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碾压混凝土技术

时间:2013-10-10 16:44来源:信息处 作者:admin 点击:

1.1 概述
碾压混凝土路面(Roller Compacted Concrete Pavement,简称RCCP),是用沥青混凝土路面的主要施工机械将单位用水量较少的干硬性水泥混凝土摊铺、碾压成型的一种混凝土路面。
碾压混凝土(简称RCC)是一种干贫混凝土,其基本组成材料与普通混凝土相同,只是单位水泥用量比普通混凝土约减少1/3,用水量约减少1/4~1/3,其坍落度为零。用RCC通过振动碾压机具压实而成的路面则为碾压混凝土路面,简称RCCP。
碾压混凝土是一种干硬性贫水泥混凝土;使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无坍落度的干硬性混凝土。
RCCP可分为两大类,一是混凝土中单位用水量和水泥用量比普通混凝土减少很多的骨料为连续级配的普通型;一是由单粒级粗骨料和水泥砂浆混合而成的“马克当”型路面。而用得较多的是前一类。
1.2 碾压混凝土相关名词术语
(1)集料aggregate
在混合料中起骨架和填充作用的粒料,包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等。
(2)弯拉强度 flexural-tensile strength
试件所能承受的抵抗弯拉的最大弯拉应力。
(3)和易性workability
新拌水泥混凝土易于各工序施工操作(搅拌、运输、浇灌、捣实等)并能获得质量均匀、成型密实的性能。也称混凝土的工作性。通常包括有流动性、保水性和粘聚性等三个方面。
(4)耐久性durability
材料抵抗自身和自然环境双重因素长期破坏作用的能力。即保证其经久耐用的能力。
(5)稠度flow
在给定振动条件下碾压混凝土液化的临界时间。即在规定振动频率、振幅及压强条件下,拌和物从开始振动至表面泛浆所需的时间。
(6)碾压混凝土压实度Compacting Ratio of Roller Compacted Concrete
干硬性混凝土拌合物现场压实后的湿密度与配合比设计时标准压实(空隙率为4%)下湿密度之比。
(7)改进VC值Modified VC Value
用于测定碾压混凝土拌合物稠度的一种改进的维勃工作度。
2.1 农村公路建设的主要问题
《2011年公路水路交通运输行业发展统计公报》全国等级公路里程345.36万公里,乡道106.60万公里,村道194.44万公里,县级以下公路占各等级公路里程的73.8%。农村公路建设面临的最大问题是资金投入不足;近年,中央投资虽有所提升,但农村公路建设仍主要依靠地方财政收入,各地经济发展不均衡,多数地方财政投资农村公路建设资金有限。
重庆地处大巴山地区,地形地质条件复杂,农村经济发展和交通条件很不平衡,特别是在远离市区的偏远区县,地形陡峻,经济发展落后,交通基础设施差,大部分农村公路路基宽度窄,缺桥少涵,晴通雨阻,抗灾能力弱,区域内公路通行保障水平不高,许多地区农村公路弯急坡陡,技术状况很差,车辆通行极不安全。然而,目前农村公路除缺乏建设资金外,还面临施工水平与管理养护问题。
2.2 RCC农村公路的优越性
(1)可以采用沥青混凝土路面的施工机械如沥青路面摊铺机、振动碾、轮碾等进行施工。又由于它可以不用一系列的大型机械,所以对大小路面工程都很容易适应。
(2)与普通混凝土路面相比施工速度快。
(3)由于混凝土的单位用水量少,所以干燥收缩小,路面横缝的间隔可以加大。
(4)碾压施工中混凝土受到振动和很大的压力,所以施工后强度增长较快(标准养护一天的抗压强度可达200kg/cm2),在行车荷载作用下几乎不会有损伤,因而可以早期使用。
(5)与普通棍凝土路面相比,由于抗弯强度与抗压强度的比值较大,因而混凝土路面厚度可减薄。
(6)初期投资小,耐久性好,养护费用低,环境污染小。
2.3 RCC与水泥混凝土路面相比较
(1)可用沥青路面摊铺机进行施工;
(2)施工简单、快速,可不用模板,能缩短工期;普通混凝土路面施工前期准备工作较多,如设模板、布置接缝及传力杆设施等。
(3)经济性优越,估计初期投资费用约节省15~40%,一般修筑0.2m厚、7m宽的混凝土路面,每1000m要消耗水泥约400~500t和水约250t,尚不包括养生用的水在内。
(4)单位用水量和水泥用量少,干缩率小,可以扩大接缝间距,有利于行车舒适性;一般混凝土路面要建造许多接缝,这些接缝不但会增加施工和养护的复杂性,而且容易引起行车跳动,影响行车的舒适性,同时增加行车噪音,接缝又是路面的薄弱点,如处理不当,将导致路面板边和板角处破坏。
(5)初期强度高,养护期短,可早期开放交通。一般的混凝土路面完工后,要经过28d的潮湿养生,才能开放交通。
2.4 RCC路面成本分析
(1)提高路面施工效率,降低铺筑施工成本;
(2)由于接缝减少,使接缝的成本降低;
(3)常规水泥混凝土路面的水泥用量一般在300~350kg/m3,碾压混凝土路面水泥用量大约是250~300 kg/m3,至少节约水泥50 kg/m3以上。




 

 

3.1 碾压混凝土的原材料

普通混凝土是由水泥、砂、石和水组成,它们之间的数量关系直接影响着混凝土的拌合物的和易性、强度及耐久性。
(1)结合料
在欧美使用的最多是在普通水泥中掺粉煤灰、炉渣粉、石英粉等经过充分拌和后作为结合料。美国,加拿大、德国在水泥中掺粉煤灰。挪威利用扮煤灰或炉清粉最多,用量达到80%,我国为20~40%,目的是尽量推迟凝结时间,以增长现场施工的时间和降低造价。
(2)集料
集料一般情况下使用连续级配,集料的最大粒径一般为15~20om,最大不可超过40mm。粒径偏大时,材料容易发生分离,而且从强度、工作性和施工性的要求来看,以15~20mm粒径为最佳。
(3)外加剂
由于碾压混凝土早期强度发展较快,初凝和终凝时间均较短,加之和易性较差,因而,在掺加外加剂时,应采用缓凝型减水剂或缓凝引气型减水剂。
(4)水泥
水泥的技术指标要求与普通混凝土相同,硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等均可用于碾压混凝土。
(5)细集料
细集料与粗集料之比的大小在碾压混凝土中是一个重要因素,由于集料最大粒径不同,选用的水灰比、砂率也不同。根据国内外经验含砂率一般为28~38%。
(6)水
碾压混凝土拌和、养护、洗涤集料用水,均为饮用水。

3.2配合比设计指标

3.2.1 弯拉强度

RCCP以弯拉强度为设计指标,轻交通量设计弯拉强度为4.0MPa,中等交通量设计弯拉强度4.5MPa。
碾压混凝土配制弯拉强度均值按下式计算
               
式中:————碾压混凝土的配制弯拉强度均值,MPa;
           ————碾压混凝土的设计弯拉强度,MPa;
            s————混凝土弯拉强度试验样本的标准差;
            t————保证率系数,按样本数n和判别概率p确定;
          ————混凝土弯拉强度变异系数;
        ————碾压混凝土压实安全弯拉强度。

 

3.2.2 拌和物的施工和易性

根据碾压混凝土组成材料特点,必须保证一定的施工可碾性,即在施工过程中,技能将混凝土碾压至最大密实度,又能顺利地提浆并保证混凝土的平整度。稠度是碾压混凝土拌和物的一个重要特性,它不但影响振动压路
机的施工作业性,而且对混凝土压实密度和表面平整程度有较大的影响。在碾压混凝土施工作业中,有一对必须协调好的工艺矛盾:平整度要求混凝土拌和物更干硬,而密实度要求其更湿软。混凝土拌和物的稠度还应与所使用振动机具能量适应。如果拌和物太稠,振动能量不足以使混凝土拌和物液化流动,达不到完全压实目的;反之,如果太稀,振动机具将下沉,无法工作。因此将碾压混凝土现场稠度控制在允许范围内,对保证振动碾压密实性是十分重要的。
根据目前的施工机械和施工水平,《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30—2003)中要求:碾压
混凝土出搅拌机口时的“改进VC值”宜为5-10s,碾压时的“改进VC值”宜控制在30s±5s。

3.2.3 耐久性

农村公路等级多,交通量小,但耐久性是不可缺少的。应结合农村公路的特点,对不同公路等级选择不同的最大水灰(胶)比最小单位水泥用量。
碾压混凝土拌和物具有优良的级配组成和较低的水灰比,在振动碾压混凝土机械的作用下,可使矿物集料形成互相靠拢的密实骨架,空隙率大为降低。由于水泥浆与集料体积比的大大降低,混凝土的干缩率也随之减少。
据报道,碾压混凝土的干缩率仅为普通混凝土的40%左右。因此,碾压混凝土的渗透性大大降低,与之关联的抗冻性和抗腐蚀性也相应提高。碾压混凝土的冻融试验结果表明,碾压混凝土的抗冻性可较普通混凝土提高4~6倍;又由于碾压混凝土中的粗集料较多,还可提高其表面抗磨耗性及抗滑性。

3.3 工作性关键指标稠度

碾压混凝土的坍落度一般以维勃稠度(单位:秒)表示。目前最普遍的方法是用振动台式的稠度仪测得的Vc值来评价RCC的稠度。
稠度表示给定振动条件下RCC 液化的临界时间。即在规定振动频率、振幅及压强条件下,拌和物从开始振动至表面泛浆所需的时间。
碾压混凝土的稠度由改进VC值表示。改进VC值的测量采用改进维勃仪。在测定普通水泥混凝土稠度的维勃仪透明塑料园盘上施加一定的荷载即为改进维勃仪。将RCC混合料放入改进维勃仪内振动,测定园盘下布满灰浆所需的时间(s)即为改进VC值(即稠度秒,简称稠度)。
 

3.4 碾压混凝土的配合比设计

重要工程碾压混凝土的配合比确定应使用正交试验法,一般工程可采用简捷法。
                          碾压混凝土配合比设计参考值                         表3.1
水泥种类 水灰比 砂率
/%
单位粗骨料的体积/m3 单位体积材料用量/(kg/m3 理论最大堆积密度/(kg/m3
水泥 粗骨料 外加剂
10-13mm 13-15mm 减水剂 AE剂
普通水泥 0.35 43.9 0.75 105 300 956 646 626 1.80 0.24 2633
粉煤灰水泥 0.33 43.9 0.74 105 318 942 636 616 1.91 0.25 2617
中热水泥 0.35 43.9 0.75 105 300 959 648 627 1.80 0.24 2639
 
                          典型碾压混凝土参考配合比                          表3.2
碾压混凝土强度等级 稠度值/s 混凝土组成材料配比
水泥 粉煤灰 拌和水 石子
C20 20-30 1 0.25 0.50 4.30 1.90
10-20 1 0.20 0.55 4.10 2.00
5-10 1 0.15 0.60 3.90 2.30
C30 20-30 1 0.25 0.45 4.20 1.90
10-20 1 0.20 0.50 4.00 2.10
5-10 1 0.15 0.55 3.80 2.00
C40 20-30 1 0.15 0.40 4.20 2.00
10-20 1 0.10 0.45 4.00 2.20
5-10 1 0.05 0.50 3.90 2.10
注:C20混凝土用强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥配制;C30、C40混凝土用强度等级为52.5MPa
的普通硅酸盐水泥配制。
 

4.1 碾压混凝土路面施工

    碾压混凝土路面是特干硬性水泥混凝土拌和物,通过摊铺、压路机械碾压密实成型的混凝土路面。
碾压水泥混凝土路面施工工艺流程如图4.1。

4.2 质量控制
水灰比、稠度和压实度是影响 RCC 强度的主要因素。在同等压实度条件下,水灰比越小,强度越高。稠度是影响RCC 压实性能和平整度的关键性指标,稠度过高,不易压实,致使强度降低;稠度过低,碾压时则易出现波浪,影响路面平整度。混凝土配合比确定之后,硬化混凝土的强度主要取决于混凝土的密实程度,强度随压实度的降低而急剧降低。因此,在施工过程应着重通过控制水灰比、稠度和压实度值,来控制 RCC 路面的施工质量,保证其强度和平整度。
(1) 严格控制原材料质量和拌和程序
(2) 及时测定和调整VC值
(3) 确保摊铺路面的平整度
(4) 严格执行碾压程序
(5) 加强现场压实度检测
5.1重庆地区前期应用情况
5.1重庆地区前期应用情况
已经在重庆市涪陵等区县进行示范以及推广,已完成超过100km实际路段建设,开展了碾压混凝土在农村公路中的应用研究与工程示范等多项交通建设科技项目,研究涉及复合式碾压混凝土等新型路面结构以及生物酶改性碾压混凝土等新型材料。
已有结果表明,碾压混凝土路面通车运行2 年后,路面结构完好,其他各项路用性能也满足使用要求。
目前在碾压混凝土应用过程中存在的问题主要在于以下几个方面:1)现场控制,即如何控制施工稠度,以满足质量要求;2)路用性能,也即解决平整、抗滑问题及混凝土路面耐磨性问题;3) 经济效益:如何进一步降低成本也需要深入研究
5.2路用情况:涪陵试验路
 



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