公路护栏混凝土配比与滑模施工研究

2020-09-30杨健民

山西交通科技 2020年4期

杨健民

（山西省交通新技术发展有限公司，山西太原 030012）

0 引言

为了贯彻落实党中央提出的“安全第一、以人为本”的平安交通建设理念，设计出安全可靠的交通设施具有重要意义。以公路护栏为例，常用的混凝土护栏一般在施工现场立模板浇筑或是在预制场生产而运至现场安装，无论是以上哪种工艺，均会带来较多的材料周转、人力消耗，并且会长时间占用场地，因此在国外推广的滑模技术值得在公路工程中使用[1]。国内研究者借鉴实践经验进行了相关研究。陈立超依托实际工程，对滑模施工中的连续供料以及相应的工艺控制与护栏质量控制进行了研究[2]。王耀东以Wirtgen SP250滑模摊铺机为对象，建立了基准挂线的数学模型，通过数值仿真研究了滑模施工的过程[3]。冯康乐优化了护栏混凝土的配比并研究了外加剂的最佳掺量，同时研究了施工工艺，提出了混凝土的振动频率宜为200 Hz，振动区域宜为310 mm[4]。詹文兵等针对传统护栏施工中存在的问题，在广东龙怀高速采用滑模施工工艺对护栏混凝土的配比设计、现场施工进行了研究，并取得了良好的应用效果[5]。以上研究无疑丰富了护栏滑模施工的经验，本文在已有研究的基础上提出护栏混凝土的配合比设计方法以及混凝土的耐久性保证措施，并提出了相应的施工质量控制要点。

1 护栏混凝土优化方案

1.1 混凝土设计要求

根据欧洲现有工程实例，高度在1.8 m以下的混凝土护栏，可采用滑模技术提高施工效率。因此要求护栏混凝土具有较低的坍落度、较高的黏聚性与保坍性等特点，应根据运距、环境等条件选用适宜的外加剂[6]。

1.2 防渗处理

护栏混凝土达到工作性能的要求后，为了进一步提高护栏的使用寿命，可在护栏表面喷涂适宜的材料以提高混凝土的抗腐蚀性能，不仅可以减少雨雪、酸雨的侵蚀，防止钢筋骨架的锈蚀，还可以减少养护成本。

2 护栏混凝土配合比设计

2.1 原材料

水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，技术指标见表1。骨料采用河北某石料厂生产的碎石，技术指标见表2。砂的技术指标见表3。外加剂采用聚羧酸高性能减水剂，经测试当掺量为1.83%时，减水率为23%。原材料经检测均符合规范标准。

表1 水泥技术指标

表2 骨料物理性质

表3 砂的技术指标

2.2 设计方法

根据《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG F30—2014）的要求，护栏混凝土的抗压强度不低于设计要求，配合比方面要求水泥用量不少于150 kg/m3，砂率不低于36%，粉煤灰与矿粉等通过室内试验与试验段确定，拟定的一组配合比见表4。

表4 护栏混凝土质量配合比

3 护栏混凝土性能研究

3.1 评价方法

混凝土的工作性会影响施工中的和易性以及稳定性，尤其在使用滑模施工时易出现塌边和流角，甚至会出现蜂窝麻面。因此为了评价混凝土的工作性能，常用的评价方法有坍落度法、韦伯稠度法和振动黏度系数法。上述方法存在着操作复杂以及试验变异系数较大的问题，因此本文采用文献[7]提出的振动液化方法进行护栏混凝土工作性能的评价。

3.2 实施方法

试验容器基于韦伯稠度仪定制，从外部在侧壁与桶底进行开孔，开孔直径为4.75 mm，相邻间的圆孔距为3 mm。将拌和均匀的混凝土取16 kg放到容器内并固定在振动台上，把韦伯稠度仪配套的透明圆盘与配重之余混凝土中，开启振动台振动20 s。混凝土发生液化时，浆液即从所开的孔中流出，通过称取溢出浆液的质量来判断混凝土的工作性能。液化振动试验见图1。

图1 液化试验

3.3 性能评价

考虑到混凝土自拌和后运输到施工现场过程中工作性能的变化，在室内试验评价混凝土的工作性能引入经时液化试验，即将拌和好的混凝土用湿布裹覆40 min后，搅拌30 s再进行振动液化试验，再测试经时液化后的坍落度与出浆量。拟定的5组配比未经时液化的性能与经时液化后的性能测试结果见表5。

表5 不同配比的工作性能

由表5可知，在模拟混凝土运输静置的过程中，坍落度的降幅均超过50%，且远大于出浆量的降幅，最高达到72%。从PB-1到PB-5水泥用量与用水量逐渐增加，砂石用量逐渐减少，混凝土的和易性随之改善，出浆量呈现降低的趋势，初始坍落度呈减小的趋势，而经时坍落度未呈现明显规律，验证了当坍落度过小时无法反映混凝土密实程度与平整度的协调性[8]。根据滑模施工的实践可知，当混凝土初始坍落度在40～50 mm时不易发生泌水[9]，且水泥用量过多会造成开裂且不经济。综上所述，推荐采用PB-2、PB-3的配合比。

4 滑模施工质量控制

4.1 混凝土摊铺要点

a）根据上节护栏混凝土配合比的研究，为保证混凝土经时液化后混凝土的工作性能，采用PB-1～PB-3的配合比。摊铺机需配置的高频振捣棒应不少于3根，为避免蜂窝麻面的出现，护栏两侧宜各配置一根振捣棒，并保证混凝土振捣密实。

b）摊铺机的行进速度应根据混凝土供应条件以及振捣后的密实程度及时调整，摊铺行进速度一般宜控制在0.75～1.5 m/min，并同步检查外形与标高。

c）由于护栏混凝土的工作性能无法保持稳定，摊铺过程中混凝土表面会发生一定量的塌落，模板底面的高程与混凝土顶面的高程之差成为塌落高度。由文献[1]的调查研究表明，护栏顶面混凝土脱模后的塌落高度不应大于4 mm±1 mm；若塌落后采用贴补找平，贴补层会在环境与温度作用下发生剥落，进一步降低护栏混凝土的耐久性。鉴于此，应在摊铺过程中采用5 m直尺进行平整度检测，塌落量超过规范要求的部分宜采用小型滑模摊铺机在初凝前及时跟进找平。

d）在完成摊铺后，脱模后的护栏外观已无严重缺陷，对于个别未振捣出的气孔与石料造成的缺陷采用手工修补。

e）护栏切缝间距应根据当地气候条件进行调整，通常每4～5 m切一道，在全年温差较大的地区，切缝间距宜取小，反之则取大，切缝槽深度宜为80mm。

4.2 耐久性防护

从全寿命周期角度考虑，混凝土耐久性由其渗水性直接决定[10]。水分的浸入会使得混凝土更易被氯离子、盐分侵蚀，在冻融循环作用下进一步降低耐久性[11]。已有研究表明，硅烷浸渍技术可使混凝土的吸水率不超过0.01 mm/min，对氯化物的吸收率降低90%。因此可对护栏混凝土表明喷涂硅烷材料。施工要点如下：

a）施工前应保证硅烷材料的密封性，并存储在阴凉干燥处，施工应避开雨天。

b）为保证喷涂质量，正式施工前可取1～5 m2的护栏进行试喷，完毕后进行试验检测，应保证吸水率小于0.01 mm/min，硅烷材料的浸入深度不少于3 mm，以及对氯化物的吸收率降低90%。

c）硅烷材料喷涂宜采用泵送设备，施工时应连续作业，从护栏下侧向上喷涂，喷涂的效果应保证浆液处于饱和流动状态，喷涂量通过室内试验确定，喷涂施工宜分两次进行。