道橋快速修補(bǔ)混凝土的商品化及其應(yīng)用
2006-08-31 00:00
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摘 要：提出了道橋快速修補(bǔ)混凝土實(shí)現(xiàn)商品化的技術(shù)路線，研究了該特種混凝土的膠結(jié)材料、化學(xué)外加劑及工作性能、力學(xué)性能，已用于商品混凝土制備和石家莊市較大面積的混凝土路面搶修、搶建工程，取得良好效果。
關(guān)鍵詞：道橋；快速修補(bǔ)；商品混凝土；低坍損緩凝泵送劑；促凝增強(qiáng)劑
現(xiàn)代化城市建設(shè)和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，促進(jìn)了交通工程材料與技術(shù)的進(jìn)步。改革開放以來，公路、環(huán)城公路、高速公路、城市立交橋、城區(qū)改造等建設(shè)工程接連不斷：并且，隨著車速加快及大型車輛的增多，原有路面損壞加速、加重，維修任務(wù)相當(dāng)繁重。出于環(huán)境保護(hù)的要求，特別是市區(qū)交通工程一般不允許現(xiàn)場堆積砂、石、水泥，不允許現(xiàn)場拌制混凝土：而且，現(xiàn)代生活的快節(jié)奏要求經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的高度統(tǒng)一，需要在不斷交或短時間斷交的條件下進(jìn)行搶修，4h～6h實(shí)現(xiàn)開放交通。在這種形式勢下，我們開發(fā)了道橋快速修補(bǔ)混凝土的商品化及應(yīng)用技術(shù)，在石家莊市中山路、倉安路大修工程中得到應(yīng)用，于冬季、春季兩種環(huán)境溫度下施工，效果良好。
1 快速修補(bǔ)混凝土性能研究
1．1 水泥基道橋快速修補(bǔ)材料的施工局限性
道橋修補(bǔ)工程，一般要求4h或6h實(shí)現(xiàn)開放交通，為此，人們開發(fā)了不少水泥基道橋快速修補(bǔ)材料。無論是國外或國內(nèi)的該類產(chǎn)品，大都具有共同的技術(shù)特征，使用高強(qiáng)硅酸鹽水泥或特種水泥，配用高效減水劑等多種化學(xué)外加劑，使其達(dá)到早強(qiáng)、高強(qiáng)的力學(xué)性能指標(biāo)：為了實(shí)現(xiàn)這一目的，化學(xué)外加劑的作用主要是降低水肢比與促凝增強(qiáng)。施工方式多為現(xiàn)場拌制半干硬性或坍落度較低的混凝土；單次施工面積多為幾平米到幾十平米。顯然，這類材料對于較大面積、較大混凝土用量的搶修、搶建工程施工存在難以克服的局限性：雖然強(qiáng)度性能可滿足設(shè)計要求，但混凝土工作性能卻遠(yuǎn)不能滿足施工要求。
以石家莊市功能建材有限公司研制的混凝土道橋快速修補(bǔ)材料為例，W 型適用于冬季，S型適用于夏季。按Q／STF03企業(yè)檢驗，1：2．5膠砂的力學(xué)性能如表1所列，用其配制的1：2．5～1：3．0混凝土已成功應(yīng)用于鄭州黃河公路大橋等多項道橋修補(bǔ)工程，混凝土力學(xué)性能如表2所列。但是，從混凝土現(xiàn)場拌制到完成澆筑的可操作時間僅為20min～30min，非常適用于小面積修補(bǔ)工程，卻難以實(shí)現(xiàn)混凝土的外部供應(yīng)及運(yùn)輸?！ ?/DIV>
 1．2 快速修補(bǔ)混凝土商品化的關(guān)鍵技術(shù)
對石家莊市功能建材有限公司產(chǎn)混凝土道橋快速修補(bǔ)材料進(jìn)行了改性研究，將其分解為“膠結(jié)材料一低坍損緩凝泵送劑～ 促凝增強(qiáng)劑一解凝劑”4個部分，認(rèn)定它屬于特種混凝土，應(yīng)該使用性能特殊、具有專用性且來源不太困難的原材料：與其相對應(yīng)，確立了分階段實(shí)現(xiàn)道橋快速修補(bǔ)混凝土商品化的技術(shù)路線，關(guān)鍵技術(shù)在于能夠調(diào)整和控制混凝土的凝結(jié)時間與坍落度變化，良好的工作性能是實(shí)現(xiàn)其商品化的先決條件。
從混凝土拌制到運(yùn)抵現(xiàn)場，稱為該特種商品混凝土的第一階段或緩凝階段，必須確保能安全送到現(xiàn)場，不發(fā)生在罐內(nèi)凝結(jié)、坍損過大、卸料困難的事故，可通過加入SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑解決。
混凝土運(yùn)達(dá)現(xiàn)場后，通過加入SFP—IV液態(tài)促凝增強(qiáng)劑，使混凝土迅速進(jìn)入快凝、快硬與早期強(qiáng)度高速增長的階段，稱為該特種商品混凝土的第二階段或促凝階段，在保證獲得足夠的小時強(qiáng)度條件下，盡可能留足混凝土澆筑施工的操作時間。
運(yùn)輸車在現(xiàn)場卸完料后，必須加入SFP—V解凝劑，以防止罐內(nèi)殘留的已加入促凝增強(qiáng)劑的混凝土發(fā)生結(jié)壁事故，稱為該特種商品混凝土的第三階段或解凝階段，通過實(shí)施解凝技術(shù)，保證運(yùn)輸車能夠安全地反復(fù)運(yùn)行。
1．3 快速修補(bǔ)混凝土的主要原材料
1．3．1膠結(jié)材料
以快硬硫鋁酸鹽水泥為主，配用少量硅酸鹽水泥。二者性能互補(bǔ)，前者具有突出的早強(qiáng)、微膨脹、抗NaCl、Na 2SO4鹽類侵蝕等特性，后者具有提高堿度、避免表面起砂等作用。按JC933—2003快硬硫（鐵）鋁酸鹽水泥檢驗，初凝時間應(yīng)不低于20min，終凝時間不大于60min：1d與3d抗壓強(qiáng)度應(yīng)分別高于42MPa與52．5MPa。在拌制快速修補(bǔ)混凝土?xí)r，為了提高早強(qiáng)的保證度，無必要使用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料。
1．3．2 SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑
由減水劑、保塑劑、緩凝劑與引氣劑等多種化學(xué)外加劑復(fù)合而成，粉狀，溶于水。當(dāng)環(huán)境溫度為1 5℃ 左右時， 在拌制混凝土?xí)r加入膠材用量的1．8% ，初始坍落度達(dá)210m ，60 min坍落度保留值為190m ：初凝時間130min，終凝時間1 56min。隨環(huán)境溫度的升高 凝結(jié)時間會明顯縮短，坍損增大。SFP一Ⅱ的加入量增加至2．5% 時，在25℃ 下，初凝時間可延至240 min。應(yīng)結(jié)合計算從攪拌站至工地的運(yùn)輸時間，確定SFP一Ⅱ 的適宜加入量。該泵送劑是特種水泥的專用外加劑，當(dāng)在現(xiàn)場加入促凝增強(qiáng)劑后，它的緩凝作用即告中止或破壞，并且，對混凝土快凝快硬性能的恢復(fù)及早期小時強(qiáng)度的發(fā)揮不構(gòu)成有害影響
1．3．3 SFP一Ⅳ 液態(tài)促凝增強(qiáng)劑
由對特種水泥具有顯著促凝、早強(qiáng)、增強(qiáng)作用的化學(xué)外加劑復(fù)合而成，易溶于水。在混凝土運(yùn)至現(xiàn)場后，由專人住攪拌運(yùn)輸車中加入1．8% SFP一Ⅳ液態(tài)促凝增強(qiáng)劑，快速攪拌3 min，卸出的混凝土坍落度為160m ，初凝時間35 min，終凝時間50min： 當(dāng)SFP—lV液態(tài)促凝增強(qiáng)劑加入量減少到1．5% 時，卸出的混凝土坍落度為1 85m ，初凝時間延長至55min，終凝時間80 min。由于初、終凝時間間隔較小，一旦發(fā)生初凝，終凝很快到來，施工方不易掌握 所以應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況與施工方的要求，在確保小時強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)延長凝結(jié)時間，盡可能留有較充裕的混凝土澆筑、抹平等操作時間。
1．3．4防凍劑
冬季施工，最低環(huán)境溫度不超過-10℃時，選用石家莊市功能建材有限公司生產(chǎn)的GD一1型非早強(qiáng)性防：東劑，摻量2．5% ，與SFP一Ⅱ共同加入，不導(dǎo)致凝結(jié)時間和坍落度的明顯變化。由于SFP一Ⅳ有足夠的早強(qiáng)、增強(qiáng)與促凝性能，不主張在拌制混凝土?xí)r使用早強(qiáng)性防：東劑。如施工條件許可，也可將GD一1制備成液態(tài)防凍劑，在現(xiàn)場與SFP—lV共同加入。
1．3．5 SFP—V解凝劑
SFP—V含有專用緩凝與解凝組分，可以使SFP—lV的促凝增強(qiáng)作用中止或破壞，有效防止殘留罐內(nèi)的混凝土粘罐、結(jié)壁。
1．4混凝土工作性能
根據(jù)試驗室試驗及現(xiàn)場施工的經(jīng)驗教訓(xùn)，提出依施工季節(jié)不同所使用的混凝土工作性能控制指標(biāo)，如表3所列?；炷翑嚢铏C(jī)的卸出料稱為新拌混凝土，運(yùn)至工地加入SFP—lV促凝增強(qiáng)劑后稱為現(xiàn)場混凝土。在環(huán)境溫度條件下，新拌混凝土坍落度、凝結(jié)時間應(yīng)大于表中數(shù)值：現(xiàn)場混凝土坍落度、初凝時間應(yīng)大于表中數(shù)值，終凝時間應(yīng)小于表中數(shù)值。
1．5混凝土的力學(xué)性能
使用如表4的混凝土配合比， 正定中砂，Mx2．66：鹿泉碎石，粒徑5mm～31．5mm。C01是倉安路冬施用混凝土，Z01是試驗室為中山路工程試配的配合比，Z02是中山路工程春季施工的實(shí)用混凝土?；炷亮W(xué)性能列于表5，其中4．8及4．1 1兩編號混凝土為該日期的現(xiàn)場混凝土。結(jié)果表明，6h抗壓強(qiáng)度可達(dá)31．7 MPa，抗折強(qiáng)度可達(dá)4．2MPa；當(dāng)要求4h抗折強(qiáng)度達(dá)4 MPa以上時，應(yīng)適當(dāng)降低W／B，增加SFP一Ⅳ用量，將現(xiàn)場混凝土初凝時間調(diào)至20 min～30min。
2 快速修補(bǔ)商品混凝土的制備與運(yùn)輸
2．1攪拌站用于制備道橋快速修補(bǔ)混凝土的所有設(shè)備，包括水泥散裝車、水泥儲倉、螺旋輸送機(jī)、攪拌機(jī)、攪拌運(yùn)輸車等，均須予先清掃或清洗干凈，避免特種水泥膠結(jié)材料與普通水泥混放，避免該特種混凝土與普通混凝土混雜。不得使用清洗普通混凝土運(yùn)輸車后的高堿性水清洗裝運(yùn)該特種混凝土的運(yùn)輸車。
2．2計量準(zhǔn)確，特別是SFP一1緩凝泵送劑的加入量不得少加。
2．3根據(jù)施工現(xiàn)場通知的混凝土開始澆筑時間，確定該特種混凝土的開始拌制時間，不得提前進(jìn)行，防止所拌混凝土長時間在車內(nèi)存留。
2．4發(fā)往現(xiàn)場的攪拌運(yùn)輸車應(yīng)保持一定的時間間隔，避免現(xiàn)場壓車，每1 0 min～1 5 min發(fā)一輛車。
2．5攪拌運(yùn)輸車上應(yīng)攜帶液態(tài)SFP一Ⅱ，當(dāng)運(yùn)距較長或市區(qū)塞車時，中途應(yīng)對車內(nèi)混凝土進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度明顯變小、有凝結(jié)趨勢時，必須立即卒 力口SFP一Ⅱ。
2．6攪拌運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場后，由工程技術(shù)人員親自上車、用手電照明、檢查罐內(nèi)混凝土干稀情況，確定應(yīng)先加SFP一Ⅱ緩凝泵送劑以增大坍落度還是可以直接加入SFP一Ⅳ 促凝增強(qiáng)劑。這對于首次制備和應(yīng)用該特種混凝土的場合，是十分必要的經(jīng)過第1～3車的運(yùn)輸時間統(tǒng)計和工作性能調(diào)整后，很快就會進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，易于掌握。
2．7運(yùn)輸車卸完料后，由專人往空車內(nèi)加入5kgSFP—V 液態(tài)解凝劑，以防止殘留混凝土結(jié)壁。然后，方許可返回攪拌站、繼續(xù)運(yùn)料。
2．8每班檢驗一次所拌混凝土初始坍落度、60min坍落度，每2班檢驗一次混凝土的4h、6h及1 d抗壓強(qiáng)度。
3 快速修補(bǔ)混凝土施工技術(shù)
3．1調(diào)凝與卸料
?、?使運(yùn)輸車在澆筑現(xiàn)場就位，由專人加入規(guī)定量的SFP—IV促凝增強(qiáng)劑，快速攪拌3min，即開始卸料。
?、?前一車混凝土卸完開離現(xiàn)場，后一車混凝土即行就位。不允許在運(yùn)輸車就位前加入SFP—IV。
?、圻\(yùn)輸車應(yīng)攜帶卸料加長裝置，盡可能使卸料點(diǎn)合理分布，利于節(jié)省人力、快速澆筑。
?、?加入SFP—IV后的混凝土，必須在10 min之內(nèi)將料卸完。不管什么原因，均不得延緩卸料時間。
3.2混凝土澆筑
① 施工方必須嚴(yán)密組織隊伍，確保每車運(yùn)載的混凝土能在10 min之內(nèi)完成澆筑，以確保下一車混凝土能按時卸料和連續(xù)澆筑。
?、?混凝土攤鋪完成后，如仍為大流動性狀態(tài)，可用方木刮杠迅速刮平；如已開始凝結(jié)變稠，應(yīng)用平板振搗器或木抹子迅速找平。
③ 混凝土初凝前，或混凝土表面明水失去時，進(jìn)行表面壓痕或拉毛操作。
3．3養(yǎng)護(hù)
①依混凝土澆筑的先后次序，逐塊進(jìn)行壓痕或拉毛操作，一旦完成，立即覆蓋塑料薄膜保水養(yǎng)護(hù)；不允許等待全部表面拉毛后才開始覆蓋塑料薄膜。因為該特種混凝土初凝完成后很快終凝，水化熱早期形成量大、混凝土內(nèi)部溫升高、表面水分急劇蒸發(fā)；加之夜間施工，與環(huán)境溫差較大，如養(yǎng)護(hù)不及時，易于產(chǎn)生表面龜裂。
② 單項工程澆筑完成后，應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)至開放交通時，保持混凝土表面潤濕： 如有條件，可蓄水養(yǎng)護(hù)。冬施時，采取“薄膜一草柵一薄膜一草柵”雙層保水、保溫聯(lián)合養(yǎng)護(hù)。
3．4切縫
當(dāng)搶修搶建混凝土路段較長、設(shè)計要求切縫處理時，可在混凝土終凝后1．5h進(jìn)行。
4工程應(yīng)用
石家莊市勝利大街倉安路地道橋東西引道原為普通混凝土路面， 東段長約80m， 西段長約300m。數(shù)年前，在該段路面進(jìn)行排水管道施工，回填土后，沒有澆筑混凝土，而代之以鋪設(shè)便道磚。因車流量大，經(jīng)長期輾壓，引道局部坍陷，多處凸凹不平，便道磚缺棱掉角、開裂嚴(yán)重，致使引道東西兩端順接段都有不同程度的破損。平時多有塞車現(xiàn)象，市民反映較大，政府限期治理。2005年2月4日20：00開始，對橋下東引道部分封閉交通，破除便道磚路面，立即將垃圾清除外運(yùn)：然后，用蛙式打夯機(jī)對槽底進(jìn)行夯實(shí)找平。開槽面積為80m*2．6m，槽深200mm。5日0：00開始澆筑如表4所列C01道橋快速修補(bǔ)防 東商品混凝土，實(shí)現(xiàn)4h開放交通。
中山路是貫穿石家莊市區(qū)東西向的主干道，兩側(cè)商廈、酒樓林立，政府機(jī)關(guān)、花園廣場毗連，平時車流擁擠、人群不斷，是標(biāo)準(zhǔn)的鬧市區(qū)，常被稱為展示省會形象的重要窗口。該路建于建國初期，由于當(dāng)時設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低和超期服役，機(jī)動車道和公交站臺前混凝土路面存在地基下沉、路面斷裂、翹起錯臺等嚴(yán)重問題。站臺整修工程方案是首先利用水泥灌漿加固地基，然后創(chuàng)除舊混凝土路面，開槽尺寸為80m*4m，槽深250 rrn；立即將垃圾清除外運(yùn)，用軋路機(jī)對槽底壓實(shí)，鋪上予制的鋼筋網(wǎng)，再澆筑道橋快速修補(bǔ)混凝土：運(yùn)行數(shù)天后，用添加聚酯纖維的瀝青混凝土進(jìn)行整體罩面。共整修站臺13個，每個施工面積320m2，夜間施工，同時澆筑2個，需混凝土160m3。為了把對交通秩序和環(huán)境衛(wèi)生的影響降到最低，確定4月7日～1 3日間，局部斷交，20：00開始創(chuàng)除舊路面，0：00達(dá)到混凝土澆筑條件，使用表4所列Z02商品混凝土，2h內(nèi)完成單個站臺混凝土施工。設(shè)計、材料、混凝土商及施工單位多方配合，實(shí)現(xiàn)6h開放交通。
道橋快速修補(bǔ)商品混凝土由河北大山建材有限公司及河北中建工程有限公司提供，由石家莊市功能建材有限公司提供技術(shù)服務(wù)。兩工程經(jīng)歷不同的施工季節(jié)，單項工程施工面積達(dá)320m2，共施工4500m2，使用該特種商品混凝土近1 000m3，達(dá)到預(yù)期效果，受到上級與市民的好評。
5結(jié)論
?、?利用以快硬硫鋁酸鹽水泥為主要組分的膠結(jié)材料及SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑、SFP一Ⅳ促凝增強(qiáng)劑、SFP—V解凝劑，實(shí)現(xiàn)了道橋快速修補(bǔ)混凝土的商品化。該技術(shù)的開發(fā)，完成了水泥基道橋快速修補(bǔ)材料因快凝快硬由以往的現(xiàn)場拌制混凝土、一次性施工面積較小到制備商品混凝土、可以進(jìn)行較大面積施工的轉(zhuǎn)變。
?、?石家莊市倉安路與中山路公交站臺混凝土路面大修工程應(yīng)用道橋快速修補(bǔ)商品混凝土近1000m3，施工面積4500m2；倉安路混凝土4h抗壓強(qiáng)度達(dá)28．6MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)3．8MPa：中山路混凝土6h抗壓強(qiáng)度達(dá)29．4MPa， 抗折強(qiáng)度達(dá)4．1MPa；分別實(shí)現(xiàn)了4h或6h開放交通。
?、?根據(jù)道橋快速修補(bǔ)商品混凝土特性，結(jié)合工程實(shí)際提出的混凝土制備與施工技術(shù)，具有較強(qiáng)的針對性和可操作性，方便、快捷，省工、省力，切實(shí)可行，利于防止快凝快硬導(dǎo)致的運(yùn)輸與施工事故，利于防止表面龜裂，保證工程質(zhì)量。
?、?道橋快速修補(bǔ)商品混凝土技術(shù)，對于大中城市市區(qū)混凝土路面及混凝土公路、橋梁的搶修、搶建，特別是在搶修工程面積較大、混凝土用量較多時，可以縮短施工斷交時間，減小環(huán)境污染，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益顯著，具有良好的推廣應(yīng)用前景。 |
| 原作者： 李乃珍 謝敬坦 金治峰 馮建東 魏亞輝 方俊秀 范小響 |
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