摘要:介绍以第一传荷状态临界荷载与对应弯沉为指标的脱空评定模型与评定方法, 探讨脱空抢修对灌浆材料的要求, 提出了最适宜浆体材料的配合比。
关键词:水泥混凝土道面 脱空评定 灌浆材料 配合比
1 引言
由于飞机起落冲击荷载的反复作用或者温度变化引起混凝土道面板的翘曲等原因, 机场混凝土道面板基层顶面易产生塑性变形累积而与混凝土面板脱空。从而使混凝土道面板在重载作用下易产生断裂破损,对飞行训练和战斗保障产生巨大威胁。因此, 对机场混凝土道面板板底脱空的状况评定与抢修问题的研究日益迫切。
2 板底脱空状况评定
混凝土道面板板底脱空的评定方法以重复荷载作用下水泥混凝土道面接缝工作特性为出发点, 利用重复荷载作用下接缝传荷系统工作规律, 以第一传荷状态临界荷载与对应弯沉为指标进行评定, 使评定工作在单板系统基础上进行, 排除了接缝传荷状况不确定的影响。一般按以下步骤评定。
(1) 首先对混凝土道面进行外观检查, 一般缝边唧泥、错台, 有可能是地基脱空所致, 应作为脱空检测重点。
(2) 进行板中FWD弯沉测定, 评定出地基反应模量与板中地基回弹模量, 然后计算缝边加载下地基回弹模量, 测定时间应选在下午, 以保证无脱空存在时板角与板边的均匀支撑。
(3) 进行板角及缝边板中处FWD 多级荷载下弯沉测定, 并绘制荷载—弯沉曲线(中心板与边板) ,寻找曲线上第一个转折点以获得第一传荷状态临界荷载PL1及其对应弯沉WL1。测定时间应选在下午。
(4) 用有限元计算在第一传荷状态临界荷载作用下, 缝边或板角在不同脱空状态下的弯沉值, 绘制脱空—弯沉(Void - W ) 关系曲线。
(5) 根据Void - W 曲线, 与临界荷载对应弯沉WL1相对应的脱空量即为该板体地基脱空范围。
3 灌浆材料要求及配制设计[ 1 ]～[ 5 ]
3.1 灌浆材料基本要求
混凝土道面脱空板的灌浆处治是利用压力泵的压力推动, 将拌和好的板底脱空材料沿管壁、压头挤压进入板底, 经硬化后形成结构致密、水稳定性良好、与混凝土板底密贴的薄层结构。所以, 从使用品质和施工工艺上讲, 灌浆加固应该以易流动、高强度、无离析泌水、无收缩四条基本特性来选择原材料。
(1) 水泥。为提高硬化浆体的强度, 特别是早强强度, 选用525号硅酸盐水泥。
(2) 砂。砂的作用在于提高浆体强度, 减少浆体收缩, 降低水泥用量。大粒径的砂粒易产生离析泌水, 为此应选用特细砂, 细度模数为1.21, 最大粒径小于0.6 mm, 含泥量小于1 %。
(3) 粉煤灰。为了减少水泥用量, 改善浆体的流动性, 选用干排二级粉煤灰。
(4) 早强剂。为了促进浆体早期强度迅速形成,添加了适量的元明粉(主要成分为无水Na2 SO4 ) 。
(5) 减水剂。为了增加浆体的流动性与和易性,采用XP2E∧型高效减水剂。
(6) 膨胀剂。加入膨胀剂是为了减少并抵消浆体的收缩, 甚至可以在浆体中产生微膨胀。以提高硬化浆体与水泥混凝土板和基层的粘结。常用UEA 型膨胀剂。
(7) 水。采用自来水。
3.2 灌浆材料配制设计
(1) 确定水用量。试验发现, 取单位体积用水量为395 g/L, 相应的坍落直径为30 cm。此时浆体具有非常好的触变性, 即在受力或搅拌时, 呈现非常好的流动性。当静置下来时, 浆体又呈粘稠的絮凝结构。
(2) 确定砂用量。试验结果表明, 水泥与砂子的用量之比, 在一定范围内对浆体的流动性没有明显影响。当砂子与水泥用量之比大于0.3 时, 浆体的流动性不受砂用量的影响, 这与固定加水量定则是一致的。当砂子与水泥用量之比小于0.3 时, 由于水泥用量过大, 水灰比过小, 浆体流动性明显下降。当砂子与水泥用量之比大于0.6 时, 静置一段时间后, 会发生明显的离析泌水现象。为了保证浆体的早期强度,以利于及早通车, 同时也为了避免出现离析泌水现象, 确定砂子与水泥用量之比为45: 100。
(3) 确定粉煤灰用量。粉煤灰的加入可以减少水泥用量, 降低成本, 同时也可以改善浆体的和易性和收缩性能, 有利于增大长期强度。粉煤灰在粉煤灰与水泥总量中所占的比例每增加5 % , 单位体积用水量增加1 % , 就可保证浆体的流动性基本保持不变。综合考虑各种因素, 确定粉煤灰与水泥的比例为50:100 左右。
(4) 确定浆体配合比。为了进一步降低硬化浆体的收缩性能, 提高浆体的密实度, 在浆体中加入水泥用量10 %的U EA 膨胀剂。浆体中加入U EA 膨胀剂后, 可以与水泥中的C3A 水化产物形成钙矾石, 使体积膨胀, 填充空隙, 增大浆体的密度, 提高硬化浆体层与周围环境的粘结效果。通过以上各种试验, 并考虑到施工控制等因素, 最终确定浆体的配合比如表1。
根据道面等级、脱空情况、施工机械、工程要求及原材料性能的不同, 可以相应调整表中的配合比,浆体的性能也随之发生变化, 以适应不同工程的需要。对表1配合比浆体的测试强度结果见表2。
从表2可以看出, 浆体强度提高很快, 12 h的抗压强度已超过了公路路基施工技术规范对高等级公路水泥稳定土基层材料7 d的无侧限抗压强度的要求,24 h时抗折、抗压强度都已超过28 d强度的50 % ,表明该浆体具有很好的早强、高强效果, 灌浆后12 h就可以满足一般通车的要求。如傍晚施工, 经一夜养生后, 次日道面板(道路) 就可正常通行, 从而减少了对机场交通的影响。
4 结论
(1) 以第一传荷状态临界荷载与对应弯沉为指标的脱空评定方法, 利用落锤式弯沉仪( FWD) 对机场混凝土道面板底脱空进行快速评定, 是简便可行的。
(2) 灌浆材料的早强、高强、大流动、微膨胀等性能是脱空状态快速抢修对灌浆材料的基本要求,它决定着材料的选择及浆体的配合比。
参考文献:
[ 1 ] 唐伯明. 路面结构状况的评价与分析[D ]. 南京: 东南大学交通学院, 1990.
[ 2 ] 王孟钟, 黄应昌. 胶粘剂应用手册. 化学工业出版社, 1987.
[ 3 ] 张宁等. 水泥混凝土路面脱空评定系统[ J ]. 华东公路, 1997, (6) :32 – 35.
[ 4 ] 张风程, 应荣华, 张起森. 用FWD 进行板底地基脱空状况的评定[J]. 公路与汽运, 2002, (2) : 22 - 24.
[ 5 ] 公路工程水泥混凝土试验规程(JTJ053 - 1994) [ S].
