胡海云

（江西省贛西公路工程監(jiān)理有限公司,江西 宜春 336400）

0 引言

混凝土路面滑模鋪筑過程中，拌和混凝土成料由計(jì)量控制板和搗振陣控制布料，于擠壓艙擠壓成型，材料進(jìn)入擠壓艙后受到來自滑模板、邊模板的內(nèi)向擠壓力后形成鋪筑層。擠壓產(chǎn)生的阻力主要包括：擠壓艙未設(shè)擋板前張角所造成的阻擋或犁削阻力；滑模攤鋪機(jī)行進(jìn)過程中，滑模板與混凝土接觸面間板土摩擦阻力。所以合理控制擠壓艙，需要在優(yōu)化控制板土接觸摩擦狀態(tài)與保證鋪筑質(zhì)量之間尋求優(yōu)化配置組合。

1 攤鋪機(jī)滑模擠壓艙頂板前張角優(yōu)化

滑模攤鋪機(jī)在混凝土進(jìn)入擠壓艙擠壓成型時(shí)，擠壓艙前張角配置，能使混凝土擠壓更充分，利于形成更為齊整、美觀的路面形態(tài)。在優(yōu)化過程中，可在滑模攤鋪機(jī)的擠壓艙底板設(shè)置前張角并設(shè)計(jì)成圓弧形，應(yīng)用功效更好[1]。

由于擠壓艙頂板前張角對(duì)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的阻力影響比較大，所以攤鋪過程中，調(diào)節(jié)前張角較為關(guān)鍵。按照《公路路面水泥混凝土施工規(guī)范》（JTJ.T037.1—2000）規(guī)定，攤鋪路面縱坡率比較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)擠壓艙的頂板前張角。開展基于不同張角的阻力影響試驗(yàn)測(cè)量，以分析把握前張角角度設(shè)置對(duì)攤鋪功效的影響。試驗(yàn)過程中，保持?jǐn)D壓艙前端混凝土鋪層高度不變，在此基礎(chǔ)上對(duì)張角進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過鋼板上所預(yù)設(shè)的測(cè)力計(jì)進(jìn)行阻力檢測(cè)，得到的阻力測(cè)量值，即為帶前張角的擠壓艙的攤鋪?zhàn)枇?。測(cè)量試驗(yàn)在小型滑模試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其搗振棒位置、滑模頂板、布料厚度均能夠自由控制。在0°～45°區(qū)間調(diào)節(jié)頂板前張角開展試驗(yàn)，比較不同配置模具弧角，角度每調(diào)節(jié)一次增加5°，所獲得的混凝土攤鋪?zhàn)枇z測(cè)結(jié)果見圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)擠壓艙頂板前張角獲得的攤鋪?zhàn)枇η€

曲線關(guān)系顯示，無(wú)論是不是應(yīng)用圓弧倒角，其阻力狀態(tài)均隨前張角的加大而加大，但其趨勢(shì)演繹狀態(tài)有所不同。圓弧倒角時(shí)，阻力顯著低于垂直倒角，顯示圓弧倒角配置能夠有效降低滑模攤鋪?zhàn)枇2]。

前張角配置低于15°時(shí)，則增速相對(duì)比較緩慢，15°～30°時(shí)，曲線中斜率比較大，顯示攤鋪?zhàn)枇μ嵘俣容^快，高出30°配置時(shí)，阻力增速則再次開始放緩。不設(shè)前張角，攤鋪?zhàn)枇﹄m然比較小，但鋪層美觀度受影響，顯然滑模前張角的配置應(yīng)在0°～15°區(qū)間選擇。

綜合處理前述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出擠壓艙前張角導(dǎo)致的攤鋪?zhàn)枇與不高出45°的前張角度關(guān)系公式（1），其擬合R2值達(dá)到0.98，擬合度較佳。

2 滑模板與混凝土的板土摩擦影響狀態(tài)分析

攤鋪過程中，滑模板直接接觸混凝土，在壓力影響下，板土間的摩擦阻力也是攤鋪?zhàn)枇Φ臉?gòu)成部分。板土間的摩擦力主要集中于接觸面，該接觸面可認(rèn)為是搗振后混凝土表面由水、細(xì)骨料、空氣組成的砂漿層，在接觸中砂漿層直接與模具板接觸，產(chǎn)生吸附以及摩擦現(xiàn)象。

2.1 板土摩擦力的主要影響因素

下列因素影響板土摩擦力：

2.1.1 混凝土流變特性

混凝土搗振后密度較高，在毛細(xì)水壓力、范德華力以及庫(kù)侖力的影響下，接觸面以水膜形式與滑模板接觸，這種滑模接觸，實(shí)質(zhì)是混凝土與滑模板因接觸而產(chǎn)生的切力與應(yīng)變間的關(guān)系[3]。

2.1.2 板表面粗糙度

板表面局域存在部分凹陷或者凸起，混凝砂漿接觸滑模板時(shí)，骨料細(xì)小顆粒在相對(duì)滑移中被擾動(dòng)或吸附，導(dǎo)致表面的各種病害。粗糙度可應(yīng)用粗糙度Ra指數(shù)表達(dá)，其數(shù)值取目標(biāo)面最低和最高峰之間距離的算術(shù)平均差。

2.1.3 板土接觸壓力

庫(kù)倫摩擦定律認(rèn)為，接觸面摩擦力與法向接觸壓力成正比，滑移摩擦力與滑移速度無(wú)關(guān)。水泥混凝土材料與滑模板間的滑動(dòng)摩擦力多表現(xiàn)為黏性摩擦力?；七^程中，速度對(duì)摩阻力存在一定程度的影響。

2.2 搗振時(shí)間對(duì)板土摩擦力影響分析

混凝土經(jīng)歷不同程度的搗振，其密實(shí)性和流動(dòng)性則會(huì)不同，產(chǎn)生不同的板土摩擦力影響狀態(tài)。該研究應(yīng)用摩擦試驗(yàn)儀對(duì)不同搗振時(shí)間的混凝土開展混凝土和滑模板的板土摩擦力試驗(yàn)檢測(cè)?；诠烦Ｓ没炷僚浔鹊葏?shù)，接觸壓力取50 kPa，1組混凝土摻加液化劑，1組混凝土不摻加液化劑的試驗(yàn)條件，獲得了不同混凝土搗振時(shí)間所形成的板土摩擦力關(guān)系曲線，具體見圖2所示[4]。

圖2 混凝土搗振時(shí)間的板土摩擦力關(guān)系曲線

曲線顯示，搗振30～90 s時(shí)，摻進(jìn)液化劑后的混凝土與滑模板間的摩擦力較小，搗振30～50 s時(shí)，混凝土液化功效隨之提升，混凝土與滑模板接觸范圍砂漿變厚，摩阻力相對(duì)降低。超過50 s，搗振后的砂漿層更厚，甚至有可能發(fā)生泌水等病害，表層砂漿黏度加大，混凝土與滑模板間的摩擦力隨之加大。

混凝土材料未摻液化劑，其摩阻力狀態(tài)與摻入液化劑的相似，但是摩阻力在振動(dòng)40 s時(shí)即達(dá)最低，按照該研究數(shù)據(jù)推斷，當(dāng)超過90 s時(shí)，兩種板土間摩擦力差異并不大，這也顯示了應(yīng)用混凝土液化劑的價(jià)值?；Ｊ┕み^程中，根據(jù)具體施工情況選擇混凝土搗振時(shí)間，但最高不應(yīng)超過50 s。

2.3 粗糙度與接觸壓力的摩擦力影響分析

板面粗糙度對(duì)攤鋪機(jī)滑膜的板土阻力影響比較大，應(yīng)用摩擦試驗(yàn)儀對(duì)板面粗糙度和接觸壓力的摩擦力影響開展研究[5]。

滑模頂板在應(yīng)用過程中不斷變舊，其國(guó)際粗糙度Ra指數(shù)不斷升高。實(shí)際工程應(yīng)用過程中，對(duì)滑模裝備疏于維養(yǎng)或者維養(yǎng)不得當(dāng)，造成滑模板出現(xiàn)凹陷、起鼓、不平等現(xiàn)象，應(yīng)用缺陷模板進(jìn)行混凝土路面鋪筑，必然影響鋪筑質(zhì)量。圖3是基于Ra=1.6μ和0.3μ的不銹鋼滑模板條件的模板粗糙度和接觸壓力的摩擦阻力影響關(guān)系曲線。

圖3 模板粗糙度和接觸壓力的摩擦阻力影響關(guān)系

曲線顯示，當(dāng)接觸壓力加大時(shí)，擠壓艙攤鋪?zhàn)枇﹄S之加大。當(dāng)板土接觸壓力低于200 kPa時(shí)，不同粗糙程度的滑模板的板土摩阻力差異并不大，伴隨接觸壓力的加大，粗糙滑模板的板土摩擦阻力更大。

3 滑膜攤鋪機(jī)振動(dòng)搓平梁優(yōu)化應(yīng)用

3.1 搓平梁應(yīng)用控制存在的問題

經(jīng)過滑模擠壓的混凝土基本已經(jīng)擠壓成型，但是其表面可能存在麻面、蜂窩等不足，影響路面的平整度。部分高級(jí)別路面設(shè)計(jì)為避免混凝土路面在應(yīng)用期內(nèi)發(fā)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，影響路面持久性和行車舒適度，而在脹縫區(qū)域設(shè)置傳力桿。

故滑模攤鋪機(jī)多在擠壓艙后配置一個(gè)可以左右振蕩的搓平梁，利于路面找平施工控制。搓平梁高度應(yīng)與滑模板高度相配套，搓平梁前部配置一個(gè)比較小的張角，以利于搓起砂漿，并保持搓平梁在搓平層上正常擺動(dòng)。施工過程中不重視搓平梁應(yīng)用和控制，可能導(dǎo)致下述問題：

（1）搓平梁擺動(dòng)頻率把控不足，影響振動(dòng)提漿效果。

（2）擠壓艙搗振后，混凝土攤鋪層雖然已經(jīng)獲得了相當(dāng)實(shí)密的技術(shù)狀態(tài)，但面層仍存在砂漿層。混凝土漿層厚度不足，造成搓平梁前方砂漿卷動(dòng)不足，或造成大粒度骨料被推起，增加了推料阻力，并且搓起粗骨料會(huì)影響搓平梁平度，從而影響鋪筑路面的平整度。

3.2 搓平梁擺頻及深度影響的控制應(yīng)用

為研究滑模攤鋪機(jī)搓平梁在施工過程中的影響，該研究在擠壓成型鋪筑層5 cm、10 cm、15 cm、20 cm的不同深度預(yù)埋應(yīng)變計(jì)，收集檢測(cè)當(dāng)搓平梁經(jīng)過時(shí)混凝土面層的應(yīng)變反應(yīng)狀態(tài)，以了解攤鋪層不同深度的搓平反應(yīng)狀態(tài)。試驗(yàn)搓平梁擺動(dòng)頻率按40～90次/min控制，擺動(dòng)幅度控制在2～3 cm。獲得搓平梁的擺動(dòng)頻率及其深度影響關(guān)系曲線見圖4所示。

圖4 搓平梁的擺動(dòng)頻率及其深度影響關(guān)系

搓平梁的擺動(dòng)頻率及其深度影響關(guān)系曲線顯示：

（1）搓平梁對(duì)5 cm以內(nèi)的鋪層深度擾動(dòng)作用明顯，擾動(dòng)影響關(guān)系為深度增加則擾動(dòng)功效對(duì)應(yīng)降低。

（2）大于60次/min擺動(dòng)頻率時(shí)，對(duì)擾動(dòng)作用的差異性越來越小，可見在滑模施工中，搓平梁擺動(dòng)頻率最大可配置為60次/min。

（3）當(dāng)路面存在傳力桿設(shè)計(jì)時(shí)，須適當(dāng)增加搓平梁擺動(dòng)頻率。

（4）在鋪層5 cm深度范圍內(nèi)，搓平梁的搓動(dòng)功效影響擾動(dòng)功效最為顯著，所以為確保搓出砂漿卷，應(yīng)保證鋪層在經(jīng)過擠壓艙成型后仍5 cm左右的砂漿層厚度。

3.3 邊角及人工收面輔助處理

人工收面補(bǔ)充處理方式為：混凝土由擠壓倉(cāng)布料成型，經(jīng)搓平梁、抹平器找平后，應(yīng)用3 m抹平尺抹平，邊角區(qū)域則應(yīng)用小抹抹平。也可應(yīng)用拖裝水軟管、推桶等方式開展路面整平。有研究發(fā)現(xiàn)，拖裝水軟管整平的平整度IRI指數(shù)相對(duì)更好，當(dāng)應(yīng)用3 m抹平尺抹平時(shí)，隨抹面頻次的增加，平整度IRI指數(shù)加大，意味平整度在變差。

該研究嘗試對(duì)抹平收面工藝進(jìn)行優(yōu)化處理，即在受到場(chǎng)地條件限制，無(wú)法應(yīng)用拖裝水軟管整平時(shí)，仍能夠最大限度獲得平整路面的處理方式。應(yīng)用不銹鋼、藍(lán)鋼制作4.5 m抹平尺，在3個(gè)試驗(yàn)區(qū)段計(jì)90 m長(zhǎng)度范圍，開展一次抹面操作，與常規(guī)3 m抹平尺的收面功效開展比較。獲得的平整度IRI指數(shù)均值見表1所示。

表1 不同材質(zhì)和規(guī)格抹平尺的收面功效

基于不同材質(zhì)和規(guī)格抹平尺的收面功效數(shù)據(jù)顯示，在僅開展一次抹面的狀態(tài)下，4.5 m抹平尺的收面功效更好。當(dāng)抹平尺規(guī)格相同時(shí)，則藍(lán)鋼制抹平尺的收面功效更好，藍(lán)鋼制抹平尺質(zhì)量更小，表面更光滑。綜合前述研究，可認(rèn)為當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件允許時(shí)，應(yīng)首選以裝水軟管開展人工收面，若現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件不允許，則可選擇加大抹平尺規(guī)格，或選擇應(yīng)用表面更光滑的金屬制抹平尺開展人工補(bǔ)充收面，以獲得更好的路面平整度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，對(duì)混凝土路面滑模施工的擠壓、搓平技術(shù)進(jìn)行了研究。技術(shù)點(diǎn)包括攤鋪機(jī)滑模擠壓艙頂板前張角優(yōu)化角度分析，滑模板與混凝土的板土摩擦影響狀態(tài)分析，滑膜攤鋪機(jī)振動(dòng)搓平梁優(yōu)化應(yīng)用等。其中攤鋪機(jī)滑模擠壓艙頂板前張角優(yōu)化角度分析中，分析了板土摩擦力的主要影響因素，搗振時(shí)間的板土摩擦力影響粗糙度與接觸壓力的摩擦力影響?；備仚C(jī)振動(dòng)搓平梁優(yōu)化應(yīng)用中，分析了搓平梁應(yīng)用控制存在的問題、搓平梁擺頻及深度影響、邊角及人工收面輔助處理等技術(shù)要點(diǎn)。

研究顯示，攤鋪機(jī)滑模擠壓艙頂板前張角的配置應(yīng)在0°～15°區(qū)間選擇；應(yīng)保證鋪層在經(jīng)過擠壓艙成型后仍5 cm左右的砂漿層厚度；混凝土搗振時(shí)間最高不應(yīng)高出50 s；應(yīng)首選以裝水軟管開展人工收面，必須應(yīng)用金屬制抹平尺做輔助抹平時(shí)，應(yīng)選擇應(yīng)用表面更光滑的金屬制抹平尺，以獲得更好的路面平整度。