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碾压混凝土基层裂缝防治技术研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-04-10  来源:中国公路网  浏览次数:1577
核心提示:碾压混凝土(Roller Compacted Concrete, 简称RCC)是一种单位用水量较少、坍落度为零的超干硬性混凝土[1,2,3]。由于RCC+沥青复合
 碾压混凝土(Roller Compacted Concrete, 简称RCC)是一种单位用水量较少、坍落度为零的超干硬性混凝土[1,2,3]。由于RCC+沥青复合式路面具有一定的社会及经济效益,近年来许多科技工作者对RCC路面技术进行了研究,大大减少了路面唧泥等现象[4,5],但是某高速公路碾压混凝土基层在使用过程中产生各种裂缝并没有得以有效防治,碾压混凝土基层在施工后产生的裂缝主要有干缩裂缝、温缩裂缝、沉降裂缝等,其产生原因复杂,往往是多种因素综合的结果。碾压混凝土产生的裂缝大部分是表面裂缝,但在一定条件下,表面裂缝会逐渐发展成为具有危害性的深层或贯穿性的裂缝。通过对碾压混凝土基层施工进行质量监控防治技术研究,以期不断提高碾压混凝土的施工质量。

 

1. 碾压混凝土基层施工概况

该高速公路用于碾压混凝土路段的原材料采用福建龙岩华润P·C32.5水泥;碎石为茶阳沐东石场生产的花岗岩轧制碎石;砂料则使用三河汇东砂场生产的河砂。RCC混合料中各档集料的比例为:10-30mm碎石:10-20mm碎石:5-10mm碎石:0-5mm石屑:砂=18:31:10:21:20,按每立方米混凝土换算为施工级配控制的质量比为:10-30mm碎石:10-20mm碎石:5-10mm碎石:0-5mm石屑:砂:水泥:水=375:646:209:438:417:240:122(单位:千克),每立方米混凝土的计算容重为2447kg/m3,设计最佳水泥剂量为11.5%,设计最佳含水量为5.2%。施工中,考虑到拌和站水泥计量的稳定性与生产中水泥剂量损失等因素,为了保证混合料生产中水泥剂量符合最佳水泥用量,在实际的混合料生产时增加了0.5%的水泥用量;另外,由于天气炎热,考虑到RCC混合料在运输途中的水分蒸发损失,在实际的混合料生产时也增加了0.5%的含水量,以补偿施工过程中水分蒸发损失。因此,在实际的RCC混合料生产中,水泥剂量按11.7%的标准控制,含水量按6.0%的标准控制,RCC路面压实度按不小于95%进行控制;以7天抗压强度为15.0MPa进行路面施工强度控制;以28d抗弯拉强度为3.0MPa、抗压强度为20.0MPa进行路面验收标准强度控制。

2. 施工机械配置合理性分析

从施工现场的情况来看,施工基本比较顺畅,施工中的拌和、运输、摊铺以及碾压等设备运作基本良好,没有发生大的故障。但是,施工单位的机械配置还是存在一些问题,具体表现情况如下:(1)现期施工作业面较少且RCC施工强度不大,施工单位使用一台RCC拌和站进行RCC混凝土生产基本能满足施工需要。但是,施工单位也因考虑到使用一台拌和站既要进行RCC混合料生产,同时这台拌和站还要生产水稳基层混合料,高强度的混合料生产易使拌和站设备疲劳,难免出现机械故障,从而延误正常施工,影响施工进度。况且RCC混合料水泥剂量大,粘聚性较强,拌和站的下料口容易堆积大量细料造成堵塞,从而使设备故障发生率更高。从本次RCC混合料生产的情况来看,拌和站的生产能力并没有达到正常的生产水平,生产过程中经常出现停机现象。因此,RCC混合料生产时机械故障的发生率要比水稳混合料生产时高得多。另外,这台拌和站正常的生产能力是400t/h,生产能力较为有限,由于后期施工任务紧迫,RCC混合料生产量较大,即使在拌合站不发生大的机械故障的前提下,能否满足后期大量RCC混合料的生产还是一个值得施工方认真考虑的问题。(2)RCC施工时采用两台多功能摊铺机进行摊铺施工,设备运转良好,满足RCC路面施工的要求。但是,施工方应考虑再增加一台RCC路面摊铺机以备不时之需,保证后期RCC路面施工的正常进行。(3)现场共配置3台压路机进行路面碾压作业,碾压施工比较紧凑。在正常连续摊铺施工的情况下,1台双钢轮既要进行初压又要进行终压,碾压施工工作强度比较大,可能会顾此失彼,导致碾压工艺不到位而出现局部路面压实度不足的现象,因此在后续RCC路面施工中有必要增加一台14吨的双钢轮共同进行路面的初压和终压施工。(4)施工后场配置了3台装载机用于上料,可以满足拌和站RCC混合料的正常生产,配置得比较合理。但是,施工前场也应该配置1台装载机用于施工备用。

 

3. RCC路面施工工艺分析

3.1后场施工情况

在铺筑过程中,施工单位对开工前的准备工作做得不够充分,施工后场管理比较混乱,还存在诸多问题,具体情况表现如下:(1)施工单位的后场碾压混凝土拌和站位三河互通的立交桥底下,作业空间狭小,且狭小的空间里同时安放了水泥混凝土与碾压混凝土两台拌和站进行生产作业,作业空间更显局促,导致施工机械交错作业困难,严重影响生产效率,进而延误施工前场连续、不间断地摊铺作业。(2)后场的作业与堆料场地没有基本硬化。一遇下雨,场地积水严重,满地泥浆、路面泥泞不堪,严重污染集料,导致含泥量较大,加之铲车上料时一般都是从底部铲料,底部泥巴混着石料被上进料仓中进行混合料生产,严重降低了水泥与集料的粘附性,造成碾压混凝土强度大打折扣。(3)RCC用石屑是露天堆放的,没有加盖雨棚。石屑属于细集料,容易吸水而导致雨后材料的含水量增大且级配变异性也相应增大,从而使混合料含水量与级配难以控制,不利于RCC路面质量的控制。(4)废料、淤泥与细集料堆放在一起,严重污染细集料,降低了集料与水泥的粘结度,从而影响混合料的整体强度。(5)各料仓墙上张贴的标识牌内容不明晰,甚至标错石料生产产地、规格等主要信息。标准料仓标识牌上的内容应包括石料产地、石料种类、石料的规格、所用层位、进场日期以及责任人等主要信息,建议施工方进一步完善、明确标识牌的内容,以利于石料的分类与管理。(6)料场的石料管理比较混乱,不同种类的石料堆放在一起,经咨询单位技术人员查看,一种为沐东石场的碎石,另一种为茶阳隧道生产的碎石。不同种类与石质的石料堆放一起容易造成混合料级配混乱,级配难以控制;不同的石料其密度也不相同,会导致路面的压实度也难以控制。(7)因后场料场没有开挖基本排水设施,导致雨后场地严重积水,底部石料被浸泡在水中,导致生产时石料的含水量没法控制,严重影响RCC路面的平整度与强度的形成。(8)因后场场地无硬化且废料、淤泥随意堆放,石料污染严重,石料的表观含泥量很大,石料的表面裹满泥巴在进行混合料的生产,大大降低了碾压混凝土的强度。(9)应加强RCC拌和站的控制与管理,提高生产时各档原材料的控制精度。RCC混合料生产时,拌合站电脑上设定的各原料比例与配合比设计中各材料比例应一致。遇到原材料级配波动较大时,可对生产时原料比例做适当的调整,同时,施工方应严格控制水泥用量,避免其波动过大,建议在生产时每半个小时取混合料做一次水泥滴定试验以严格控制水泥用量。

3.2前场施工情况

对前场施工进行监控,具体施工情况如下:(1)由于施工单位对后场集料管理不善,导致集料的含水量偏大且难以控制,碾压混凝土路面经压路机碾压之后,局部区域出现“脱皮”与“微裂缝”现象。经碾压后的路面脱皮是由于部分混合料的含水量偏大,混合料粘轮而导致,建议施工单位在对含水量偏大而出现粘轮的路面,等待几分钟后待路面稍干再进行碾压,以便不会出现粘轮现象;“微裂缝”是由于局部区域混合料偏细且含水量偏大而造成。路面出现“脱皮”与“微裂缝”现象均是由于含水量偏大而造成,建议施工单位在碾压混凝土施工时,一定要严格控制混合料的含水量,使保持在最佳含水量的正常浮动范围之内。(2)在复压的过程中,由于振动压路机振捣与混合料失水的作用,路面的局部区域经常会出现粗离析现象。施工方应有专人处理集料离析,及时铲除“粗集料窝”的区域,并补充新的混合料。同时,建议对这些粗离析区域增大终压遍数以保持路面的平整、美观。(3)因施工后场管理比较混乱,集料的含水量难以控制,抽检路段施工时混合料的含水量偏大,导致前场路面碾压时出现“弹簧”现象,无法压实路面,严重影响碾压混凝土路面的平整度。(4)现场压路机碾压组合方式为:14吨的双钢轮初压1遍-20吨的单钢轮复压2遍-26吨的单钢轮复压2遍-14吨的双钢轮终压1遍,现场检测的压实度基本合格,但压实度保证系数较低。建议施工单位在后续碾压混凝土碾压施工作业中将碾压组合方式调整为:14吨的双钢轮初压2遍-20吨的单钢轮复压2遍-26吨的单钢轮复压3遍-14吨的双钢轮终压2遍,以保持路面良好的压实度与平整度。压路机在进行碾压路面时,应采取正确、规范的碾压方式,碾压段长度不宜过长,以30~40m为宜,碾压重叠宽度宜为1/3~1/4轮碾宽度,碾压速度应控制在2~3km/h为宜。同时,在碾压时应做到起步、倒车和转向均要缓慢、柔顺,禁止压路机中途急停、急拐、紧急起步或快速倒车,争取做到初压、复压和终压密切衔接配合、一气呵成,从而避免路面出现推移、拥包现象,以保证路面良好的压实度与外观平整度。(5)现场摊铺机空仓收斗比较频繁,施工时应避免每车料收斗一次的做法,仅当料斗内沾附较多混合料时方需收斗。收斗应在运料车离去、料斗内尚存较多混合料时进行,收斗后应立即连接满载的运料车向摊铺机内喂料。(6)施工单位对试验段施工接头的处理不到位,路面接头区域高低不平,平整度很差,影响路面的整体表观。建议施工单位在后续施工中重视对施工接头处的处理工作,使之平顺;对于不平整的施工接头应进行人工磨平处理,以保证路面良好的外观。

 

4. RCC路面施工质量检测

(1)RCC抗弯拉与抗压强度

碾压混凝土铺筑过程中,从施工前场均匀取料在室内成型了标准抗折强度试件,置于施工单位养护室,养护至规定龄期测试其抗弯拉及抗压强度,具体检测结果见表4-1。抗弯拉强度与抗压强度试验结果表明:28天抗弯拉强度测试值及28天抗压强度测试值大于设计值,满足要求。

(2)压实度、含水量与路面厚度

抽检施工现场压实度、含水量及厚度抽检结果见表4-2。从检测结果来看,现场路面整体压实度良好,含水量基本符合设计要求,但是部分位置含水量偏大甚至超过施工指南技术要求,这与路面相应路面存在弹簧现象吻合;路面厚度控制良好,均符合设计文件的要求。

(3)平整度

现场平整度检测结果见表4-3。由RCC路面平整度检测结果可知,抽检路段的整体平整度良好,合格率均在90%以上。

 

5. RCC路面切缝、清缝与灌缝

切缝、清缝与灌缝等工作是RCC路面施工中重要的一个环节,合理的切缝的时机、切缝间距以及切缝深度可以防止RCC路面因混凝土的干缩与温缩而产生裂缝,对于保证RCC路面的质量具有重要意义。(1)切缝时间:RCC施工完毕后,在不产生崩边的情况下应尽早朝廷切缝,切缝时间一般应控制在开始养生后的24~72小时,可以有效地避免因RCC的收缩而产生大量的裂缝。(2)切缝深度与宽度:切缝采取硬切缝的方式,切缝深度不宜少于1/4板厚,最浅不宜小于60mm,切缝宽度应为3~5mm。(3)切缝间距:根据试验研究经验,切缝间距在8~12m的范围比较适宜,以10m的间距进行RCC路面切缝为最佳切缝间距,其裂缝产生的机率比较小。(4)清缝、灌缝:切缝完成后,因缝内残留有水泥浆及其它细小的碎石颗粒,必须进行清缝工作。施工单位应在切缝工作完成后立即进行清缝工作,清缝用2mm直径的细铁丝配合森林灭火吹风机进行清缝。

施工单位对本路段切缝后的清缝工作做得不是很到位,切缝后未能进行清缝处理,切缝残留有大量的水泥浆及其它细小的碎石颗粒,建议施工单位重视清缝工作,彻底地对切缝进行清理,以便热沥青进行饱满灌缝。目前,施工单位还未对切缝进行灌缝工作。灌缝时,切缝内的热沥青应要比较饱满、均匀,要能达到了灌缝的要求。

 

6 RCC路面养生

RCC路面养生对路面的整体质量以及路面强度的形成具有至关重要的作用与影响。RCC路面铺筑完成后应立即开始养生,养生期为7天。本次抽检发现,施工单位出于成本控制考虑采用覆盖塑料薄膜的方式进行养生,这种养生方式进行路面养护,RCC路面的强度形成得比较慢且塑料薄膜容易被撕破或被大风吹走,其养生的效果还达不到最佳的养护效果。施工单位应采用合适的养护方式与方法进行RCC路面养护,利于路面强度的形成,以保证路面强度达到最佳的设计强度。施工单位应从如下三点出发:(1)从更有利于路面强度形成方面考虑,改变目前的RCC路面养生方式。养生应采用先洒水一遍,再在其上覆盖土工布+塑料薄膜的方式进行,为保证RCC有充足的水分进行水化反应,要特别重视前3天的养生效果,每天应定时向薄膜内补灌水分。(2)养生期间,RCC上基层要始终保持潮湿状态。塑料薄膜应有一定厚度和宽度,两幅间应相互搭接20cm以上。覆盖薄膜后应以砂、石等重物压边,不得采用基层废料、土颗粒等污染性材料压边。

(3)在养生期间,除洒水车外,禁止其他车辆在路上通行。养生期间当汽车必须在路上通行时,其行车速度不得超过15km/h,同时不得急刹车并应使车辆在该层全宽上均匀分布,禁止重型车辆通行。

 

7. 存在问题及建议

从本次抽检路段施工情况来看,施工单位对施工的前期施工准备工作做得不够充足,施工后场管理比较混乱,后场场地没有进行基本的硬化处理,满地泥浆,对集料污染严重,影响水泥与集料的粘结性,从而影响RCC路面的整体强度;集料存在随意堆放的现象,不同类型的集料混在一起且与废料、淤泥堆放在一起,没有遵守相关施工的基本规范;料场场地狭小,底部积水严重,集料的含水量无法控制,导致前场路面施工出现“弹簧”现象,且路面的表观平整度较差;整个RCC路面施工的连续性较差,拌合机时停时开,前场施工衔接不好,影响整个路面的质量。现在针对主要问题提出以下几点建议:

(1)在施工机械设备配置方面,施工单位还应适当地增加备用机械设备,防止因机械故障导致施工中段,保证RCC路面施工的连续性。建议增加一台摊铺机,一台14吨的双钢轮压路机与一台装载机作为备用机械设备,供前场施工使用。(2)对拌和站后场场地进行适当的硬化处理,防止雨后的泥浆混入集料当中,而影响混料的强度;及时铲除废料与淤泥并运出料场,防止与集料堆放在一起而污染集料;石屑应加盖雨棚,防止石屑因被雨淋湿而导致含水量过大以及级配发生变异,不利于RCC混合料含水量与级配的控制。(3)施工单位在后期碾压混凝土施工过程中特别加强对原材料质量的控制,杜绝原材料的乱用、混用现象以防止原材料级配出现较大变异。同时,施工单位也要加强对原材料抽检工作,遇原材料级配变异较大应及时调整施工配比,使之与设计配比相吻合,以保证RCC路面质量。(4)保持RCC混合料含水量的稳定是RCC路面是否良好的关键一项工作,因此,施工单位必须解决后场场地积水而导致集料含水量偏大的问题,使集料的含水量保持基本的稳定,从而保证整个RCC路面的施工质量。(5)完善各堆料仓标示牌内容,便于各档原材料的识别与管理。建议施工方进一步完善、明确标识牌的内容,包括石料产地、石料种类、所用层位、进场日期以及责任人等主要信息,以利于石料的分类与管理。(6)施工单位应加强RCC拌和站的控制,增设专人负责RCC混合料的生产工作,杜绝集料的窜料、混料现象,保持混合料的级配稳定;及时清除后场的废料与淤泥,避免污染集料而降低混凝土强度;试验室应派专人在拌合站定时进行含水量和水泥剂量试验,严格控制混合料中的含水量与水泥剂量,遇波动较大时,通知拌合站机手及时进行调整,以确保RCC路面的整体质量。(7)针对RCC路面施工时,局部区域会出现粗离析现象,建议施工方指挥专人处理集料离析,及时铲除“粗集料窝”的区域,并补充新的混合料。同时,对这些区域增大终压遍数以保持路面的美观。(9)建议施工单位在后续碾压混凝土碾压施工作业中将碾压组合方式调整为:14吨的双钢轮初压2遍-20吨的单钢轮复压2遍-26吨的单钢轮复压3遍-14吨的双钢轮终压2遍,以保持路面良好的压实度与平整度。(12)建议施工单位在后续施工中重视对施工接头处的处理工作,使之平顺;对于不平整的施工接头应进行人工磨平处理,以保证路面良好的外观。(13)施工单位应重视切缝工作,掌握合理的切缝时机、切缝深度、切缝的间距、清缝的干净程度以及灌缝的饱满度,防止RCC路面因混凝土的干缩与温缩而产生裂缝,保证RCC路面的质量。(14)建议施工单位采用覆盖土工布+塑料薄膜的方式进行RCC路面养护,利于路面强度的形成,以保证路面强度达到最佳的设计强度。

 

8. 结语

经过对碾压混凝土基层质量问题进行分析及采取相应的控制措施后,该高速公路碾压混凝土基层基本不发生类似的裂缝现象,说明该控制措施能较好解决碾压混凝土基层存在的裂缝问题。在碾压混凝土基层裂缝问题防治中,质量监控防治措施起到非常关键的作用,质量管理措施到位,就能够解决RCC基层路面反射裂缝这一顽疾,并延长路面使用寿命,提高高速公路路面技术水平。

 
 
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