摘 要:通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),研究分析了水灰比和纖維摻量?jī)蓚€(gè)主要因素對(duì)聚丙烯腈纖維混凝土抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律,進(jìn)而提出了聚丙烯腈纖維混凝土路面優(yōu)化的配合比設(shè)計(jì)。在優(yōu)化配合比研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了試驗(yàn)路段施工建設(shè),總結(jié)了施工程序及注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞: 道路工程 聚丙烯纖維混凝土 配合比 施工程序
中圖分類號(hào): TU5281572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 1004 - 6135 (2007) 05 - 0047 - 03
1 概 述
聚丙烯腈纖維混凝土路面是一種新型的路面結(jié)構(gòu)型式,它是在路面混凝土拌合料中摻入一定數(shù)量的聚丙烯腈纖維而形成的。已有研究表明[ 1 - 4 ] ,摻入聚丙烯腈纖維,改善了混凝土的抗壓、抗拉等基本力學(xué)性能,而且明顯提高了與混凝土韌性相關(guān)的一些性能,如抗折強(qiáng)度、疲勞壽命、抗沖擊性能和耐磨性能等。因此,它是一種具有良好發(fā)展前景的新型路面結(jié)構(gòu)型式。
作為一種新型的路面結(jié)構(gòu)型式,目前關(guān)于聚丙烯腈纖維混凝土路面配合比設(shè)計(jì)尚無(wú)成熟的設(shè)計(jì)理論。本文針對(duì)特重和重交通等級(jí)路面,按照現(xiàn)行的《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30 - 2003) [ 5 ]對(duì)混凝土路面材料的要求,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),研究這種新型路面材料優(yōu)化的配合比設(shè)計(jì);并進(jìn)行了試驗(yàn)路段施工,總結(jié)了這種新型路面的施工工藝及注意事項(xiàng),供相關(guān)工程參考借鑒。
2 室內(nèi)配合比試驗(yàn)
2. 1 試驗(yàn)材料
本試驗(yàn)采用的原材料如下:
水泥———紅獅牌P. O. 42. 5水泥;
粗集料———4. 75～26. 5mm連續(xù)級(jí)配碎卵石;
細(xì)集料———閩江河砂,細(xì)度模數(shù)為2. 68,級(jí)配良好;
水———普通自來(lái)水;
纖維———深圳海川公司路威2002 - II型聚丙烯腈纖維,長(zhǎng)度為12mm。表1為本試驗(yàn)采用的路威2002 - II型聚丙烯腈纖維材料的主要性能指標(biāo)。
2. 2 試驗(yàn)方案
本試驗(yàn)以聚丙烯腈纖維混凝土路面材料的抗折強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。已有研究表明,影響普通混凝土抗折強(qiáng)度的因素很多,但水灰比是其中最重要的影響因素之一;對(duì)聚丙烯腈纖維混凝土,纖維體積率即體積率對(duì)纖維混凝土的抗折強(qiáng)度也有很大的影響。因此,本試驗(yàn)僅考慮水灰比和纖維體積率這兩個(gè)主要因素的影響。試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法;對(duì)水灰比影響因素,根據(jù)常用的水泥混凝土路面水灰比取值范圍,取為0. 37、0. 39、0. 41和0. 43這四個(gè)水平;對(duì)纖維體積率影響因素,則綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和材料性能,取0%、0. 1%、0. 15%、0.2%這四個(gè)水平。試驗(yàn)試件設(shè)計(jì)如表2所示:
在本試驗(yàn)試件制作時(shí),根據(jù)普通水泥混凝土路面工程常用的配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),每方聚丙烯腈纖維混凝土粗集料用量取為1290kg,細(xì)集料用量取為607kg,用水量取為161kg,根據(jù)表2確定水泥用量和纖維用量。對(duì)聚丙烯腈纖維混凝土的工作性能,主要通過(guò)塌落度進(jìn)行控制。根據(jù)福建省公路路面常用的三輥軸機(jī)組施工方式, 本試驗(yàn)將塌落度控制在10 ～30mm。共制作了16組試件,每組6個(gè),試件總數(shù)為96個(gè);試件尺寸為100mm ×100mm400mm。
2. 3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
本試驗(yàn)制作的所有試件,都在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。按照現(xiàn)行的《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》( JTGE30 - 2005) [ 6 ]相關(guān)規(guī)定,分別進(jìn)行7天和28天抗折強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表3所列。
根據(jù)表3所列的試驗(yàn)結(jié)果,繪出了在纖維體積率相同的情況下抗折強(qiáng)度隨水灰比參數(shù)變化的情況,以及在水灰比相同的情況下抗折強(qiáng)度隨纖維體積率參數(shù)變化的情況,分別如圖1和圖2所示。
從表3所列的試驗(yàn)結(jié)果以及圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn):
(1)水灰比和纖維體積率是影響聚丙烯腈纖維混凝土抗折強(qiáng)度的兩個(gè)重要因素。不論是水灰比改變還是纖維體積率改變,都將大幅影響聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強(qiáng)度,而且兩者對(duì)抗折強(qiáng)度的影響是相互耦合的。
(2)相同纖維體積率下, 7天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強(qiáng)度都隨著水灰比的增大而減小,但強(qiáng)度下降速率卻不相同,其中,不摻纖維的素混凝土強(qiáng)度下降最快,而摻入聚丙烯腈纖維的混凝土強(qiáng)度下降速率則較為平緩;但是當(dāng)纖維體積率增大到0. 2%時(shí),強(qiáng)度下降速率又開(kāi)始增大。28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強(qiáng)度隨水灰比參數(shù)變化的規(guī)律與7天齡期的基本相同,但在纖維體積率為0. 2%時(shí),出現(xiàn)了水灰比為0. 43時(shí)的抗折強(qiáng)度高于水灰比為0. 41時(shí)的抗折強(qiáng)度的情況。
(3)相同水灰比下, 7天和28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強(qiáng)度隨纖維體積率的變化均表現(xiàn)出相同的規(guī)律:即均先隨纖維體積率的增大而提高;在纖維體積率達(dá)到某個(gè)數(shù)值———最佳體積率時(shí),抗折強(qiáng)度卻隨纖維體積率的增大而降低,表現(xiàn)為負(fù)增強(qiáng)效應(yīng)。本試驗(yàn)中,各種水灰比下,聚丙烯腈纖維的最佳體積率均為0. 1%。
(4)對(duì)比7天和28天齡期的聚丙烯腈纖維混凝土的抗折強(qiáng)度的關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn), 28天齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率基本上隨聚丙烯腈纖維體積率的增大而提高,例如,在水灰比為0.37、纖維體積率分別為0. 1%、0. 15%、0. 2%時(shí), 28天齡期的強(qiáng)度比7天齡期的強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了8%、16%和13%;在水灰比為0. 43、纖維體積率分別為0. 1%、0. 15%、0. 2%時(shí), 28天齡期的強(qiáng)度比7 天齡期的強(qiáng)度分別增長(zhǎng)了11%、12%和24%。
(5)根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果,綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和材料性能,建議對(duì)特重和重交通等級(jí)的公路聚丙烯腈纖維混凝土路面,采用表4所列的優(yōu)化的配合比:
3 試驗(yàn)路段施工
為了驗(yàn)證聚丙烯腈纖維混凝土路面的實(shí)際使用性能,分別在國(guó)道205線南平段和國(guó)道316線福州段進(jìn)行了試驗(yàn)路建設(shè),試驗(yàn)路長(zhǎng)度均為150m,路幅寬度均為10m。國(guó)道205線和國(guó)道316線均為重交通等級(jí)路面,設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度5. 0MPa;
設(shè)計(jì)路面面層采用24cm厚的聚丙烯腈纖維混凝土材料,路面施工采用三輥軸機(jī)組施工。
由于聚丙烯腈纖維是一種親水性的纖維材料,因此,在聚丙烯腈纖維混凝土試驗(yàn)路路面施工時(shí),其施工工藝與普通水泥混凝土路面基本相同。聚丙烯腈纖維混凝土路面的施工步驟如下:
備料和混合料配比設(shè)計(jì)→測(cè)量放樣→基層檢驗(yàn)和整修→支立模板和安設(shè)鋼筋→拌和→運(yùn)輸→攤鋪→振搗→表面整修→接縫施工→養(yǎng)生→拆?！钋犊p料。
與普通水泥混凝土路面相比,聚丙烯腈纖維混凝土路面在施工工程中需要特別注意的事項(xiàng)如下:
(1)混凝土拌和
為了便于施工,在施工前應(yīng)先按計(jì)算好的摻量,將聚丙烯晴纖維分包裝好,攪拌時(shí),直接整包加入即可,一來(lái)可以加快施工速度,同時(shí)也可以避免工地上出現(xiàn)稱量不準(zhǔn)確。施工時(shí)要準(zhǔn)確稱量其它各種原材料,水和水泥誤差不超過(guò)1% ,集料誤差不超過(guò)3%。拌和時(shí)先將纖維與砂、石、水泥等同時(shí)加入強(qiáng)制攪拌機(jī),先干拌30秒,然后加水濕拌90秒,攪拌好后采用與普通混凝土相同方式出料運(yùn)輸。圖3所示為拌和后的纖維混凝土,可以發(fā)現(xiàn)纖維均勻分布混凝土當(dāng)中。
(2)混凝土振搗與表面整修
澆筑攤鋪時(shí),適當(dāng)延長(zhǎng)20秒振搗時(shí)間,更有利于纖維的三維分布。由于摻入聚丙烯腈纖維以后形成三維網(wǎng)結(jié)構(gòu),混凝土的坍落度有所降低,振搗后與一般混凝土不同,出漿量也會(huì)相應(yīng)減少。抹平時(shí)與正常方法相同,不要為追求表面光滑而灑太多的水,也不要抹面次數(shù)過(guò)多。
(3)壓紋和接縫鋸割
在現(xiàn)場(chǎng)施工溫度及條件相同時(shí),壓紋和接縫鋸割應(yīng)比普通水泥混凝土路面滯后約半小時(shí)至1小時(shí),待纖維混凝土較硬化時(shí)進(jìn)行,以避免鋸割時(shí)帶出纖維。
4 結(jié)論
通過(guò)對(duì)聚丙烯晴纖維混凝土路面復(fù)合材料配合比室內(nèi)試
驗(yàn)以及試驗(yàn)路段建設(shè),本文得到了以下一些主要結(jié)論:(1)對(duì)聚丙烯腈纖維混凝土路面,水灰比和纖維體積率是影響其抗折強(qiáng)度的兩個(gè)重要因素,而且兩者對(duì)抗折強(qiáng)度的影響是相互耦合的。
(2)對(duì)聚丙烯腈纖維混凝土,存在一個(gè)最佳纖維體積率。
在實(shí)際路面工程應(yīng)用時(shí),應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試配,以確定最佳纖維體積率。
(3)聚丙烯腈纖維混凝土路面的施工與普通水泥混凝土路面施工基本相同,不需要特殊的設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 陳拴發(fā). 聚丙烯纖維混凝土彎曲疲勞性能. 西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 21 (2) : 18～20
[ 2 ] 鄧宗才,何唯平,孫成棟. 聚丙烯腈纖維增強(qiáng)水泥混凝土的抗彎性能. 公路, 2004, 2: 129～134
[ 3 ] 王成啟,吳科如. 不同彈性模量的纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的影響. 混凝土與水泥制品, 2002, 3: 36～37
[ 4 ] 耿飛,錢(qián)春香,王瑞興. 南京地鐵用模筑聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究. 混凝土與水泥制品, 2003, 2: 37～39
[ 5 ] JTG F30 - 2003. 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范. 北京:人民交通出版社, 2003
[ 6 ] JTG E30 - 2005. 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程. 北京:人民交通出版社, 2005
