混凝土路面滑模施工的擠壓搓平相關技術研究

胡海云

（江西省贛西公路工程監理有限公司,江西 宜春 336400）

0 引言

混凝土路面滑模鋪筑過程中，拌和混凝土成料由計量控制板和搗振陣控制布料，于擠壓艙擠壓成型，材料進入擠壓艙后受到來自滑模板、邊模板的內向擠壓力后形成鋪筑層。擠壓產生的阻力主要包括：擠壓艙未設擋板前張角所造成的阻擋或犁削阻力；滑模攤鋪機行進過程中，滑模板與混凝土接觸面間板土摩擦阻力。所以合理控制擠壓艙，需要在優化控制板土接觸摩擦狀態與保證鋪筑質量之間尋求優化配置組合。

1 攤鋪機滑模擠壓艙頂板前張角優化

滑模攤鋪機在混凝土進入擠壓艙擠壓成型時，擠壓艙前張角配置，能使混凝土擠壓更充分，利于形成更為齊整、美觀的路面形態。在優化過程中，可在滑模攤鋪機的擠壓艙底板設置前張角并設計成圓弧形，應用功效更好[1]。

由于擠壓艙頂板前張角對攤鋪作業的阻力影響比較大，所以攤鋪過程中，調節前張角較為關鍵。按照《公路路面水泥混凝土施工規范》（JTJ.T037.1—2000）規定，攤鋪路面縱坡率比較大時，應適當調節擠壓艙的頂板前張角。開展基于不同張角的阻力影響試驗測量，以分析把握前張角角度設置對攤鋪功效的影響。試驗過程中，保持擠壓艙前端混凝土鋪層高度不變，在此基礎上對張角進行調節，并通過鋼板上所預設的測力計進行阻力檢測，得到的阻力測量值，即為帶前張角的擠壓艙的攤鋪阻力。測量試驗在小型滑模試驗機上進行，其搗振棒位置、滑模頂板、布料厚度均能夠自由控制。在0°～45°區間調節頂板前張角開展試驗，比較不同配置模具弧角，角度每調節一次增加5°，所獲得的混凝土攤鋪阻力檢測結果見圖1所示。

圖1 調節擠壓艙頂板前張角獲得的攤鋪阻力曲線

曲線關系顯示，無論是不是應用圓弧倒角，其阻力狀態均隨前張角的加大而加大，但其趨勢演繹狀態有所不同。圓弧倒角時，阻力顯著低于垂直倒角，顯示圓弧倒角配置能夠有效降低滑模攤鋪阻力[2]。

前張角配置低于15°時，則增速相對比較緩慢，15°～30°時，曲線中斜率比較大，顯示攤鋪阻力提升速度較快，高出30°配置時，阻力增速則再次開始放緩。不設前張角，攤鋪阻力雖然比較小，但鋪層美觀度受影響，顯然滑模前張角的配置應在0°～15°區間選擇。

綜合處理前述試驗數據，得出擠壓艙前張角導致的攤鋪阻力Q與不高出45°的前張角度關系公式（1），其擬合R2值達到0.98，擬合度較佳。

2 滑模板與混凝土的板土摩擦影響狀態分析

攤鋪過程中，滑模板直接接觸混凝土，在壓力影響下，板土間的摩擦阻力也是攤鋪阻力的構成部分。板土間的摩擦力主要集中于接觸面，該接觸面可認為是搗振后混凝土表面由水、細骨料、空氣組成的砂漿層，在接觸中砂漿層直接與模具板接觸，產生吸附以及摩擦現象。

2.1 板土摩擦力的主要影響因素

下列因素影響板土摩擦力：

2.1.1 混凝土流變特性

混凝土搗振后密度較高，在毛細水壓力、范德華力以及庫侖力的影響下，接觸面以水膜形式與滑模板接觸，這種滑模接觸，實質是混凝土與滑模板因接觸而產生的切力與應變間的關系[3]。

2.1.2 板表面粗糙度

板表面局域存在部分凹陷或者凸起，混凝砂漿接觸滑模板時，骨料細小顆粒在相對滑移中被擾動或吸附，導致表面的各種病害。粗糙度可應用粗糙度Ra指數表達，其數值取目標面最低和最高峰之間距離的算術平均差。

2.1.3 板土接觸壓力

庫倫摩擦定律認為，接觸面摩擦力與法向接觸壓力成正比，滑移摩擦力與滑移速度無關。水泥混凝土材料與滑模板間的滑動摩擦力多表現為黏性摩擦力。滑移過程中，速度對摩阻力存在一定程度的影響。

2.2 搗振時間對板土摩擦力影響分析

混凝土經歷不同程度的搗振，其密實性和流動性則會不同，產生不同的板土摩擦力影響狀態。該研究應用摩擦試驗儀對不同搗振時間的混凝土開展混凝土和滑模板的板土摩擦力試驗檢測。基于公路常用混凝土配比等參數，接觸壓力取50 kPa，1組混凝土摻加液化劑，1組混凝土不摻加液化劑的試驗條件，獲得了不同混凝土搗振時間所形成的板土摩擦力關系曲線，具體見圖2所示[4]。

圖2 混凝土搗振時間的板土摩擦力關系曲線

曲線顯示，搗振30～90 s時，摻進液化劑后的混凝土與滑模板間的摩擦力較小，搗振30～50 s時，混凝土液化功效隨之提升，混凝土與滑模板接觸范圍砂漿變厚，摩阻力相對降低。超過50 s，搗振后的砂漿層更厚，甚至有可能發生泌水等病害，表層砂漿黏度加大，混凝土與滑模板間的摩擦力隨之加大。

混凝土材料未摻液化劑，其摩阻力狀態與摻入液化劑的相似，但是摩阻力在振動40 s時即達最低，按照該研究數據推斷，當超過90 s時，兩種板土間摩擦力差異并不大，這也顯示了應用混凝土液化劑的價值。滑模施工過程中，根據具體施工情況選擇混凝土搗振時間，但最高不應超過50 s。

2.3 粗糙度與接觸壓力的摩擦力影響分析

板面粗糙度對攤鋪機滑膜的板土阻力影響比較大，應用摩擦試驗儀對板面粗糙度和接觸壓力的摩擦力影響開展研究[5]。

滑模頂板在應用過程中不斷變舊，其國際粗糙度Ra指數不斷升高。實際工程應用過程中，對滑模裝備疏于維養或者維養不得當，造成滑模板出現凹陷、起鼓、不平等現象，應用缺陷模板進行混凝土路面鋪筑，必然影響鋪筑質量。圖3是基于Ra=1.6μ和0.3μ的不銹鋼滑模板條件的模板粗糙度和接觸壓力的摩擦阻力影響關系曲線。

圖3 模板粗糙度和接觸壓力的摩擦阻力影響關系

曲線顯示，當接觸壓力加大時，擠壓艙攤鋪阻力隨之加大。當板土接觸壓力低于200 kPa時，不同粗糙程度的滑模板的板土摩阻力差異并不大，伴隨接觸壓力的加大，粗糙滑模板的板土摩擦阻力更大。

3 滑膜攤鋪機振動搓平梁優化應用

3.1 搓平梁應用控制存在的問題

經過滑模擠壓的混凝土基本已經擠壓成型，但是其表面可能存在麻面、蜂窩等不足，影響路面的平整度。部分高級別路面設計為避免混凝土路面在應用期內發生錯臺現象，影響路面持久性和行車舒適度，而在脹縫區域設置傳力桿。

故滑模攤鋪機多在擠壓艙后配置一個可以左右振蕩的搓平梁，利于路面找平施工控制。搓平梁高度應與滑模板高度相配套，搓平梁前部配置一個比較小的張角，以利于搓起砂漿，并保持搓平梁在搓平層上正常擺動。施工過程中不重視搓平梁應用和控制，可能導致下述問題：

（1）搓平梁擺動頻率把控不足，影響振動提漿效果。

（2）擠壓艙搗振后，混凝土攤鋪層雖然已經獲得了相當實密的技術狀態，但面層仍存在砂漿層。混凝土漿層厚度不足，造成搓平梁前方砂漿卷動不足，或造成大粒度骨料被推起，增加了推料阻力，并且搓起粗骨料會影響搓平梁平度，從而影響鋪筑路面的平整度。

3.2 搓平梁擺頻及深度影響的控制應用

為研究滑模攤鋪機搓平梁在施工過程中的影響，該研究在擠壓成型鋪筑層5 cm、10 cm、15 cm、20 cm的不同深度預埋應變計，收集檢測當搓平梁經過時混凝土面層的應變反應狀態，以了解攤鋪層不同深度的搓平反應狀態。試驗搓平梁擺動頻率按40～90次/min控制，擺動幅度控制在2～3 cm。獲得搓平梁的擺動頻率及其深度影響關系曲線見圖4所示。

圖4 搓平梁的擺動頻率及其深度影響關系

搓平梁的擺動頻率及其深度影響關系曲線顯示：

（1）搓平梁對5 cm以內的鋪層深度擾動作用明顯，擾動影響關系為深度增加則擾動功效對應降低。

（2）大于60次/min擺動頻率時，對擾動作用的差異性越來越小，可見在滑模施工中，搓平梁擺動頻率最大可配置為60次/min。

（3）當路面存在傳力桿設計時，須適當增加搓平梁擺動頻率。

（4）在鋪層5 cm深度范圍內，搓平梁的搓動功效影響擾動功效最為顯著，所以為確保搓出砂漿卷，應保證鋪層在經過擠壓艙成型后仍5 cm左右的砂漿層厚度。

3.3 邊角及人工收面輔助處理

人工收面補充處理方式為：混凝土由擠壓倉布料成型，經搓平梁、抹平器找平后，應用3 m抹平尺抹平，邊角區域則應用小抹抹平。也可應用拖裝水軟管、推桶等方式開展路面整平。有研究發現，拖裝水軟管整平的平整度IRI指數相對更好，當應用3 m抹平尺抹平時，隨抹面頻次的增加，平整度IRI指數加大，意味平整度在變差。

該研究嘗試對抹平收面工藝進行優化處理，即在受到場地條件限制，無法應用拖裝水軟管整平時，仍能夠最大限度獲得平整路面的處理方式。應用不銹鋼、藍鋼制作4.5 m抹平尺，在3個試驗區段計90 m長度范圍，開展一次抹面操作，與常規3 m抹平尺的收面功效開展比較。獲得的平整度IRI指數均值見表1所示。

表1 不同材質和規格抹平尺的收面功效

基于不同材質和規格抹平尺的收面功效數據顯示，在僅開展一次抹面的狀態下，4.5 m抹平尺的收面功效更好。當抹平尺規格相同時，則藍鋼制抹平尺的收面功效更好，藍鋼制抹平尺質量更小，表面更光滑。綜合前述研究，可認為當現場作業條件允許時，應首選以裝水軟管開展人工收面，若現場作業條件不允許，則可選擇加大抹平尺規格，或選擇應用表面更光滑的金屬制抹平尺開展人工補充收面，以獲得更好的路面平整度。

4 結語

綜上，對混凝土路面滑模施工的擠壓、搓平技術進行了研究。技術點包括攤鋪機滑模擠壓艙頂板前張角優化角度分析，滑模板與混凝土的板土摩擦影響狀態分析，滑膜攤鋪機振動搓平梁優化應用等。其中攤鋪機滑模擠壓艙頂板前張角優化角度分析中，分析了板土摩擦力的主要影響因素，搗振時間的板土摩擦力影響粗糙度與接觸壓力的摩擦力影響。滑膜攤鋪機振動搓平梁優化應用中，分析了搓平梁應用控制存在的問題、搓平梁擺頻及深度影響、邊角及人工收面輔助處理等技術要點。

研究顯示，攤鋪機滑模擠壓艙頂板前張角的配置應在0°～15°區間選擇；應保證鋪層在經過擠壓艙成型后仍5 cm左右的砂漿層厚度；混凝土搗振時間最高不應高出50 s；應首選以裝水軟管開展人工收面，必須應用金屬制抹平尺做輔助抹平時，應選擇應用表面更光滑的金屬制抹平尺，以獲得更好的路面平整度。