胡海云

（江西省赣西公路工程监理有限公司,江西 宜春 336400）

0 引言

混凝土路面滑模铺筑过程中，拌和混凝土成料由计量控制板和捣振阵控制布料，于挤压舱挤压成型，材料进入挤压舱后受到来自滑模板、边模板的内向挤压力后形成铺筑层。挤压产生的阻力主要包括：挤压舱未设挡板前张角所造成的阻挡或犁削阻力；滑模摊铺机行进过程中，滑模板与混凝土接触面间板土摩擦阻力。所以合理控制挤压舱，需要在优化控制板土接触摩擦状态与保证铺筑质量之间寻求优化配置组合。

1 摊铺机滑模挤压舱顶板前张角优化

滑模摊铺机在混凝土进入挤压舱挤压成型时，挤压舱前张角配置，能使混凝土挤压更充分，利于形成更为齐整、美观的路面形态。在优化过程中，可在滑模摊铺机的挤压舱底板设置前张角并设计成圆弧形，应用功效更好[1]。

由于挤压舱顶板前张角对摊铺作业的阻力影响比较大，所以摊铺过程中，调节前张角较为关键。按照《公路路面水泥混凝土施工规范》（JTJ.T037.1—2000）规定，摊铺路面纵坡率比较大时，应适当调节挤压舱的顶板前张角。开展基于不同张角的阻力影响试验测量，以分析把握前张角角度设置对摊铺功效的影响。试验过程中，保持挤压舱前端混凝土铺层高度不变，在此基础上对张角进行调节，并通过钢板上所预设的测力计进行阻力检测，得到的阻力测量值，即为带前张角的挤压舱的摊铺阻力。测量试验在小型滑模试验机上进行，其捣振棒位置、滑模顶板、布料厚度均能够自由控制。在0°～45°区间调节顶板前张角开展试验，比较不同配置模具弧角，角度每调节一次增加5°，所获得的混凝土摊铺阻力检测结果见图1所示。

图1 调节挤压舱顶板前张角获得的摊铺阻力曲线

曲线关系显示，无论是不是应用圆弧倒角，其阻力状态均随前张角的加大而加大，但其趋势演绎状态有所不同。圆弧倒角时，阻力显著低于垂直倒角，显示圆弧倒角配置能够有效降低滑模摊铺阻力[2]。

前张角配置低于15°时，则增速相对比较缓慢，15°～30°时，曲线中斜率比较大，显示摊铺阻力提升速度较快，高出30°配置时，阻力增速则再次开始放缓。不设前张角，摊铺阻力虽然比较小，但铺层美观度受影响，显然滑模前张角的配置应在0°～15°区间选择。

综合处理前述试验数据，得出挤压舱前张角导致的摊铺阻力Q与不高出45°的前张角度关系公式（1），其拟合R2值达到0.98，拟合度较佳。

2 滑模板与混凝土的板土摩擦影响状态分析

摊铺过程中，滑模板直接接触混凝土，在压力影响下，板土间的摩擦阻力也是摊铺阻力的构成部分。板土间的摩擦力主要集中于接触面，该接触面可认为是捣振后混凝土表面由水、细骨料、空气组成的砂浆层，在接触中砂浆层直接与模具板接触，产生吸附以及摩擦现象。

2.1 板土摩擦力的主要影响因素

下列因素影响板土摩擦力：

2.1.1 混凝土流变特性

混凝土捣振后密度较高，在毛细水压力、范德华力以及库仑力的影响下，接触面以水膜形式与滑模板接触，这种滑模接触，实质是混凝土与滑模板因接触而产生的切力与应变间的关系[3]。

2.1.2 板表面粗糙度

板表面局域存在部分凹陷或者凸起，混凝砂浆接触滑模板时，骨料细小颗粒在相对滑移中被扰动或吸附，导致表面的各种病害。粗糙度可应用粗糙度Ra指数表达，其数值取目标面最低和最高峰之间距离的算术平均差。

2.1.3 板土接触压力

库伦摩擦定律认为，接触面摩擦力与法向接触压力成正比，滑移摩擦力与滑移速度无关。水泥混凝土材料与滑模板间的滑动摩擦力多表现为黏性摩擦力。滑移过程中，速度对摩阻力存在一定程度的影响。

2.2 捣振时间对板土摩擦力影响分析

混凝土经历不同程度的捣振，其密实性和流动性则会不同，产生不同的板土摩擦力影响状态。该研究应用摩擦试验仪对不同捣振时间的混凝土开展混凝土和滑模板的板土摩擦力试验检测。基于公路常用混凝土配比等参数，接触压力取50 kPa，1组混凝土掺加液化剂，1组混凝土不掺加液化剂的试验条件，获得了不同混凝土捣振时间所形成的板土摩擦力关系曲线，具体见图2所示[4]。

图2 混凝土捣振时间的板土摩擦力关系曲线

曲线显示，捣振30～90 s时，掺进液化剂后的混凝土与滑模板间的摩擦力较小，捣振30～50 s时，混凝土液化功效随之提升，混凝土与滑模板接触范围砂浆变厚，摩阻力相对降低。超过50 s，捣振后的砂浆层更厚，甚至有可能发生泌水等病害，表层砂浆黏度加大，混凝土与滑模板间的摩擦力随之加大。

混凝土材料未掺液化剂，其摩阻力状态与掺入液化剂的相似，但是摩阻力在振动40 s时即达最低，按照该研究数据推断，当超过90 s时，两种板土间摩擦力差异并不大，这也显示了应用混凝土液化剂的价值。滑模施工过程中，根据具体施工情况选择混凝土捣振时间，但最高不应超过50 s。

2.3 粗糙度与接触压力的摩擦力影响分析

板面粗糙度对摊铺机滑膜的板土阻力影响比较大，应用摩擦试验仪对板面粗糙度和接触压力的摩擦力影响开展研究[5]。

滑模顶板在应用过程中不断变旧，其国际粗糙度Ra指数不断升高。实际工程应用过程中，对滑模装备疏于维养或者维养不得当，造成滑模板出现凹陷、起鼓、不平等现象，应用缺陷模板进行混凝土路面铺筑，必然影响铺筑质量。图3是基于Ra=1.6μ和0.3μ的不锈钢滑模板条件的模板粗糙度和接触压力的摩擦阻力影响关系曲线。

图3 模板粗糙度和接触压力的摩擦阻力影响关系

曲线显示，当接触压力加大时，挤压舱摊铺阻力随之加大。当板土接触压力低于200 kPa时，不同粗糙程度的滑模板的板土摩阻力差异并不大，伴随接触压力的加大，粗糙滑模板的板土摩擦阻力更大。

3 滑膜摊铺机振动搓平梁优化应用

3.1 搓平梁应用控制存在的问题

经过滑模挤压的混凝土基本已经挤压成型，但是其表面可能存在麻面、蜂窝等不足，影响路面的平整度。部分高级别路面设计为避免混凝土路面在应用期内发生错台现象，影响路面持久性和行车舒适度，而在胀缝区域设置传力杆。

故滑模摊铺机多在挤压舱后配置一个可以左右振荡的搓平梁，利于路面找平施工控制。搓平梁高度应与滑模板高度相配套，搓平梁前部配置一个比较小的张角，以利于搓起砂浆，并保持搓平梁在搓平层上正常摆动。施工过程中不重视搓平梁应用和控制，可能导致下述问题：

（1）搓平梁摆动频率把控不足，影响振动提浆效果。

（2）挤压舱捣振后，混凝土摊铺层虽然已经获得了相当实密的技术状态，但面层仍存在砂浆层。混凝土浆层厚度不足，造成搓平梁前方砂浆卷动不足，或造成大粒度骨料被推起，增加了推料阻力，并且搓起粗骨料会影响搓平梁平度，从而影响铺筑路面的平整度。

3.2 搓平梁摆频及深度影响的控制应用

为研究滑模摊铺机搓平梁在施工过程中的影响，该研究在挤压成型铺筑层5 cm、10 cm、15 cm、20 cm的不同深度预埋应变计，收集检测当搓平梁经过时混凝土面层的应变反应状态，以了解摊铺层不同深度的搓平反应状态。试验搓平梁摆动频率按40～90次/min控制，摆动幅度控制在2～3 cm。获得搓平梁的摆动频率及其深度影响关系曲线见图4所示。

图4 搓平梁的摆动频率及其深度影响关系

搓平梁的摆动频率及其深度影响关系曲线显示：

（1）搓平梁对5 cm以内的铺层深度扰动作用明显，扰动影响关系为深度增加则扰动功效对应降低。

（2）大于60次/min摆动频率时，对扰动作用的差异性越来越小，可见在滑模施工中，搓平梁摆动频率最大可配置为60次/min。

（3）当路面存在传力杆设计时，须适当增加搓平梁摆动频率。

（4）在铺层5 cm深度范围内，搓平梁的搓动功效影响扰动功效最为显著，所以为确保搓出砂浆卷，应保证铺层在经过挤压舱成型后仍5 cm左右的砂浆层厚度。

3.3 边角及人工收面辅助处理

人工收面补充处理方式为：混凝土由挤压仓布料成型，经搓平梁、抹平器找平后，应用3 m抹平尺抹平，边角区域则应用小抹抹平。也可应用拖装水软管、推桶等方式开展路面整平。有研究发现，拖装水软管整平的平整度IRI指数相对更好，当应用3 m抹平尺抹平时，随抹面频次的增加，平整度IRI指数加大，意味平整度在变差。

该研究尝试对抹平收面工艺进行优化处理，即在受到场地条件限制，无法应用拖装水软管整平时，仍能够最大限度获得平整路面的处理方式。应用不锈钢、蓝钢制作4.5 m抹平尺，在3个试验区段计90 m长度范围，开展一次抹面操作，与常规3 m抹平尺的收面功效开展比较。获得的平整度IRI指数均值见表1所示。

表1 不同材质和规格抹平尺的收面功效

基于不同材质和规格抹平尺的收面功效数据显示，在仅开展一次抹面的状态下，4.5 m抹平尺的收面功效更好。当抹平尺规格相同时，则蓝钢制抹平尺的收面功效更好，蓝钢制抹平尺质量更小，表面更光滑。综合前述研究，可认为当现场作业条件允许时，应首选以装水软管开展人工收面，若现场作业条件不允许，则可选择加大抹平尺规格，或选择应用表面更光滑的金属制抹平尺开展人工补充收面，以获得更好的路面平整度。

4 结语

综上，对混凝土路面滑模施工的挤压、搓平技术进行了研究。技术点包括摊铺机滑模挤压舱顶板前张角优化角度分析，滑模板与混凝土的板土摩擦影响状态分析，滑膜摊铺机振动搓平梁优化应用等。其中摊铺机滑模挤压舱顶板前张角优化角度分析中，分析了板土摩擦力的主要影响因素，捣振时间的板土摩擦力影响粗糙度与接触压力的摩擦力影响。滑膜摊铺机振动搓平梁优化应用中，分析了搓平梁应用控制存在的问题、搓平梁摆频及深度影响、边角及人工收面辅助处理等技术要点。

研究显示，摊铺机滑模挤压舱顶板前张角的配置应在0°～15°区间选择；应保证铺层在经过挤压舱成型后仍5 cm左右的砂浆层厚度；混凝土捣振时间最高不应高出50 s；应首选以装水软管开展人工收面，必须应用金属制抹平尺做辅助抹平时，应选择应用表面更光滑的金属制抹平尺，以获得更好的路面平整度。