短切玄武岩纤维混凝土路面施工工法

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  序言:
   玄武岩纤维是一种火山喷发形成的玄武岩矿石,经高温熔融拉丝而成的无机纤维材料。玄武岩纤维具有独特的力学性能,良好的稳定性以及较高的性价比,这使其成为一种良好的混凝土增强材料。我国对于这种材料的应用起步比较晚,虽然短短几年的时间,但是已经接近世界先进水平。
  一、工程概况
   云南省会泽县收费站短切玄武岩纤维混凝土路面段落为:K11+230-K11+323.66共7617.81m2。收费站广场路面结构:28cm短切玄武岩纤维混凝土+18cm贫混凝土+18cm水泥稳定碎石+18cm级配碎石,总厚度82cm。。贫混凝土1371.2 m3,短切玄武岩纤维混凝土2132.9 m3
   短切玄武岩纤维的特点:
   玄武岩纤维与碳纤维等其他高科技纤维相比,具有独特的特点,他具有很好的耐高温性,可在269℃-700℃范围内连续工作,有优良的化学稳定性、耐碱、耐腐蚀的性能好,抗拉强度高、弹性模量大、耐磨性好。玄武岩纤维是典型的碳酸盐纤维,具有天然的相容性,用它与混凝土拌合很容易分散,因此新拌合的玄武岩混凝土体积稳定,且和易性好,与普通混凝土相比,玄武岩纤维混凝土还具有优越的耐久性,还可提高混凝土的抗冲击性能,降低其脆性,改善混凝土的力学性能。纯天然的玄武岩纤维颜色似金色,材质柔韧,外观呈光滑的圆柱体;密度较高,达到2.65~3.00g/cm3,硬度很高(莫氏硬度5~9度),具有优异的耐磨、抗拉性能;良好的化学稳定性,其主要成分为K2O、MgO和TiO2等,对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能极为有利,它与玻璃纤维的化学稳定性相比更显优势,特别是在碱性和酸性介质中更加明显。玄武岩纤维在饱和的Ca(OH)2溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能,这也决定了玄武岩纤维在混凝土应用领域大有作为;工作温度一般为-269~+700℃(软化点为960℃),即使在70℃热水作用下也能够保持较高的强度。
  二、使用标准和规范
   中华人名共和国行业标准《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30-2003
   中华人名共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004
   中华人民共和国国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119
   中华人民共和国行业标准《公路工程施工安全技术规程》JTJ 076-95
   中华人民共和国行业标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005
  三、质量要求
   鉴于玄武岩纤维的化学稳定性,对基体的要求和普通混凝土相同,一般达到强度满足要求、密实度高即可。在保证强度与施工进度情况下,可以选择低碱水泥。其它方面的性能指标,水泥、骨料、水、外加剂均符合国家标准即可。
   1.多数研究表明,低掺量柔性纤维对混凝土强度的增强作用并不明显(一般情况下增加抗折强度不超过20%),对复合材料的抗压强度反而有所削弱(室内试验研究结果证明了这一点),纤维对混凝土的性能改善主要体现在早期裂缝的控制上。所以,设计要求抗折强度指标5.0MPa为素混凝土(即不掺加纤维)的强度设计指标。
   2.此外,经试验研究表明,纤维掺量过大,一方面造成纤维混凝土干稠,难以拌和,施工性差;另一方面也会增加纤维混凝土空隙率,内部缺陷随之增多,直接影响混凝土强度。所以,控制纤维掺量,在保证一定经济效益与材料性能提升幅度的前提下,以方便道路用纤维混凝土的正常施工。本次实地项目应业主要求且考虑本项目实际情况,决定采用商品混凝土进行大批量生产,由运输罐车运送至施工现场,需要考虑运输条件(运送距离、路况、车况等)对塌落度的损失,此项的主要控制手段为检测现场混凝土的塌落度。
   3.鉴于纤维的增稠作用,需要考察其对材料传运管道的输入输出是否存在堵塞影响;另外由于减水剂用量偏大,应实地检验混凝土是否出现离析,初凝、终凝时间是否满足施工要求。
   4.纤维的分散性仍是混凝土质量现场检验不可或缺的重要内容,结团、分层、缠绕都会给混凝土带来不利影响。
   5.钢筋网片的绑扎,以及传力杆的安装位置都要固定牢固。模板的安装要牢固,线形一定要直顺,模板的直顺最终将影响路面的横缝和纵缝的割缝。
   6.混凝土的浇注、振捣都要按着要求施工,最终保证路面的平整度,平整度的控制是浇注混凝土的重点。
   7.最后注意成品的养护。混凝土的养护是保证混凝土强度提升的一个重要环节。用透水土工布洒水养生十四天。养生期保证土工布的湿润。
  四、施工工艺
   云南昭待高速公路会泽北出入口收费站广场的道路面板采用会泽建筑公司商品混凝土搅拌站生产砼。收费广场长93.7m,宽81.3m,面积7615m2,水泥混凝土道面板厚28cm,预计砼用量2400方。
   玄武岩纤维不同于钢纤维,属于软质韧性纤维,其掺量较低,且自身力学方面存在的优势决定其可以直接掺入混凝土拌和料中进行搅拌。总的来说,玄武岩纤维混凝土的施工,在搅拌、运输、浇筑和养护等方面大都与普通混凝土相同或相类似,但需要在一些具体操作的细节格外考虑。
   工艺流程:
   基层验收—测量放样—钢筋绑扎及模板安装—混凝土拌合及运输—卸料及布料—混凝土振捣—人工补料—刮杠整平—精平抹面—拉毛(压纹)—切缝—养生—(硬刻槽)—填缝—成品检测及验收。
  一)玄武岩纤维商品混凝土的生产
   此次采用商品混凝土进行大批量生产,由运输罐车运送至施工现场,生产速度快,质量稳定可靠。玄武岩纤维采用浙江东阳石金玄武岩纤维有限公司生产,运至搅拌站。玄武岩出厂前,按照商砼搅拌站的制作工艺,搅拌2方/盘,纤维按2方砼用量一次打包(13.5kg),以方便投放。
   商砼的质量要求除强度满足要求以外,主要为塌落度。根据技术人员的验证,控制现场混凝土的塌落度为12~16cm为宜,此項目纤维混凝土的施工塌度落也控制在该范围内。商砼依此进行生产性试验配比,试验塌度落为18cm,考虑混凝土运送过程中塌落度的损失,该生产性试验配比符合要求(后由现场检测通过)。
   纤维商砼的生产过程:各组份的投放顺序为胶凝材料→水、外加剂→砂、纤维→石子。纤维由专人站在材料传送带旁投放,由于材料传送速度较快,纤维的可能随砂或石子一同送至搅拌机器内,但对砼质量影响不大。投放各材料时,搅拌室不停止工作,待砂进入进料仓以后,封闭集料仓口,搅拌室对砂浆进行搅拌5~10秒后再进行投放石子,纤维混凝土的搅拌时间设定为60秒(普通混凝土约为25秒)以保证纤维的分散均匀性。材料分盘传送,每盘搅拌完毕后将材料装入罐车,罐筒保持运转,转动速率与普通混凝土相同,直至施工现场卸载完毕。
  二)玄武岩商品混凝土的运输
   商砼主要由罐车从商品混凝土生产地运送至施工现场,每辆罐车运量12方。该收费广场路面板浇筑现场距商砼生产地大约为20分钟车程,运输条件的畅通成为关键,以降低混凝土塌落度的损失,从而保证商砼的质量。
   经实地调查,沿线交通状况及路况良好,适于商砼运输。罐车到达施工现场后,按照施工人员指挥,在指定施工地点停车(罐筒继续工作),准备卸放纤维混凝土。罐车司机与现场施工人员紧密配合,保证材料卸放及时、到位。商砼生产厂应根据现场施工人员的作业速度,保证生产、运送的连续性,不可出现长时间待料或无法卸料等状况。
   该环节应注重合理安排,商砼生产人员、罐车司机与现场施工人员应相互协作,保证材料从搅拌室出口到现场卸放的顺畅。
  三)现场纤维混凝土的施工
   纤维混凝土运抵至现场之前,施工人员应就路面板的浇筑做好准备工作,以加快路面施工速度,赶在混凝土初凝前完成大部分工序,做到井然有序,忙而不乱。
   模板施工首先应确保支模牢固稳定、支承位置正确,侧向模板垂直且不弯曲,砂浆密封以确保不漏浆;钢筋铺设严格按照图纸进行,绑扎结实,不得有变形松动,钢筋网应采用稳定支撑固定至面板厚下1/3处;拉杆就位、传力杆准备待安放。
   准备工作完毕,纤维混凝土运输罐车卸放材料时,施工技术人员应密切关注纤维混凝土材料质量,主要包括混凝土材料的颜色正常与否、流动和易性、是否离析、是否明显泌水、纤维分散情况等方面,可针对实际情况做相应塌落度检测(现场实测纤维混凝土的塌度度约为16cm),并取样做强度检验。
  1.浇筑
   因为纤维混凝土比普通混凝土粘稠,其施工过程往往比普通混凝土困难。浇捣时,应特别注重纤维混凝土的密实性,操作时注意以下几点:
  振捣器拔出时速度要慢,以免产生空洞;振动棒插点应均匀有序,插点间距宜为500mm左右,每点振捣时间宜为5s-15 s 左右,以砼面不再下降,表面出现浮浆为止。
  振动时应把握尺度,防止漏振和过振,以彻底捣实混凝土,,但时间不能太久,以至造成离析。不允许在模板内利用振捣器使混凝土长距离流动式运送混凝土;
  使用插入式振捣器不能达到的地方,应避免碰撞模板、钢筋及预埋件等,不得直接地通过钢筋施加振动;
  模板角落以及振捣器不能达到的地方,应辅以插钎插捣,以保证混凝土表面平滑和密实;
  混凝土捣实后24小时之间,不得受到振动;
  浇捣过程中应密切注意模板变形及漏浆,有发生现象应立即纠正;
  在纤维混凝土浇灌1—2小时后,对混凝土进行二次振捣,并对纤维混凝土表面拍打振实。收浆是纤维混凝土很关键的施工工艺。在施工过程中,应根据当时天气的冷热状况,风力大小等具体情况进行收浆,收浆过早或过晚,都有可能影响平整度或出现早期裂缝等。
  模板拆除:混凝土达到一定强度后,才能拆除模板。模板拆卸后,铲净钢模表面,涂钢模油后,再进行下次模板安装。
  2.砼路面的抹面
   吸水完成后立即用粗抹光机抹光。边角等局部抹光机打磨不到之处可用微型手动抹光器抹光,将凸出石子或不光之处抹平。此外,纤维混凝土中纤维与基体与粘结是其发挥作用的根本,所以需特别关注纤维与混凝土的结合状态,表面抹平时应尽量避免纤维在混凝土中表面的自由分散,不允许纤维部分倒插在混凝土而部分暴露在空气当中情况,影响美观及平整性。
   最后用靠尺板检查路面平整度,符合要求后用铁抹子人工抹光。最后一次抹面应在刚初凝时,并在终凝前完成,目的是将表面裂纹全部消除。
  3.压槽
   抹面完成后进行表面横向纹理处理。压槽时应掌握好砼表面的干湿度,现场检查可用手试摁,砼确定适当后,在两侧模板上搁置一根槽钢,槽钢平面朝下,凹面朝上,提供压纹机过往轨道。
  4.养护
   压槽完成后设置围档,以防人踩、车碾破坏路面。在终凝后立即用塑料薄膜覆盖养护。纤维砼浇水养护的时间不得少于14天,施工放样后,也必须立即浇水并覆盖养护。浇水次数应能保持砼始终处于湿润状态,并做好砼养护记录。浇筑砼时,按部位和浇筑日期制做与构件同条件养护的砼试块,为构件底模板拆除时间提供试验依据。
  5.砼路面的切缝
   横向缩缝切割:横向施工缝采用锯缝,缝深6cm,宽5mm。切割時必须保持有充足的注水,在进行中要观察刀片注水情况。
  6.灌缝
   在锯缝处浇灌聚氯乙烯胶泥。灌缝前应清除缝内的临时密堵材料,缝顶面高度与路面平齐。
  五、安全环保措施
  1、安全措施:
   1)运输灌车应鸣笛倒车,并有专人指挥和看车后是否有障碍物。
   2)施工中,机械设备严谨非操作人员使用。夜间施工,应有照明设备和明显的警示标志。
   3)施工中严谨所有的机械设备的机手擅离岗位,严谨用手或工具触碰正在运转的机件。
   4)施工现场必须做好交通管理工作。交通路口应设立标志,并有专人指挥。
   5)夜间施工,路口及基准线桩附近应设置警示灯或反光标志,设有专职电工管理灯光照明。
   6)施工机电设备应有专人负责保养、维修和看管,施工现场的电机、电线、电缆应尽量放置在无车辆、人、畜通行的部位,确保用电安全。
   7)使用有毒、易燃的燃料、填缝料时应按规定佩戴防护用具。
   8)所有的施工机械、电力、燃料等操作部位,严谨吸烟和有任何明火。发电机、储油桶附近应配备消防设施,确保防火安全。
   9)停工或夜间必须有专人值班保卫,严防原材料、机械、机具等失窃。
   2、环保措施:
   1)施工现场经常清理卫生,排除积水,并及时整治运输道路和停车场地,做到文明施工。
   2)施工现场附近要经常洒水防止扬尘,经常清理路上的废弃物。
   3)废弃的水泥混凝土以及机械设备修理的残渣和油污等废弃物应分类堆放或者掩埋。
   4)施工现场堆放的材料应分类、有序堆放。施工现场的钢筋、工具、机械设备等应摆放整齐。
  六、注意事项
   1、钢筋间距符合设计及规范要求。
   2、钢筋搭接倍数及焊缝长度要满足规范和设计要求。
   3、模板固定要牢固,混凝土浇注前要清理里面的杂物,且洒水湿润。
   4、混凝土的浇注要连续,控制好塌落度。
   5、混凝土的振捣要密实。
   6、固定好槽钢,防止胀模。
   7、控制好顶面高程,以及平整度。
   8、两次收浆抹面,保证混凝土顶面的密实,防止裂缝。混凝土顶面压花。
   9、混凝土终凝后及时进行施工缝的处理。
   10、土工布覆盖养生,派专人负责。
  七、施工总结
   通过力学性能对比试验,研究了短切玄武岩纤维对混凝土试件破坏模式及力学性能的影响.结果表明,短切玄武岩纤维混凝土的破坏呈明显的延性特征,玄武岩纤维显著提高了混凝土的抗弯拉强度和弯曲韧性,短切玄武岩纤维混凝土试件的弯拉强度较基体混凝土提高了61.4%,其弯曲韧性指数是基体混凝土的5.6倍;同时,玄武岩纤维延缓了混凝土抗压、抗拉强度的发展,短切玄武岩纤维混凝土试件的7天抗压、劈裂抗拉强度分别是其28天强度的78.7%、66.1%,而基体混凝土试件的7天抗压、劈裂抗拉强度分别是其28天强度的92.8%、69.8%。在混凝土中加入短切玄武岩纤维,在保留混凝土抗压强度高等优点的同时,大大增加其抗拉、耐磨和抗冲击等性能,可在混凝土工程中起到加固补强、增加韧性、延长使用寿命等作用。另外由于生产玄武岩纤维的原料取自天然的火山岩,本原料中几乎不含有对人类健康有害的成分,在如今节约资源,绿色环保,以人为本的社会,玄武岩纤维混凝土在建筑工程领域的推广也具有深远意义。
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