研究，并取得了良好的應(yīng)用效果[5]。以上研究無(wú)疑豐富了護(hù)欄滑模施工的經(jīng)驗(yàn)，本文在已有研究的基礎(chǔ)上提出護(hù)欄混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法以及混凝土的耐久性保證措施，并提出了相應(yīng)的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 護(hù)欄混凝土優(yōu)化方案

1.1 混凝土設(shè)計(jì)要求

根據(jù)歐洲現(xiàn)有工程實(shí)例，高度在1.8 m以下的混凝土護(hù)欄，可采用滑模技術(shù)提高施工效率。因此要求護(hù)欄混凝土具有較低的坍落度、較高的黏聚性與保坍性等特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)運(yùn)距、環(huán)境等條件選用適宜的外加劑[6]。

1.2 防滲處理

護(hù)欄混凝土達(dá)到工作性能的要求后，為了進(jìn)一步提高護(hù)欄的使用壽命，可在護(hù)欄表面噴涂適宜的材料以提高混凝土的抗腐蝕性能，不僅可以減少雨雪、酸雨的侵蝕，防止鋼筋骨架的銹蝕，還可以減少養(yǎng)護(hù)成本。

2 護(hù)欄混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

水泥采用P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。骨料采用河北某石料廠(chǎng)生產(chǎn)的碎石，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。砂的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，經(jīng)測(cè)試當(dāng)摻量為1.83%時(shí)，減水率為23%。原材料經(jīng)檢測(cè)均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

表2 骨料物理性質(zhì)

表3 砂的技術(shù)指標(biāo)

2.2 設(shè)計(jì)方法

根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG F30—2014）的要求，護(hù)欄混凝土的抗壓強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)要求，配合比方面要求水泥用量不少于150 kg/m3，砂率不低于36%，粉煤灰與礦粉等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)與試驗(yàn)段確定，擬定的一組配合比見(jiàn)表4。

表4 護(hù)欄混凝土質(zhì)量配合比

3 護(hù)欄混凝土性能研究

3.1 評(píng)價(jià)方法

混凝土的工作性會(huì)影響施工中的和易性以及穩(wěn)定性，尤其在使用滑模施工時(shí)易出現(xiàn)塌邊和流角，甚至?xí)霈F(xiàn)蜂窩麻面。因此為了評(píng)價(jià)混凝土的工作性能，常用的評(píng)價(jià)方法有坍落度法、韋伯稠度法和振動(dòng)黏度系數(shù)法。上述方法存在著操作復(fù)雜以及試驗(yàn)變異系數(shù)較大的問(wèn)題，因此本文采用文獻(xiàn)[7]提出的振動(dòng)液化方法進(jìn)行護(hù)欄混凝土工作性能的評(píng)價(jià)。

3.2 實(shí)施方法

試驗(yàn)容器基于韋伯稠度儀定制，從外部在側(cè)壁與桶底進(jìn)行開(kāi)孔，開(kāi)孔直徑為4.75 mm，相鄰間的圓孔距為3 mm。將拌和均勻的混凝土取16 kg放到容器內(nèi)并固定在振動(dòng)臺(tái)上，把韋伯稠度儀配套的透明圓盤(pán)與配重之余混凝土中，開(kāi)啟振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)20 s。混凝土發(fā)生液化時(shí)，漿液即從所開(kāi)的孔中流出，通過(guò)稱(chēng)取溢出漿液的質(zhì)量來(lái)判斷混凝土的工作性能。液化振動(dòng)試驗(yàn)見(jiàn)圖1。

圖1 液化試驗(yàn)

3.3 性能評(píng)價(jià)

考慮到混凝土自拌和后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中工作性能的變化，在室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)混凝土的工作性能引入經(jīng)時(shí)液化試驗(yàn)，即將拌和好的混凝土用濕布裹覆40 min后，攪拌30 s再進(jìn)行振動(dòng)液化試驗(yàn)，再測(cè)試經(jīng)時(shí)液化后的坍落度與出漿量。擬定的5組配比未經(jīng)時(shí)液化的性能與經(jīng)時(shí)液化后的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同配比的工作性能

由表5可知，在模擬混凝土運(yùn)輸靜置的過(guò)程中，坍落度的降幅均超過(guò)50%，且遠(yuǎn)大于出漿量的降幅，最高達(dá)到72%。從PB-1到PB-5水泥用量與用水量逐漸增加，砂石用量逐漸減少，混凝土的和易性隨之改善，出漿量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，初始坍落度呈減小的趨勢(shì)，而經(jīng)時(shí)坍落度未呈現(xiàn)明顯規(guī)律，驗(yàn)證了當(dāng)坍落度過(guò)小時(shí)無(wú)法反映混凝土密實(shí)程度與平整度的協(xié)調(diào)性[8]。根據(jù)滑模施工的實(shí)踐可知，當(dāng)混凝土初始坍落度在40～50 mm時(shí)不易發(fā)生泌水[9]，且水泥用量過(guò)多會(huì)造成開(kāi)裂且不經(jīng)濟(jì)。綜上所述，推薦采用PB-2、PB-3的配合比。

4 滑模施工質(zhì)量控制

4.1 混凝土攤鋪要點(diǎn)

a）根據(jù)上節(jié)護(hù)欄混凝土配合比的研究，為保證混凝土經(jīng)時(shí)液化后混凝土的工作性能，采用PB-1～PB-3的配合比。攤鋪機(jī)需配置的高頻振搗棒應(yīng)不少于3根，為避免蜂窩麻面的出現(xiàn)，護(hù)欄兩側(cè)宜各配置一根振搗棒，并保證混凝土振搗密實(shí)。

b）攤鋪機(jī)的行進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)混凝土供應(yīng)條件以及振搗后的密實(shí)程度及時(shí)調(diào)整，攤鋪行進(jìn)速度一般宜控制在0.75～1.5 m/min，并同步檢查外形與標(biāo)高。

c）由于護(hù)欄混凝土的工作性能無(wú)法保持穩(wěn)定，攤鋪過(guò)程中混凝土表面會(huì)發(fā)生一定量的塌落，模板底面的高程與混凝土頂面的高程之差成為塌落高度。由文獻(xiàn)[1]的調(diào)查研究表明，護(hù)欄頂面混凝土脫模后的塌落高度不應(yīng)大于4 mm±1 mm；若塌落后采用貼補(bǔ)找平，貼補(bǔ)層會(huì)在環(huán)境與溫度作用下發(fā)生剝落，進(jìn)一步降低護(hù)欄混凝土的耐久性。鑒于此，應(yīng)在攤鋪過(guò)程中采用5 m直尺進(jìn)行平整度檢測(cè)，塌落量超過(guò)規(guī)范要求的部分宜采用小型滑模攤鋪機(jī)在初凝前及時(shí)跟進(jìn)找平。

d）在完成攤鋪后，脫模后的護(hù)欄外觀(guān)已無(wú)嚴(yán)重缺陷，對(duì)于個(gè)別未振搗出的氣孔與石料造成的缺陷采用手工修補(bǔ)。

e）護(hù)欄切縫間距應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行調(diào)整，通常每4～5 m切一道，在全年溫差較大的地區(qū)，切縫間距宜取小，反之則取大，切縫槽深度宜為80mm。

4.2 耐久性防護(hù)

從全壽命周期角度考慮，混凝土耐久性由其滲水性直接決定[10]。水分的浸入會(huì)使得混凝土更易被氯離子、鹽分侵蝕，在凍融循環(huán)作用下進(jìn)一步降低耐久性[11]。已有研究表明，硅烷浸漬技術(shù)可使混凝土的吸水率不超過(guò)0.01 mm/min，對(duì)氯化物的吸收率降低90%。因此可對(duì)護(hù)欄混凝土表明噴涂硅烷材料。施工要點(diǎn)如下：

a）施工前應(yīng)保證硅烷材料的密封性，并存儲(chǔ)在陰涼干燥處，施工應(yīng)避開(kāi)雨天。

b）為保證噴涂質(zhì)量，正式施工前可取1～5 m2的護(hù)欄進(jìn)行試噴，完畢后進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，應(yīng)保證吸水率小于0.01 mm/min，硅烷材料的浸入深度不少于3 mm，以及對(duì)氯化物的吸收率降低90%。

c）硅烷材料噴涂宜采用泵送設(shè)備，施工時(shí)應(yīng)連續(xù)作業(yè)，從護(hù)欄下側(cè)向上噴涂，噴涂的效果應(yīng)保證漿液處于飽和流動(dòng)狀態(tài)，噴涂量通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定，噴涂施工宜分兩次進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

a）根據(jù)滑模施工的特點(diǎn)提出了護(hù)欄混凝土的優(yōu)化方案，提出了護(hù)欄混凝土應(yīng)具有較低的坍落度、較高的黏聚性與保坍性等特點(diǎn)，采用硅烷浸漬技術(shù)提高其耐久性。

b）將擬定的配合比通過(guò)振動(dòng)液化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著水泥用量的增加，出漿量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，坍落度的變化不穩(wěn)定。坍落度的降幅最高達(dá)到72%，宜通過(guò)出漿量評(píng)價(jià)混凝土的工作性能，在坍落度不超過(guò)50 mm時(shí)選用水泥用量較小的配比。

c）提出了滑模施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)與硅烷浸漬技術(shù)的施工要點(diǎn)。