懸輥工藝圓管涵干硬性混凝土的應(yīng)用研究

李峰

摘要：懸輥工藝生產(chǎn)混凝土圓管涵具有成型速度快、成品合格率高、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合干硬性混凝土的水膠比小、水泥用量少、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，能有效提高生產(chǎn)效率和節(jié)約成本。文章以滁定高速公路預(yù)制標(biāo)為例，對(duì)干硬性混凝土在懸輥工藝上的應(yīng)用進(jìn)行研究。

Abstract： Roller suspension process for the production of concrete pipe culvert has fast forming speed， high qualified rate， safety， environmental protection and other advantages. Combined with dry concrete water cement ratio， cement consumption， high strength characteristics， it can effectively improve the production efficiency and save the cost. In this paper， the application of dry-hard concrete in the suspension roller process is studied with the example of prefabrication standard of Chu-Ding expressway.

關(guān)鍵詞：懸輥工藝；干硬性混凝土；配合比；圓管涵

Key words： suspension roll process；dry-hard concrete；mix proportion；pipe culvert

中圖分類號(hào)：TU528.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0137-02

0 引言

滁州至淮南高速公路滁州至定遠(yuǎn)段是安徽省規(guī)劃的“四縱八橫”高速公路網(wǎng)的“橫四”—S12滁州至新蔡高速公路的一段，是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)規(guī)劃的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。滁州至定遠(yuǎn)段小型結(jié)構(gòu)物集中預(yù)制01標(biāo)，全線共長(zhǎng)62公里，包括鋼筋混凝土圓管涵134道，裝配式管涵、通道46道，裝配式箱涵、通道118道。其中圓管涵共計(jì)4184節(jié)，管徑為1m和1.5m的平口管。

鋼筋混凝土圓管涵主要有離心、懸輥、立式震動(dòng)、芯模振動(dòng)、立式擠壓等成型方法[1]，其中懸輥、芯模振動(dòng)、立式擠壓工藝采用干硬性混凝土，本項(xiàng)目采用懸輥工藝成型，結(jié)合蒸汽養(yǎng)生，大幅度提高生產(chǎn)效率。

1 懸輥工藝成型圓管涵原理

利用懸輥機(jī)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，輥軸與套在懸輥上的鋼模在摩擦力的作用下一起轉(zhuǎn)動(dòng)，再利用鋼模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力，使投入鋼模內(nèi)的混凝土拌合物均勻的附著在鋼模的內(nèi)壁上，隨著投料量的增加，混凝土管壁逐漸增厚，當(dāng)該厚度超過(guò)模口時(shí)，?？诒汶x開(kāi)懸輥，此時(shí)管內(nèi)壁混凝土與旋轉(zhuǎn)的懸輥直接接觸，鋼模依靠懸輥與混凝土之間的摩擦力繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)懸輥又對(duì)管內(nèi)壁混凝土反復(fù)輥壓，隨著混凝土厚度增加，懸輥對(duì)混凝土管壁的壓力也越大，因而促使混凝土能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求的密實(shí)度，并能獲得光潔的內(nèi)表面[4]。懸輥工藝成型的方法主要是在輥壓力的作用下使混凝土密實(shí)成型。

懸輥制管采用干硬性混凝土，混合料受到離心力作用而使其粘附在管模內(nèi)壁，以完成布料，其中管模轉(zhuǎn)速以混凝土能克服自重坍落而沿模壁均勻布料為宜。然而即使工藝上不出現(xiàn)差錯(cuò)，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)內(nèi)壁塌料、外壁出現(xiàn)與管模脫離的質(zhì)量問(wèn)題，特別是在溫度較低的環(huán)境下生產(chǎn)，隨著管徑的增大，由圓弧產(chǎn)生的自拱作用減小，或壁厚增大，涵管上部混凝土所受重力加大，以及吊運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生震動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)壁塌落、外壁脫離模體的現(xiàn)象。

2 干硬性混凝土特征及力學(xué)性能試驗(yàn)

2.1 干硬性混凝土特征

干硬性混凝土是指拌合物坍落度小于10mm且須用維勃稠度表示其稠度的混凝土[2]。混凝土稠度有兩種表示方法，坍落度與坍落擴(kuò)展度法（mm）和維勃稠度法（s）[3]。用維勃稠度可以合理表示坍落度很小甚至為零的混凝土拌合物稠度，維勃稠度等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

本項(xiàng)目采用懸輥工藝預(yù)制圓管涵，為保證構(gòu)件成型，混凝土采用V0級(jí)特干硬性混凝土。

2.2 干硬性混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

懸輥工藝干硬性混凝土試塊的成型與塑性混凝土截然不同，塑性混凝土的試塊成型方法在干硬性混凝土上無(wú)法應(yīng)用，而干硬性混凝土的力學(xué)性能檢測(cè)方法應(yīng)與塑性混凝土相同才具有可比性，也才能更接近真值。

在制作干硬性混凝土試件時(shí)，有的施工單位在制作強(qiáng)度試件時(shí)將干硬性混凝土多加水，半和成了普通混凝土，然后按普通混凝土在振實(shí)臺(tái)上成型[5]，這樣不僅改變了原混凝土的水膠比，而且該試件根本無(wú)法真實(shí)反映出結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度。本項(xiàng)目按GB/T 11837-2009《混凝土管用混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》中干硬性混凝土拌合物可采用加壓振動(dòng)的方法制作試件[6]，而加壓的荷載卻沒(méi)有明確的規(guī)定，根據(jù)懸輥工藝的特點(diǎn)，與碾壓混凝土較相似，所以參考DL/T 5433-2009《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》制作壓重塊及承壓板：承壓板形狀與試件表面形狀一致，尺寸略小于試件表面尺寸。根據(jù)不同試模尺寸，壓重塊和承壓板總質(zhì)量按混凝土試件表面壓強(qiáng)4.9kPa確定[7]，試件尺寸按150*150*150，經(jīng)計(jì)算，壓重塊與承壓板的總質(zhì)量約為11kg。經(jīng)試驗(yàn)，加壓振動(dòng)后的試塊脫模后表面光潔，密實(shí)情況良好。

3 干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料選用

水泥、粗、細(xì)集料等原材皆從周邊取材，各項(xiàng)指標(biāo)均符合現(xiàn)行國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

水泥為安徽省滁州中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的中聯(lián)牌P.O42.5級(jí)水泥，該水泥各項(xiàng)參數(shù)符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》的要求。粗集料采用安徽省和縣綽廟中正石灰?guī)r有限公司生產(chǎn)的機(jī)軋碎石，粒徑選用5-25mm連續(xù)級(jí)配，細(xì)集料采用全椒四通建材有限公司生產(chǎn)的河沙，細(xì)度模數(shù)2.74，粗集料各項(xiàng)參數(shù)均符合JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》Ⅱ類技術(shù)要求，細(xì)集料符合Ⅱ區(qū)中砂的技術(shù)要求。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

由于干硬性混凝土用水量較少，結(jié)合懸輥工藝的特殊性，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)本項(xiàng)目配合比設(shè)計(jì)時(shí)未摻入其他膠材及外加劑，經(jīng)過(guò)反復(fù)試配驗(yàn)證，最終配合比確定C30干硬性混凝土配合比為水：水泥：砂：碎石=0.43：1：2.21：3.46。每立方米混凝土材料用量為水145kg、水泥340kg、砂753kg、碎石1177kg，水膠比為0.43，設(shè)計(jì)維勃稠度25s～35s，實(shí)測(cè)維勃稠度26s，28d抗壓強(qiáng)度44.9MPa。從施工的實(shí)際情況看，能較好的適應(yīng)懸輥工藝，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足要求。

4 干硬性混凝土質(zhì)量控制

4.1 原材料控制

嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)是保障干硬性混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵所在，現(xiàn)場(chǎng)使用原材料與室內(nèi)試驗(yàn)的原材料必須相符合，對(duì)水泥、集料按規(guī)范頻率進(jìn)行抽檢，保證原材料符合技術(shù)規(guī)范要求。施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)氣溫情況隨時(shí)抽檢粗、細(xì)集料含水率，及時(shí)調(diào)整配合比各組成材料單位用量，根據(jù)細(xì)集料細(xì)度模數(shù)情況合理調(diào)整砂率，確定施工配合比。

4.2 混凝土攪拌

圓管涵用的干硬性混凝土因用水量較少，又不摻外加劑，攪拌時(shí)不易分散均勻，所以混凝土攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，且攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，一般為120s-150s，拌和時(shí)配料計(jì)量要準(zhǔn)確，粗、細(xì)集料允許誤差不超過(guò)±2%，水及水泥允許誤差不超過(guò)±1%，力求準(zhǔn)確控制水膠比，避免混合料太干造成涵管表面出現(xiàn)砂眼、蜂窩等，太稀則不易成型[8]，造成內(nèi)壁剝落、坍塌等質(zhì)量問(wèn)題。

4.3 混凝土運(yùn)輸及喂料

混凝土攪拌站架設(shè)在懸輥制管機(jī)旁，從拌合站到懸滾機(jī)采用15m接長(zhǎng)皮帶運(yùn)輸機(jī)連接，將干硬性混凝土直接運(yùn)輸?shù)綉覞L機(jī)里面進(jìn)行布料，為減少混凝土在傳送過(guò)程中水分的損失及雨天施工，在皮帶運(yùn)輸機(jī)上增設(shè)防雨遮陽(yáng)棚，保證混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。

混凝土入模喂料采用喂料機(jī)喂料，先兩頭后中間均勻連續(xù)喂入混凝土，避免形成分層。喂料量以控制壓實(shí)后混凝土高于擋圈3-5mm為準(zhǔn)，過(guò)量易造成管模在懸輥上跳動(dòng)，欠量則使輥壓不密實(shí)而影響混凝土的強(qiáng)度。

4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

本項(xiàng)目采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)可分靜停、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段，靜停時(shí)間一般為2-6個(gè)小時(shí)，目的是為了使混凝土漿體具有一定的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不會(huì)因溫度急劇變化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞。恒溫溫度一般在70±5℃。

5 結(jié)束語(yǔ)

懸輥工藝生產(chǎn)混凝土圓管涵因其生產(chǎn)效率高、成品合格率高而被廣泛應(yīng)用，但適應(yīng)懸輥工藝的特干硬性混凝土的配合比設(shè)計(jì)在現(xiàn)行規(guī)范中還沒(méi)有給出明確的規(guī)定，還需要進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證和總結(jié)。文中采用的干硬性混凝土抗壓強(qiáng)度試件成型方法與施工現(xiàn)場(chǎng)涵管預(yù)制的懸輥成型雖有相似但還有一定差異，若能測(cè)得不同轉(zhuǎn)速、不同管徑的管涵預(yù)制時(shí)懸輥對(duì)混凝土的輥壓力，再換算成試塊成型時(shí)的壓重塊質(zhì)量，則試塊成型后的抗壓強(qiáng)度將更加貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

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