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层布式钢纤维混凝土在路面改造中的应用

时间:2014-01-11 22:17来源:科技创新与生产力 作者:陈如高点击:
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  摘要:阐述了层布式钢纤维混凝土路面的特点,介绍了层布式钢纤维混凝土在旧水泥路面改造中的应用,包括对旧水泥路面的处理方法、层布式钢纤维混凝土施工要点及路面改造后的效益分析。

  关键词:层布式钢纤维混凝土;水泥路面;路面改造

  近年来,随着我国经济的飞速发展,公路交通运输业的发展速度也加快,截止到2012年底,全国公路总里程数已经超过250万km。与此同时,公路技术等级的提高对路面的整体性能提出了更高要求。自20世纪90年代以来,我国修筑了很多水泥混凝土路面,历经多年的使用后,这些路面基本上都进入了大修期。目前,我国车辆荷载以及密度不断增大,超载和重载的现象屡见不鲜,这给原本就破损不堪的水泥混凝土路面造成了更为严重的破坏。为此,对旧水泥路面进行改造已势在必行。层布式钢纤维混凝土作为一种新型的混凝土,其以自身良好的抗弯强度、抗冲击性和韧性,获得了工程界的青睐,用这种混凝土对水泥路面进行改造不但能够延长路面的使用寿命,而且经济效益良好[1]。

  1 层布式钢纤维混凝土概述

  面层在水泥混凝土路面结构中起着非常重要的作用,通过对大量水泥混凝土路面工程进行研究发现,很多病害都与面层有着非常密切的关系,如混凝土板断裂、错台、破碎以及板底脱空等等。为此,水泥混凝土路面的面层应当满足以下技术要求:足够大的刚度和强度,能够承受车辆行驶荷载的作用;足够高的稳定性,在各种自然因素的作用下路面不会出现较大的变形,并始终保持足够的强度以便承受车辆荷载作用;良好的平整度及抗滑性,确保行车的安全性和舒适性;不透水,避免路面结构因透水而损坏。由于公路运输逐渐呈现出重型化、大型化的趋势,从而对路面结构提出了更高的要求,国内外公路工程界的专家学者从路面材料和结构设计等方面加大了高性能公路路面的研究力度,并取得了一定的成果,层布式钢纤维混凝土路面便是诸多研究成果之一[2]。这种路面是一种性质非常优良且具有极高发展潜力的路面类型,其主要是由三层结构复合而成,即钢纤维混凝土+混凝土+钢纤维混凝土,其施工方法为分层撒布法,具体特点为承载能力强、刚度大,耐高温和耐水性较强,耐久性优良、寿命较长,而且还经济。

  1)承载能力强、刚度大。因板底的分布荷载相对较小,从而使其对基层的承载能力要求较低,可应用于交通量较大、重型荷载的机场、国道、矿用道路上。

  2)耐高温和耐水性较强。层布式钢纤维混凝土路面最为显著的特点之一就是良好的耐水性,这与其三层分布式结构有着非常密切的关系,这种路面结构适用于平均降雨量较大的地区,即便在洪水短期淹没的情况下,仍可照常通行。此外,这种路面结构还具有较强的耐高温性,通常不会因持续高温而出现损坏。

  3)耐久性优良、寿命较长。在确保设计和施工质量的前提下,该路面结构的耐候性、耐磨性、抗滑性均非常优良,这使其使用寿命相对较长。

  4)经济性。由于路面本身具有较高的强度,使得路面板的实际厚度仅为普通混凝土路面板厚度的60%。同时,钢纤维的利用效率也大幅提高,这使得钢纤维的实际掺入量有效减少,既可以显著提升路面结构的抗裂性,还可以不设置纵缝,从而降低了工程整体造价。

  2 旧水泥路面改造中层布式钢纤维混凝土的应用

  在旧水泥路面改造中,常用的方案有两种,一种是将旧路面刨除重做,另一种是在原有路面的基础上进行加铺。虽然刨除重做不失为一种有效的路面改造措施,但是从经济效益和社会效益这两个方面看,若是刨除重做,不但会使路面造价提高,而且还会带来诸多的不便。如果在原有的路面上进行加铺,那么材料的选用是一个非常关键的问题,层布式钢纤维混凝土的出现使这一问题迎刃而解[3]。下面重点对层布式钢纤维混凝土在旧水泥路面改造中的应用进行介绍。

  2.1 对旧水泥路面的处理方法

  首先在加铺层布式钢纤维混凝土之前,需要对原有的水泥路面进行承载力评估,如果承载力无法满足具体设计要求,或是路面存在混凝土板底脱空等情况,应当采取相应的措施进行处理,如压浆补强等;其次,大多数旧路面都存在坑洞、松散等情况,应当预先进行处理,以此来确保路面表层状况完好;再次,对于旧路面比较光滑的表面应当进行凿毛处理,并冲洗干净。

  2.2 层布式钢纤维混凝土施工要点

  1)层布式钢纤维混凝土路面的施工工艺流程:旧路面处理→装模→加铺底层混凝土→布设底层钢纤维→混凝土摊铺→整平→振捣→布设上层钢纤维→加铺表层混凝土→切缝。

  2)底层钢纤维布设。旧水泥路面处理完毕以后,应先在其上薄薄撒布一层碎石或是混凝土,厚度控制在1~2 cm左右为宜,这样有助于混凝土振捣时能够使砂浆裹紧钢纤维。随后可采用机械振动筛或是人工筛将钢纤维均匀撒布在混凝土上,需要注意的是,在撒布钢纤维的过程中,一次性撒布的面积不宜过大,应当尽可能做到足量、均匀,不得出现漏撒或是成团的情况,防止因施工车辆碾压或是人员走动导致钢纤维堆积。

  3)首次混凝土浇筑。当底层的钢纤维散布完成之后,便可在其上浇筑混凝土,在对混凝土进行摊铺时需要注意松铺高度应当比路面实际设计高程低出1~2 cm;摊铺超平后应采用振捣棒对混凝土进行振捣密实,然后再用振动平板进行粗平。上述工作完成后,便可进行上层钢纤维布设(其方法基本与底层钢纤维相同)。

  4)混凝土二次浇筑。当上层钢纤维散布完毕后,便可进行顶层混凝土加铺,并使用振动平板进行密实。由于后续工艺与现行水泥混凝土路面施工完全相同,在此不进行详细介绍。

  5)切缝。该工序应当在混凝土浇筑完毕后的12 h内进行,最长间隔时间不得超过24 h。切缝时的缝距应当为旧水泥路面接缝间距的2倍,并且应确保上下缝对齐。

  3 路面改造后的效益分析

  采用层布式钢纤维混凝土对旧水泥路面进行改造施工后,与普通水泥混凝土路面相比,无论是经济效益和社会效益都有非常显著的提高,具体体现在以下几个方面:第一,应用层布式钢纤维混凝土对旧水泥路面进行改造后,面层的实际厚度较普通混凝土路面减薄2/3以上,由此能够节约大量的原材料和工程量,相应的费用可随之减少,并且施工工期也大幅缩短;第二,由于路面的使用寿命进一步延长,从而使得各方面的成本均有所减少,这在一定程度上节约了大量的费用;第三,路面伸缩缝的减少使该环节所需的材料和人工费用随之减少;第四,因层布式钢纤维混凝土路面各方面的性能和质量都非常好,从而节省了大量的养护维修费用。虽然采用层布式钢纤维混凝土对旧水泥路面进行改造时的一次性投资费用比采用普通混凝土要高一些,但是从综合效益的角度看,层布式钢纤维混凝土的养护维修费用低、使用寿命长,这样一来,每年平均支出的成本要低于普通混凝土,同时层布式钢纤维混凝土不但能够提高原有旧路面的整体质量,而且还能提前开放交通,其经济效益和社会效益都非常显著,值得推广应用[4]。

  4 结束语

  总而言之,层布式钢纤维混凝土自问世以来便获得了公路工程界的广泛关注,但在国内这种路面结构尚处于初步推广阶段,与之相关的技术标准和施工工艺也都在进一步完善当中。通过对近年来的公路、机场跑道等工程进行研究分析发现,层布式钢纤维混凝土不但能够有效提高路面结构的整体强度,并缓解和抑制各种病害的发生,而且还能进一步延长路面的使用寿命,从而使公路路面的养护成本大幅度降低,这对于促进我国公路事业的发展具有非常重要的现实意义[5]。

  参考文献:

  [1] 赵均,马智英,刘景园.有早期受荷经历的钢纤维混凝土强度试验研究[J].工业建筑,2006(8):25-26.

  [2] 杨勇,梅明荣,王山山,等.钢纤维混凝土墩墙早期温度与温度变形研究[J].长江科学院院报,2007(1):35-38.

  [3] 刘敬福,李赫亮,牟新.钢纤维增强聚合物树脂混凝土力学 性能研究[J].机械工程材料,2005(8):47-48.

  [4] 杨勇,梅明荣,王山山.钢纤维混凝土早期水化热温度的试验研究[J].材料科学与工程学报,2006(6):36-37.

  [5] 赵冠鹏.钢纤维混凝土应用技术研究[J].河北工业大学成人教育学院学报,2006(3):89-90.

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