一种UHPC空心路缘石及其施工方法

一种uhpc空心路缘石及其施工方法
技术领域
1.本发明涉及一种uhpc空心路缘石及其施工方法，属于路缘石施工技术领域。


背景技术：

2.根据生产材料的差异，路缘石可分为两种：一种是岩石类路缘石，另一种是普通混凝土类路缘石。岩石类路缘石力学性能好、耐腐蚀，但造价高，很难在公路上大规模应用。普通混凝土类路缘石造价比岩石类路缘石低，但其抵御自然气候条件连续冻融破坏和除雪剂所造成的腐蚀破坏能力较差，在正常使用过程中易出现表面疏松、脱皮、缺棱、掉角等病害，这些病害在我国北方地区更为严重，尤其是在寒冷地区路面撒除冰盐时，盐冻作用会加速混凝土的表面脱落，引发一系列病害。
3.研究表明，普通混凝土在盐溶液中单面冻融时的剥离量是在普通水中全浸冻融剥离量的14倍。当普通混凝土路缘石出现以上病害时，如果不加以维修养护，轻则缩短路缘石使用寿命，重则导致交通事故以及人财损失。然而，路缘石的维修往往会对交通造成严重不便，维修成本以及交通不便造成的经济损失难以预料。不仅如此，目前大多数路缘石都是实心结构，自重较大，运输及施工难度大。针对上述普通混凝土类路缘石存在的耐久性差、服役寿命短、维修成本高等问题，目前亟需一种性能优良、耐久性好的材料替代普通混凝土制备耐久型路缘石，以延长路缘石的服役寿命，降低其全寿命周期成本。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种uhpc空心路缘石及其施工方法，将力学性能优良、耐久性高的uhpc材料预制成路缘石，且采用空心截面以减小uhpc的用量，本发明路缘石结构形成一个整体，能够加强路缘石之间的连接效果，减小横向位移，增强空心路缘石的整体性能。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种uhpc空心路缘石，包括预制的uhpc空心结构和预制的砂浆底座，uhpc空心结构和砂浆底座之间通过粘连材料连接固定；
7.所述uhpc空心结构采用超高性能混凝土材料，由水泥、矿粉、硅灰、聚乙烯醇纤维、水、高效减水剂和尾矿砂组成，该材料具有密实度高，力学性能好，耐久性高的特性，uhpc空心结构整体呈倒u型结构，砂浆底座为双凹槽型结构，全高为75mm，全宽为300mm，预制长度为500mm，双槽呈对称型分布，uhpc空心结构卡设在双凹槽型结构内。粘连材料是施工时现场浇筑于uhpc空心结构与砂浆底座中间空隙的，而uhpc空心结构和砂浆底座是施工前由工厂预制的。
8.超高性能混凝土(uhpc)是一种基于颗粒紧密堆积理论和混杂纤维增强增韧机理的新型胶凝复合材料，其采用钢纤维作为主要增强纤维，与传统混凝土相比，它具有优异的力学性能和耐久性。其抗压强度可高达200mpa。同时，由于其低水胶比、微裂纹效应和自修复能力，uhpc也表现出优异的耐久性。本发明基于uhpc优异的力学性能和耐久性，选择uhpc
代替普通混凝土用于制作路缘石，可以延长路缘石的服役性能，大大降低其全寿命周期成本。在此基础上，本发明设计了一种空心的路缘石结构，采取合理的路缘石厚度，以保证路缘石承载能力满足规范要求，同时可以减少材料用量，降低路缘石自重，从而降低运输难度及施工成本。
9.优选的，所述砂浆底座采用m20等级尾矿砂浆预制而成；
10.所述粘连材料为水灰比为0.5的水泥净浆，质量配合比为水泥：水＝1：0.5。
11.优选的，所述砂浆底座上的双凹槽的深度和宽度均为25mm，开槽边缘距离砂浆底座外边缘50mm。
12.优选的，uhpc空心结构中，水泥、矿粉、硅灰、纤维、水、高效减水剂和尾矿砂的质量比为1：0.56：0.19：0.02：0.29：0.06：1，其中纤维为产自日本可乐丽公司的pva纤维，尾矿砂为80-130目。
13.由于空心路缘石壁厚较小，往模具浇筑预制时对混合料的工作性能要求较高，上述配合比中水胶比为0.16，减水剂种类为高效聚羧酸减水剂，减水率为30％左右，混合料流动性较好，工作性能满足施工的要求。
14.为了满足路缘石空心结构的承载要求，本发明中uhpc的抗压强度为80-120mpa，抗折强度为20-25mpa，当空心路缘石壁厚为15-25mm，长度为750mm时，uhpc空心路缘石承载能力达到普通混凝土(抗压强度为30mpa，抗折强度为3.5mpa)实心路缘石承载能力的2.5-4倍，不仅提高了路缘石的承载能力，还能节省制备原料，降低路缘石自重，降低运输难度及施工成本。
15.基于uhpc紧密堆积效应和微裂纹效应，利用uhpc制备路缘石，增强了路缘石的力学性能和耐久性，大大延长了路缘石服役寿命，降低全寿命周期成本；
16.本发明采用pva纤维制备uhpc，为满足uhpc空心路缘石施工要求，采用流动度达到150mm及以上的uhpc；
17.优选的，所述砂浆底座的尾矿砂浆的质量配合比为水泥：尾矿砂：水＝1：4.03：0.89。
18.本发明的uhpc空心结构和砂浆底座均用到了尾矿砂，尾矿砂为工业固废，解决了尾矿砂利用率低的问题，尾矿砂可以完全取代传统uhpc配合比中的石英砂，石英砂在uhpc体系中起填充骨架的作用，本发明的尾矿砂粒径、硬度与石英砂相似，可等量取代石英砂，降低uhpc制备成本约15％；
19.优选的，所述uhpc空心结构全高为250mm，全宽为200mm，厚度为15～25mm，优选为25mm，其内部转折处设置有倒角，倒角半径为10mm。
20.优选的，uhpc空心结构中靠近路侧的边的上半部分带有一定的倾斜角度，倾斜角度为4-6
°
，优选为5
°
，该角度的好处一是利于路缘石顶面的积水排下，二是减小车辆碰撞时产生的碰撞力，降低事故发生率；
21.优选的，uhpc空心结构预制长度为750mm。
22.本发明采用卡扣型的结构形式，加强路缘石之间的连接效果，减小横向位移，提高空心路缘石的整体性能，同时，uhpc空心结构预制长度为750mm，既能降低预制及施工成本，又能够保证路缘石的抗折性能符合《混凝土路缘石》规范的要求，综合效益最佳。
23.经验算，当uhpc抗折强度为25mpa时，承载能力均能符合规范要求，并且长度越小，
承载能力越大，然而长度越大，预制及施工难度越大，综合考虑承载能力和预制施工难度的因素，路缘石长度取为750mm为最佳。
24.优选的，所述uhpc空心结构的外部靠近路侧的转折处也设置有倒角，该倒角半径为20mm。
25.一种上述的uhpc空心路缘石的施工方法，包括以下步骤：
26.(1)批量生产uhpc空心结构和砂浆底座的模具，工厂批量预制uhpc空心结构和砂浆底座，并标准养护28天；
27.(2)在路缘石施工位置预挖150mm深的凹槽，用于埋置砂浆底座；
28.(3)沿行车方向依次铺设多个砂浆底座结构，相邻砂浆底座之间紧挨着铺设；
29.(4)将uhpc空心结构嵌入至砂浆底座结构的凹槽内，保证错缝安装，即相邻两uhpc空心结构的接缝与相邻两砂浆底座的接缝相互错开，以限制各自的横向位移；优选的，相邻两uhpc空心结构之间也紧挨着安装；
30.(5)每安装100米的路缘石，进行一次注浆，即在uhpc空心结构与砂浆底座之间注入粘连材料，注入时可将注浆管插到上部uhpc空心结构与底座间的空隙进行注浆，直至空心路缘石的空隙浆体饱满为止；
31.(6)养护7天。
32.本发明的空心路缘石的施工采用装配式实施工艺，先分部预制路缘石的上下部分，后交替装配，有效缩短施工工期，达到快速施工的目的；同时，采用注浆方式填补、粘连路缘石上下部分的间隙，提高路缘石施工质量。
33.优选的，预制uhpc空心结构和砂浆底座均需要模具，其中预制uhpc空心结构的模具包括外模和内模，两者之间采用螺丝连接，浇筑时倒立模具，先把内模取出，往外模内部浇筑，然后扣上内模，拧紧螺丝，再向四周空隙浇筑直至填满内模和外模之间的空隙。
34.本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
35.本发明的有益效果为：
36.1)本发明采用uhpc材料来制备路缘石，相比于普通混凝土，路缘石的力学性能与耐久性得到大幅度提高，进而大大提高了路缘石的服役寿命；
37.虽然uhpc材料相对于普通混凝土造价高，但是本发明的上部采用空心结构来节省材料，控制成本，同时还有降低自重的特点，减少了施工难度；本发明提高了路缘石承载性能、又延长了路缘石的使用寿命，在路缘石全寿命周期内，其经济效益是高于普通混凝土路缘石的。
38.2)本发明利用尾矿砂制备uhpc空心结构和砂浆底座，尾矿砂作为工业固废，完全取代石英砂，有效利用了工业固废的同时降低了路缘石的制备成本，与传统相比，造价更低，并且满足了模具浇筑流动性的要求。
39.3)本发明所设计的uhpc空心结构和砂浆底座之间为卡扣型的连接方式，一方面，其上下部分形成一个整体，加强了路缘石之间的连接效果，减小横向位移，增强了空心路缘石的整体性能，另一方便，便于施工，实行流水施工方式，提高施工效率。
40.4)本发明采用合理的路缘石预制长度，在保证路缘石符合抗折性能要求的前提下，降低预制及施工成本。
41.5)本发明构造简单、性能优良、施工方便，相较于普通混凝土路缘石具有更好的实
用价值，本发明采用装配式施工方法，运输方便，先分部预制路缘石的上下部分，后交替装配，有效缩短施工工期，达到快速施工的目的。
42.6)采用注浆方式填补、粘连路缘石上下部分的间隙，提高路缘石施工质量。
43.7)本发明不但可以提高路缘石的正常使用性能以及耐久性能，并且具有施工方便，经济实用的特点，可广泛应用于公路，城市道路中。
附图说明
44.图1为uhpc空心结构的结构示意图；
45.图2为砂浆底座的结构示意图；
46.图3为uhpc空心路缘石的立体结构示意图；
47.图4为uhpc空心路缘石的侧视图；
48.图5为uhpc空心路缘石的俯视图；
49.图6为uhpc空心路缘石的正视图；
50.图7为生产uhpc空心结构的模具结构示意图；
51.图中，1-uhpc空心结构，2-砂浆底座，3-粘连材料。
具体实施方式：
52.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
53.实施例1：
54.一种uhpc空心路缘石，如图1-7所示，包括预制的uhpc空心结构1和预制的砂浆底座2，uhpc空心结构和砂浆底座之间通过粘连材料3连接固定；
55.uhpc空心结构1采用超高性能混凝土材料，由水泥、矿粉、硅灰、聚乙烯醇纤维、水、高效减水剂和尾矿砂组成，该材料具有密实度高，力学性能好，耐久性高的特性，uhpc空心结构整体呈倒u型结构，uhpc空心结构全高为250mm，全宽为200mm，厚度为25mm，砂浆底座为双凹槽型结构，全高为75mm，全宽为300mm，预制长度为500mm，双槽呈对称型分布，uhpc空心结构卡设在双凹槽型结构内。粘连材料是施工时现场浇筑于uhpc空心结构与砂浆底座中间空隙的，而uhpc空心结构和砂浆底座是施工前由工厂预制的。
56.砂浆底座2采用m20等级尾矿砂浆预制而成，粘连材料3为水灰比为0.5的水泥净浆，质量配合比为水泥：水＝1：0.5。
57.超高性能混凝土(uhpc)是一种基于颗粒紧密堆积理论和混杂纤维增强增韧机理的新型胶凝复合材料，其采用钢纤维作为主要增强纤维，与传统混凝土相比，它具有优异的力学性能和耐久性。其抗压强度可高达200mpa。同时，由于其低水胶比、微裂纹效应和自修复能力，uhpc也表现出优异的耐久性。本发明基于uhpc优异的力学性能和耐久性，选择uhpc代替普通混凝土用于制作路缘石，可以延长路缘石的服役性能，大大降低其全寿命周期成本。在此基础上，本发明设计了一种空心的路缘石结构，采取合理的路缘石厚度，以保证路缘石承载能力满足规范要求，同时可以减少材料用量，降低路缘石自重，从而降低运输难度及施工成本。
58.实施例2：
59.一种uhpc空心路缘石，如实施例1所述，所不同的是，砂浆底座2上的双凹槽的深度和宽度均为25mm，开槽边缘距离砂浆底座外边缘50mm。
60.uhpc空心结构1中，水泥、矿粉、硅灰、纤维、水、高效减水剂和尾矿砂的质量比为1：0.56：0.19：0.02：0.29：0.06：1，其中纤维为产自日本可乐丽公司的pva纤维，尾矿砂为80-130目。
61.由于空心路缘石壁厚较小，往模具浇筑预制时对混合料的工作性能要求较高，上述配合比中水胶比为0.16，减水剂种类为高效聚羧酸减水剂，减水率为30％左右，混合料流动性较好，工作性能满足施工的要求。
62.本实施例中，uhpc的抗压强度为100mpa，抗折强度为20mpa，当空心路缘石壁厚为25mm，长度为750mm时，uhpc空心路缘石承载能力达到普通混凝土(抗压强度为30mpa，抗折强度为3.5mpa)实心路缘石承载能力的2.5-4倍，不仅提高了路缘石的承载能力，还能节省制备原料，降低路缘石自重，降低运输难度及施工成本。
63.基于uhpc紧密堆积效应和微裂纹效应，利用uhpc制备路缘石，增强了路缘石的力学性能和耐久性，大大延长了路缘石服役寿命，降低全寿命周期成本；
64.本发明采用pva维制备uhpc，为满足uhpc空心路缘石施工要求，采用流动度达到150mm及以上的uhpc；
65.实施例3：
66.一种uhpc空心路缘石，如实施例2所述，所不同的是，砂浆底座的尾矿砂浆的质量配合比为水泥：尾矿砂：水＝1：4.03：0.89。
67.本发明的uhpc空心结构和砂浆底座均用到了尾矿砂，尾矿砂为工业固废，解决了尾矿砂利用率低的问题，尾矿砂可以完全取代传统uhpc配合比中的石英砂，石英砂在uhpc体系中起填充骨架的作用，本发明的尾矿砂粒径、硬度与石英砂相似，可等量取代石英砂，降低uhpc制备成本约15％；
68.实施例4：
69.一种uhpc空心路缘石，如实施例3所述，所不同的是，uhpc空心结构1的内部转折处设置有倒角，倒角半径为10mm。
70.uhpc空心结构1中靠近路侧的边的上半部分带有一定的倾斜角度，倾斜角度为5
°
，该角度的好处一是利于路缘石顶面的积水排下，二是减小车辆碰撞时产生的碰撞力，降低事故发生率；
71.uhpc空心结构1的外部靠近路侧的转折处也设置有倒角，该倒角半径为20mm。
72.uhpc空心结构预制长度为750mm。
73.本发明采用卡扣型的结构形式，加强路缘石之间的连接效果，减小横向位移，提高空心路缘石的整体性能，同时，uhpc空心结构预制长度为750mm，既能降低预制及施工成本，又能够保证路缘石的抗折性能符合《混凝土路缘石》规范的要求，综合效益最佳。
74.经验算，当uhpc抗折强度为25mpa时，承载能力均能符合规范要求，并且长度越小，承载能力越大，然而长度越大，预制及施工难度越大，综合考虑承载能力和预制施工难度的因素，路缘石长度取为750mm为最佳。
75.实施例5：
76.一种uhpc空心路缘石的施工方法，包括以下步骤：
77.(1)批量生产uhpc空心结构和砂浆底座的模具，工厂批量预制uhpc空心结构1和砂浆底座2，并标准养护28天；
78.(2)在路缘石施工位置预挖150mm深的凹槽，用于埋置砂浆底座；
79.(3)沿行车方向依次铺设多个砂浆底座结构；
80.(4)将uhpc空心结构1嵌入至砂浆底座2的凹槽内，保证错缝安装，即相邻两uhpc空心结构的接缝与相邻两砂浆底座的接缝相互错开，以限制各自的横向位移；
81.(5)每安装100米的路缘石，进行一次注浆，即在uhpc空心结构与砂浆底座之间注入粘连材料，注入时可将注浆管插到上部uhpc空心结构与底座间的空隙进行注浆，直至空心路缘石的空隙浆体饱满为止；
82.(6)养护7天。
83.本发明的空心路缘石的施工采用装配式实施工艺，先分部预制路缘石的上下部分，后交替装配，有效缩短施工工期，达到快速施工的目的；同时，采用注浆方式填补、粘连路缘石上下部分的间隙，提高路缘石施工质量。
84.实施例6：
85.一种uhpc空心路缘石的施工方法，如实施例5所述，所不同的是，预制uhpc空心结构和砂浆底座均需要模具，其中预制uhpc空心结构的模具包括外模和内模，两者之间采用螺丝连接，浇筑时倒立模具，先把内模取出，往外模内部浇筑，然后扣上内模，拧紧螺丝，再向四周空隙浇筑直至填满内模和外模之间的空隙。
86.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。