CN102094376B

CN102094376B - 预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装方法

Info

Publication number: CN102094376B
Application number: CN2010105975495A
Authority: CN
Inventors: 钱吮智; 薛彦卿
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102094376A

Abstract

本发明提供了预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装方法，包含如下步骤：步骤1：预制ECC构件，长度为100~200m，宽度为3～4m，厚度为1~5cm，步骤2：将滚筒（1）架设在支架（4）上，将滚筒（1）的中轴与电机（3）连接，共同构成卷曲装置，步骤3：将预制ECC构件一端抬起，搭接在卷曲装置的滚筒（1）上，在ECC接近抬起的一段长度内，于其上架设若干横跨ECC宽度的防滑毛刷板（2），步骤4：开动电机（3），通过滚筒（1）的中轴顺时针带动滚筒（1）转动，进而卷曲ECC构件，步骤5：将缠绕ECC构件的滚筒（1）运输至道路施工现场，将滚轮两侧边缘对准行车道方向，反方向推动滚轮，逐渐释放ECC构件，铺装在基层或面层上方，直至铺装完毕。

Description

预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装方法

技术领域

本发明属于水泥混凝土路面(桥面)施工技术领域，具体涉及预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装设备与技术。

背景技术

水泥混凝土作为建筑材料，其性能已经有了一定程度的改善，但应用于基础设施建设时仍有不足之处，主要存在以下3方面的问题：极端作用荷载下的脆性破坏；正常工作荷载下的疲劳破坏；钢筋混凝土结构的可持续性问题。高延性纤维增强水泥基复合材料(engineeredcementitious composite，缩写ECC)是经系统设计、在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。ECC采用基于微观力学的材料设计方法，聚乙烯醇纤维(PVA)体积掺量仅为2％的ECC，其单轴拉伸荷载下最大拉应变大于3％。在增强结构的安全性、耐久性及可持续性方面，ECC具有很大的优势。

众所周知，在道路工程领域，对于水泥混凝土路面而言，其板底脱空是一种十分常见的病害。脱空特指路面板与其下支承体系间产生空隙，属结构性损坏。脱空对面层板受力极其不利，尤其是板边、板角等部位，荷载作用下的受力状态近乎于悬臂梁，过大的应力、应变及竖向变形极易导致路面板断裂、破碎。如果在新建水泥混凝土路面面层与基层间增加一薄层ECC材料功能层，一方面可利用ECC材料的抗渗性阻止水分入侵地基，另一方面也可以保护抗冲刷性能欠佳的半刚性基层无机结合料免受冲刷，避免唧泥型脱空的产生。

对于新建水泥混凝土路面或沥青路面(桥面)，亦可将ECC材料直接加铺于其路面(桥面)表面，以预防水分进入路面(桥面)，同时改善行车环境，消除混凝土路面或沥青路面(桥面)表面的常见病害。此外，对于已经建成一段时间的水泥混凝土路面或沥青路面(桥面)，亦可加铺ECC材料作为一种预防性养护措施，改善路面(桥面)使用性能，延长路面(桥面)服务寿命。

关于水泥混凝土路面(桥面)铺筑技术，常见的有滑模机械铺筑、三辊轴机组铺筑、轨道摊铺机铺筑以及小型机具铺筑等，却不能很好地适应ECC材料的铺筑。将ECC材料用作水泥混凝土路面(桥面)面层与基层间的功能层、加铺路面(桥面)表面层还鲜见相关工程案例，尤其是其施工(铺装)设备、工艺缺乏有效的方案。一个好的铺装工艺应满足：质量控制、开放交通快捷、操作简易、低能耗、低噪音，预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装设备与技术将实现上述要求。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是发明一种设备，可以将预制的ECC构件卷曲，再将卷曲的预制ECC构件铺装到路面(桥面)上。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

步骤1：预制ECC构件，长度为100～200m，宽度为3～4m(根据车道宽度调整)，厚度为1～5cm。

步骤2：将滚筒架设在支架上，将滚筒的中轴与电机连接，共同构成卷曲装置。

步骤3：将预制ECC构件一端抬起，搭接在卷曲装置的滚筒上，在ECC接近抬起的一段长度内，于其上架设若干横跨ECC宽度的防滑毛刷板。

步骤4：开动电机，通过滚筒的中轴顺时针带动滚筒转动，进而卷曲ECC构件(第一圈时需要人工从旁协助以防ECC构件从滚筒掉落)。

步骤5：将缠绕ECC构件的滚筒运输至道路施工现场，将滚轮两侧边缘对准行车道方向，反方向推动滚轮，逐渐释放ECC构件，铺装在基层或面层上方，直至铺装完毕。

有益效果：首先，通过预制ECC构件，避免了现场材料制备、施工环节的一系列麻烦，预制工程构件也是今后土建行业的一个趋势。其次，将预制ECC构件卷曲，大大节约了空间，节省了场地费，更为经济。第三，现场通过推动滚筒释放ECC构件铺装路面(桥面)，操作简易，人工即可操作，低能耗，基本无噪音。第四，由于构件预制，避免了以往施工水泥混凝土需要养生所需的时间，大大缩短了施工时间，开放交通较为迅速，克服了水泥路面开放交通较迟的缺点。第五，由于构件预制，能够极好地保障工程质量。

附图说明

图1为本发明提供的预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装设备二维示意图；

图2为本发明提供的防滑毛刷板三维示意图。

以上的图中有：滚筒1；防滑毛刷板2；电机3；支架4。

具体实施方式

在ECC构件的准备上：

①预制ECC构件，长度为100～200m，宽度为3～4m(根据车道宽度调整)，厚度为1～5cm。

②ECC材料的组成成分：水泥，粉煤灰，石英砂，水，减水剂，聚乙烯醇纤维(PVA)。

③ECC材料的配合比设计，各组分之间的质量之比水泥∶粉煤灰∶石英砂∶水∶减水剂为1∶1.2∶0.8∶0.2∶0.013，PVA纤维的含量为总体积的2％。其中为了减少水泥用量以降低造价，可以增加粉煤灰含量以代替部分水泥，其中粉煤灰与水泥的质量之比可达到5.6，同时随着粉煤灰用量的增加，ECC材料的延性会随之增加，从而将更有利于预制ECC构件的卷曲。

该工艺的操作应满足如下条件：

1、准备工作：

①滚筒的轴心应当于两侧突出，突出部位的长度可控制在0.2m，突出部位的直径可控制在0.15～0.2m，以便在卷曲ECC构件之前将滚筒架设在支架上。

②支架的悬臂应预留直径与滚筒轴心突出部位一致的圆孔，确保滚筒架设。

③卷曲ECC构件的第一圈时，电机速度要慢，保证ECC卷曲与受拉协调，且务必需要人工从旁协助，以防ECC构件从滚筒掉落、打滑。第一圈绕完后，电机的转速可适当增快，但亦须防止打滑。

④现场铺装时，尽可能在滚筒两侧设置防止滚筒偏离行车方向的设施(如钢轨)，如果没有合适的设施，亦可用石灰在其前进方向画线，确保滚筒沿直线前进。

2、计算

滚筒的长度(即预制ECC构件的宽度)定为4m，也可根据车道宽度做适当调整。

滚筒的半径是整个卷曲装置的核心，计算方法如下：

①卷曲后最内圈ECC构件的曲率半径最小，曲率最大，因而拉伸应变也最大。所以，滚筒的半径必须满足最内圈ECC构件的拉伸。

②设滚筒半径为R，ECC构件厚度为d，假设ECC材料已经达到最大拉应变(控制在范围0.5～5％)。根据ECC材料试验，通常情况下，受拉面至中性轴的距离约为0.9d。

③根据上述条件，结合应变的基本定义，有：

ϵ = \frac{2 π (R + d) - 2 π (R + 0.1 d)}{2 π (R + 0.1 d)} \leq ϵ_{0}

式中：ECC构件的弯拉应变；

ε₀——控制弯拉应变。

故

对于厚度一定的ECC构件，滚筒的最小半径随控制弯拉应变的增加而单调减小。由于控制弯拉应变在0.5～5％，可得：当ε₀＝0.5％时，R≥179.9d；当ε₀＝5％时，R≥17.9d，即R_min＝17.9d～179.9d。

④对应于厚度为1～5cm的ECC构件：

厚度d＝1cm时，滚筒的最小半径R＝17.9～179.9cm，故直径D可取0.4～3.6m；厚度d＝2cm时，滚筒的最小半径R＝35.8～359.8cm，故直径D可取0.8～7.2m；厚度d＝3cm时，滚筒的最小半径R＝53.7～539.7cm，故直径D可取1.1～10.8m；厚度d＝4cm时，滚筒的最小半径R＝71.6～719.6cm，故直径D可取1.5～14.4m；厚度d＝5cm时，滚筒的最小半径R＝89.5～899.5cm，故直径D可取1.8～18.0m。

对于各厚度一定的ECC构件，之所以滚筒直径D的取值是一个范围，是因为考虑了ECC材料从0.5～5％的控制弯拉应变范围，以期能满足不同用户的需求。滚筒直径的精度均为保留至小数点后一位。

Claims

1.一种预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装方法，其特征在于将预制的ECC构件卷曲，再将卷曲的预制ECC构件铺装到路面上，操作时包括如下步骤：

步骤1：预制ECC构件，长度为100~200m，宽度为3～4m，厚度为1~5cm；

步骤2：将滚筒（1）架设在支架（4）上，将滚筒（1）的中轴与电机（3）连接，共同构成卷曲装置；

步骤3：将预制ECC构件一端抬起，搭接在卷曲装置的滚筒（1）上，在ECC接近抬起的一段长度内，于其上架设若干横跨ECC宽度的防滑毛刷板（2）；

步骤4：开动电机（3），通过滚筒（1）的中轴顺时针带动滚筒（1）转动，进而卷曲ECC构件；

步骤5：将缠绕ECC构件的滚筒（1）运输至道路施工现场，将滚轮两侧边缘对准行车道方向，反方向推动滚轮，逐渐释放ECC构件，铺装在基层或面层上方，直至铺装完毕。

2. 根据权利要求1所述的预制可卷曲高延性水泥基复合材料铺装方法，其特征在于滚筒的长度即预制ECC构件的宽度定为4m，或根据车道宽度做适当调整，ECC构件厚度d = 1cm时，滚筒的直径D取0.4~3.6m；ECC构件厚度d = 2cm时，滚筒的直径D取0.8~7.2m；ECC构件厚度d = 3cm时，滚筒的直径D取1.1~10.8m；ECC构件厚度d = 4cm时，滚筒的直径D取1.5~14.4m；ECC构件厚度d = 5cm时，滚筒的直径D取1.8~18.0m。