一种用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构及其建造方法

技术领域

本发明属于道面建造技术领域，尤其是涉及一种用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构及其建造方法。

背景技术

混凝土由于其所具有的抗压强度大、稳定性及耐久性好、施工技术发展成熟等特点，在公路和机场道面的建造领域有着广泛的应用。由于今年来我国经济的高速发展，交通运输的需求也不断增大，交通流量和运输荷载相应提升，而许多服役的道面也不断老化，接近使用年限，需要修补维护或更换，因此混凝土道面的快速建造和有效维护成为了亟待解决的问题。

机场跑道是应急救灾、灾后抢修、战时抢修抢建、临时机场等快速建造需求的基本应急基础设施之一。传统方法建造道面建造施工流程复杂，包括混凝土混合料的运输、混凝土混合料的摊铺和浇筑、根据设计要求进行接缝、揉压平整混凝土面和消除泌水等工艺。其施工工艺流程长、耗时多、人力需求量大，且在施工过程中可能出现一系列质量通病如道面浇筑不均匀导致断裂、裂纹、麻面和沉陷等，严重影响道面的工作性能和使用寿命，难以满足道面的快速建造需求。

CN112851245B公布了一种水下混凝土及其制备方法，该水下混凝土由包含以下重量份的原料制成：水泥、砂、粗骨料、水、絮凝剂、减水剂、复合纤维、复合微粉；复合纤维由重量比为1:(1-2.2)的凯夫拉纤维和改性竹原纤维组成；其制备方法为：称取凯夫拉纤维和改性竹原纤维混合搅拌，然后添加复合微粉，制得组合物；称取水泥、砂、粗骨料、水混合搅拌后制得混合料；称取絮凝剂、减水剂、S1制得的组合物和S2制得的混合料混合搅拌后，经养护制得水下混凝土，该混凝土建造周期较长，使用寿命较短且抗冲击、抗断裂、抗裂纹等能力较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构及其建造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供了一种用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构，包括自上而下堆叠而成的高韧性混凝土和柔性气膜，所述高韧性混凝土的边缘位置不超过所述柔性气膜的四周，所述柔性气膜气压为0.3-1.5MPa；

铺设时，在柔性气膜上方布置模具，利用高韧性混凝土的自流平覆盖成型。

进一步地，所述柔性气膜包括充满气体的柔性空腔、位于柔性空腔上端且与刚性混凝土层粘结固定的上硬质平面、位于柔性空腔下端的下硬质平面、连接固定上硬质平面和下硬质平面的长纤维，所述长纤维的长度为柔性气膜层的高度。

更进一步地，所述柔性气膜还包括位于柔性空腔边缘的弹性面，所述弹性面连接上硬质平面和下硬质平面的边缘部位且远离所述长纤维布置。

更进一步地，所述上硬质平面和下硬质平面的材质为聚氯乙烯，所述长纤维和弹性面的材质为聚酯纤维，所述弹性面的材质为聚酯纤维。

进一步地，所述高韧性混凝土包括以下重量份的原料制成：胶凝材料10份、骨料13-14份、减水剂0.05-0.2份、钢纤维0.1-0.3份、PVA纤维0.1-0.3份、水1.8-3.9份。

更进一步地，所述胶凝材料包括以下重量百分比组分：水泥为65％-75％、硅灰为10％-15％、矿粉为15％-25％。

更进一步地，所述骨料包括以下重量百分比组分：30-60目石英砂为46％-48％、70-100目石英砂为46％-48％、8000目石英粉为4％-8％。

更进一步地，所述减水剂为粉体高性能聚羧酸减水剂，减水率≥30％，水胶比为0.18-0.39。

更进一步地，所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维。

其中平直型镀铜钢纤维，抗拉强度≥2850MPa，弹性模量为40-60GPa，直径0.2-0.25mm，长度12-15mm。PVA纤维抗拉强度≥1300MPa，弹性模量为30-40GPa，直径30-32μm，长度8-12mm，断裂伸长率7％，密度1.30g/cm

本发明还提供了一种用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构的建造方法，包括以下步骤：

S1：将胶凝材料粉体加入搅拌机干拌2min后加入约80％的水搅拌3min，再加入石英砂和石英粉，快速搅拌2min后倒入剩余的水，快速搅拌至拌合物呈现出均匀稳定状态后，切换至慢速搅拌同时缓慢加入钢纤维和PVA纤维，防止纤维加入过程中团聚而未完全分散。纤维加入完成后，继续快速搅拌直到纤维均匀分散在混凝土基体内。

S2：施工前，采用测量仪器测定道面实际尺寸并确定铺装位置，确保道面建造处基层平整。

S3：将柔性气膜铺到铺装位置上，施工过程中将柔性气膜按照面积大小摊铺在地基上，使柔性气膜能够完全填充基层表面，没有较大空缺或缝隙，摊铺过程中尽可能保证柔性气膜表面平整。柔性气膜摊铺完成后，清理柔性气膜表面和间隙中的杂物。

S4：在柔性气膜表面固定模板，将提前搅拌好的混凝土拌合物浇筑至柔性气膜表面，使拌合物自由流平，摊铺20-50mm。浇筑过程中需要保证道面平整、密实，无明显缺陷。浇筑完成后，覆膜养护24h，拆除模板，对模板接缝处进行封缝施工。仔细检查缝隙内部并清除杂物，将混凝土拌合物由接缝处灌入，灌料完成后静置硬化

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用气膜和混凝土层协同承载，气膜受力产生的形变对叠合结构承受的冲击荷载有缓冲效果，并能在荷载移除时恢复形变，提高道面的抗冲击性能。

(2)本发明的混凝土基体内混杂纤维有着协同增韧效果，可以显著增加上层混凝土韧性和抗弯拉性能，抑制混凝土面的裂缝产生和扩展造成道面破坏。

(3)本发明使用的混凝土材料使用多元胶凝材料体系，其中硅灰和矿粉中的活性组分可以促进混凝土C-S-H凝胶的形成，并能填充混凝土内的孔隙，提高密实度，增强混凝土的力学性能、保水性和耐久性，防止离析并延长混凝土的使用寿命。

(4)本发明采用大流动度自密实混凝土材料快速浇筑成型，保证道面早期强度，制备工艺和实际建造过程所需工期短，节省施工时间，可有效应用于道面快速建造。

附图说明

图1为实施例3中本发明气膜-混凝土叠合结荷载-位移曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

其中，水泥为强度等级52.5R的普通硅酸盐水泥，平均粒径为2.5～3.0μm；硅灰中二氧化硅含量≥95.00％，平均粒径为0.120～0.125μm；矿粉活性指数≥95％，平均粒径为0.75～0.80μm。石英砂的二氧化硅含量≥96％。平直型镀铜钢纤维，平均长度为8mm，直径0.2mm；PVA纤维平均长度12mm，直径30～32μm。减水剂为产自上海英杉新材料科技有限公司的PC-200型粉体高性能聚羧酸减水剂，减水率为30％。

实施例1

本实施例用于道面建造的气膜-混凝土叠合结构及其建造方法如下：

S1：将胶凝材料7.3kg(其中水泥、硅灰、矿粉)加入搅拌机干拌2min后加入0.7kg水搅拌3min，再加入骨料11.9kg(30-60目石英砂、70-100目石英砂、8000目石英粉)，快速搅拌2min后倒入0.6kg水，调整外加剂掺量使拌合物达到良好流动性，快速搅拌至拌合物呈现出均匀稳定状态后，切换至慢速搅拌同时缓慢加入1130g平直型镀铜钢纤维和46gPVA纤维，防止纤维加入过程中团聚而未完全分散。纤维加入完成后，继续快速搅拌直到纤维均匀分散在混凝土基体内。

S2：施工前，采用测量仪器测定道面实际尺寸并确定铺装位置，确保道面建造处基层平整。

S3：将柔性气膜铺到铺装位置上，施工过程中将柔性气膜按照面积大小摊铺在地基上，使柔性气膜能够完全填充基层表面，没有较大空缺或缝隙，摊铺过程中尽可能保证柔性气膜表面平整。柔性气膜摊铺完成后，清理柔性气膜表面和间隙中的杂物。

S4：在柔性气膜表面固定模板，将提前搅拌好的混凝土拌合物浇筑至柔性气膜表面，使拌合物自由流平，摊铺20mm。浇筑过程中需要保证道面平整、密实，无明显缺陷。浇筑完成后，覆膜养护24h，拆除模板，对模板接缝处进行封缝施工。仔细检查缝隙内部并清除杂物，将混凝土拌合物由接缝处灌入，灌料完成后静置硬化

实施例2

与实施例1相比，绝大部分相同，除了步骤S4中摊铺20mm改为摊铺30mm。

实施例3

与实施例1相比，绝大部分相同，除了步骤S4中摊铺20mm改为摊铺50mm。

性能检测试验

使用万能力学试验仪测试气膜-混凝土叠合结构，试验方式为三点弯曲试验，设置加载条件为：位移控制方式，加载速度5mm/min。叠合结构破坏时移除荷载，气膜-混凝土叠合结构破坏方式包括混凝土破坏和气膜破坏。

各叠合结构力学性能测试如下表所示：

实施例3中气膜-混凝土叠合结构承载过程如图1所示，加载过程中弹性气膜和刚性混凝土层协同作用，荷载增大时气膜内压逐渐升高，叠合结构整体刚度提高，有利于混凝土和气膜之间的协同承载作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。