水泥砼路面曲線拉槽機隨動刀架刀具設計(完整版)

　　

【正文】 勘測局研制了 LC2 型全自動監控式拉槽機。折線防滑槽由于線形復雜，相鄰作業面間槽形需要匹配，單純手工操作難以實現 ；采用機械拉槽既能減輕勞動強度，提高勞動效率，又能可靠地實現復雜槽型，提高拉槽質量，是水泥混凝土路面防滑槽作業的發展趨勢，但在技術上有一定難度。 接縫鋼筋混凝土路面 該種路面的橫向接縫的間距較常規混凝土路面大，可大大減少接縫數量，但造價較高。水泥混凝土路面的不足之處需要通過良好的施工工藝、合理的管理措施以及高效的資金利用率來逐步解決， 而其具有的顯著特點，能適應現代汽車運輸載重量大、速度高且密度大的要求，決定了水泥混凝土路面具有良好的應用前景。為保證路面的平整度，一般攤鋪機都設置有超鋪角，帶超鋪角的攤鋪機超高按坍落度的 1/4 設置超鋪高度， 但不宜超過 8mm。碾壓混凝土路面抗滑采用緩凝裸露法和硬性刻槽法使竣工時路面構造濃度達到規定要求。采用現代化施工方法攤鋪混凝土路面強度高、勻質性好，使用壽命長，后期維護費用低。水泥混凝土的一個重要特點是表面構造一經形成就很難改變。其中 ,堿性集料雖然 吸附性好 ,路面建成初期摩擦系數 12 較高 ,但強度往往較低 ,耐磨性差 。通過我國大量水泥混凝土路面的修筑實際表明 ,在硬結混凝土上刻槽效果最好 ,拉槽次之 ,而裸露式及嵌屑式效果不太理想。 3. 用真空脫水工藝 真空脫水工藝是降低路面材料水灰比的有效方法 ,是將流動性混凝土成型后變成干硬性混凝土路面的廉價措施 ,能降低混凝土表面的水灰比、提高水泥砂漿面層的界面粘力和改善砂漿孔結構、提高混凝土表面的強度和抗滑耐磨性能。采用滾槽工藝施工的混凝土路面 ,一般行車磨耗 2~4a 后抗滑能力 ( 粗糙度值 )會大為降低 ,使用壽命相對較短。根據槽的間隙 ,又分等距槽和不等距槽。根據我國路用混凝土配合中富余砂漿量較少的特點 ,“ 水泥混凝土路面施工與驗收規范”中規定槽深為2~3mm。考慮國內外已經使用的槽間距和間距分布 ,從全面提高水泥混凝土路面表面使用品質的角度 ,對光面、不同等距壓槽、不同不等距壓槽與振動、噪音、摩擦系數的關系進行試驗對比 ,確定獲得最佳表面使用品質的壓槽尺寸。 AASHTO的《防滑路面設計指南 》 認為 ,縱向槽雖不能有效的提高滑溜系數 ,但它能增進方向控制 ,能非常有效的降低事故 。 15 2)刻槽機具的選擇 選擇刻槽機具時 要綜合考慮宏觀和微觀構造深度 ,結合合理的槽間距 ,選用工作效率高、質量均勻、適應性強的刻槽機 ,達到表面紋理深度均勻一致、平整度理想的路面狀況 [ 8] 。還有一個問題是刻槽機的推力不均勻 ,使槽時深時淺。其中刷毛法和拉毛法主要是保證路面的微觀構造 ,而鑿毛法主要是保證路面的宏觀構造。拉毛法成本費用較低 ,形成的紋理構造具有一定的抗滑性能 , 噪音較低。 壓槽法 壓槽法通常是利用壓槽輥制出抗滑槽 ,即用帶有環行凸棱或梯形凸頭的輥子 ,在抹光的砼表面上滾動 ,凸棱或凸頭在輥子重力作用下被壓入砼中形成凹槽或凹坑 (見圖)。 另外 ,在進行壓槽之前要進行拉毛等微觀構造處理 ,壓槽法在形成溝槽的同時 ,容易將拉毛等形成的微觀構造抹平。刀排在動力驅動下高速旋轉 ,刀片對已硬化 (最少養生 3d)的水泥砼路面產生磨削 ,從而在水泥砼路面上形成邊緣整齊的凹形槽 (見圖 ) 。另外 ,縱向槽的耐磨耗性能比橫向槽好。固化 后 ,將表面未粘結牢固的骨料清掃干凈 ,得到馬賽克式鑲嵌結構的抗滑耐磨薄層 (見圖 ),其最終的路面顏色取決于所選骨料的顏色。骨料撒布前要灑水潤濕 ,以便骨料更好地與面層砼粘結在一起。同時 ,學習國外經驗 ,提出新的表面紋理形式 ,促進我國水泥砼路面的應用和發展。電機到直線刀架的動力傳遞可采用類似卷揚機的方式，用鋼索 —— 滑輪牽引刀架運動。由于 未凝結的水泥混凝土路面 非常柔軟 ， 所以刀 頭 材料 可采用塑料制作，重量輕、成本低 。兩 個刀架 的這種運動，就能夠實現曲線形狀槽型的拉制。 電機的主要作用是帶動 直線刀架 沿 支架 的上沿做直線運動，這樣下面的 擺動刀架在 直線刀架的 作用下，既能夠與其做直線運動，又能做垂直于 支架 （即沿著道路方向）的往復運動。 由于刀架與機架構成一個運動系統，拉槽機整體是動量守恒的，擺動刀架的質量可能影響機架的穩定，所以直線刀 架和擺動刀架均選取輕質的鋁合金材料，以盡量減小質量 。所以，刀具的實際運動是在橫、縱、豎三個方向的綜合運動。同時 ,應用于新建水泥砼路面時 ,能夠降低輪胎 路面噪音 ,提高路面平整度和抗滑能力。壓入深度為骨料的2/3,使路面外露一層粗骨料層 ,從而產生一種較粗的宏觀構造 ,提高路面抗滑性能。同時 ,還存在誘發車輛側向滑移的潛在危險 ,不推薦使用。但在制動或驅動過程中易造成 車輛側滑 ,且行車一段時間后磨損較大。其缺點 :在拉槽施工過程中 ,齒耙會在水泥路面上劃起一些小的砂漿塊 ,影響平整度 。壓早了 ,紋理較深 ,槽壁毛糙 ,紋理深淺不一 ,平整度較差 。碎屑儲存在收集罐內 ,裝滿后卸到指定的地點 ,小鋼球可以重復使用。 拉毛法 拉毛法是指在水泥砼路面初凝前 ,在路面拖拉潮濕的粗麻布、棉布、人造草皮等 ,形成一定的表面紋理構造 ,深度在 ~ mm,橫向、縱向均可。在彎道處和大縱坡路段可采用縱向拉槽 ,防止側滑 ,減少交通事故的發生。要注意宏觀構造和微觀構造相結合 ,選擇出合理的刻槽斷面 ,達到既抗滑、耐久又經濟的效果。當初速度為 30 km/h,路面潮濕時 ,橫向槽路面制動跑偏量為 6mm,縱向槽路面制動跑偏量為 10mm。試驗路的鋪筑實踐表明 ,3mm槽寬所對應的最小槽間距為 10mm,4mm 槽寬對應的最小槽間 距為 20mm,否則不僅施工困難 ,構造的耐久性也得不到保證 ,在槽邊易造成類似啃邊、掉邊病害。槽寬一般限定在 3~ 6mm 范圍內。大量試驗證明 ,壓槽時梯形槽對路表面的擾動比矩形槽小 ,且梯形槽改成非標準梯形更有利于排水 ,但梯形槽的施工難度相對比較大。 3. 3. 4 刻槽法 拉毛和滾槽等常規的水泥混凝土路面施工工藝和方法很難達到《公路工程質量檢驗評定標準》中對路面抗滑構造的深度要求。 優化施工工藝 在工程 中 ,主要采用掃毛法、滾槽法、露骨 (石 )法、刻槽法等施工工藝來提高水泥混凝土路面的防滑性能 [ 5] 。另外 ,提高路面材料磨光值的方法有以下幾種。交警的調查結果表明 ,行車安全問題 ,大多發生在下雨 和潮濕的時候。3)砂漿含砂率對抗滑能力有一定的影響 ,含砂率越低 ,磨光值越小 4)砂漿的抗壓強度對抗滑能力有著決定性的影響 ,實驗表明 ,強度越 高 ,耐磨性越強。路面的微觀構造是指路面集料表面水平方向 0~ 0. 5mm,垂直方向 0~ 的微小構造 ,它既影響低速行車時路面的抗滑能力 ,也影響高速行車時的路面抗滑能力 ,微觀構造可以用電子顯微鏡直接測定。現代化施工方式，需要的人工少，勞動強度相對較小，但對工人的素質要求較高。 碾壓水泥混凝土路面施工工藝的基本流程是：混凝土攪拌→混凝土運輸→混凝土攤鋪→混凝土碾壓→抗滑構造制作→后置縫制作→路面養護。為提高施工效率，保證施工質量，結合工程實踐經驗，又出現了“ 4222”法，即在人工進行水泥混凝土路面澆筑過程中，根據現有機具的使用性能，如何能使混凝土路面的 平整度、密實度、強度都能達到設計要求的各種機具的最佳組合方式，即 4 根插入式振動棒、 2 塊平板振動器、 2 根振動梁、 2 根提漿滾筒、 2 把刮尺，取得了一定的效果，但傳統的施工方法越來越難于適應我國水泥混凝土路面里程增長的需要，近幾年，一些現代化的施工方法不斷從國外引進，得到推廣應用。 8 耐久性好 由于水泥混凝土路面的強度和穩定性好，無需很多的養護和維修，使用耐久。在我國，水泥混凝土路面主要有以下幾種。國外有采用圓筒形刀具在經過長期使用已經磨光的水泥砼路面上磨制圓環防滑槽的試驗，由于效率低 、 刀具耗損大，難以大面積使用 。 課題研究的意義 為提供足夠的行車附著力，新鋪筑的水泥混凝土路面需要進行糙化，方法有拉毛、拉槽等。 目前，國外對水泥路面的抗滑衰減規律研究主要是以現場調查統計法為主，如美國華盛頓州交通部 (WSDOT)，在 1998 年 8 月對該區十三段道路進行路面磨損、輪跡帶和表面構造關系進行了評價。 截止目前，通過對國內外研究資料的調查發現，涉及水泥混凝土路 面抗滑性能衰減規律的相關研究較少，而瀝青混凝土路面在抗滑衰減規律研究方面內容較多。從圖中可以看出，刻槽 1~4 年后，路面的 DF 值年均下降率隨速度增加迅速降低，既高速行駛受路齡影響更大。然而，在道路因素上，卻可通過改善道路使用性能，降低交通事故發生率。因為交通運輸事業關系到國家整體經濟的發展，此在分析道路交通安全的同時，應適當考慮國家的道路發展狀況和中國的國情，這樣 才能尋找到道路發展的狀況與交通事故為何增大的原因。近年來，隨著發達國家的汽車保有量、汽車密度接近飽和，再加上道路修筑技術、養護水平及管理水平的不斷提高，交通事故率逐漸下降并趨于穩定。在 高頻率車輛荷載作用下，水泥混凝土路面不斷受到沖擊、擠壓、路面上堅硬物質的磨損和面層的磨光，使得混凝土路面表面層抗滑性能快速衰減，道路行駛安全系數降低，引發交通事故大量發生。 2020 年以來，隨著國際石油價格的持續攀升，帶動了道路瀝青價格大幅上漲，對我國近 1/4 依靠進口瀝青鋪筑的的高等級公路建設帶來了極為不利的影響。截至 2020 年底，水泥混凝土路面總里程達到 I023700km，里程相比1980 年增長了 500 多倍。本設計的刀架刀具總成 原理和結構簡單，工作可靠，作業 效率高。 改變模板的線型，可以實現若干種曲線 防滑 槽如圓弧槽、正弦槽等。但需要指出的是，雖然我國水泥混凝土路面在近 30 年得到迅速發展，在高級和次高級路面里程中的比例有所提高，但在高等級公路路面中所占比例不到 1/4， 并且近年來又有下滑趨勢。同時，由于受優質石料資源的制約，瀝青路面道路建設和養護成本大幅增加。目前，頻繁發生的交通事故己引起道路管理者和使用者的極大關注，行車安全已被列為道路最基本的功能要求。 與發達國家道路交通安全狀況相比，我國的要差得多，由于道路抗滑力不足引起交通事故所造成的損失也比較高。 1990 年 ~1998年，我國的高等級公路很少，車速也較低，車輛能及時剎住車 。 在道路的使用性能中，引發交通事故發生的主要因素是路表抗滑性能不足。這是因為在路面使用初期，車輛首先磨損粗構造，而粗構造對高速行車的影響大于低速行車。國內外研究機構對于路面抗滑構造衰減規律的研究方法主要有兩種 :一是現場調查統計法，二是室內模擬法，兩種方法各有優劣。這十三段道路均在 1995 年 9 月開通使用，且都滿足1994 年 WSDOT 標準規范要求 (規范要求槽深大約 英尺 =，槽間距 英寸=)，按抗折強度分為三種 :抗折強度 550psi，水灰比 :；抗折強度 650psi，水灰比 :；抗折強度 900psi，水灰比： 。拉毛是在水泥混凝土路面剛剛鋪筑完畢時，用粗糙的織物在表面拖出粗糙紋理，達到防滑目的；但 在我國 更常見的是拉制防滑槽，就是用專用工具在剛鋪筑完的未完全凝結的 水泥混凝土路面上刻劃出 2～ 3mm 深、 5～ 10mm 寬、均勻分布的淺槽。 1998 年，黑龍江省交通科學研究所研制出在水泥砼路面鋪筑過程中能夠壓制折線形防滑槽的輥子，并 在哈同公路方正支線鋪筑了 試驗路；但壓槽輥加工復雜，費用昂貴，而且難以適應路面起伏，同時仍然是手工操作。 常規混凝土路面 我國于 20 世紀 80 年代末從國外引進，而且抗沖擊、抗凍、抗裂等性能也大大提高，有利于延長路面使用壽命、減小路面截面厚度。 抗侵蝕能力強 水泥混凝土對油和大多化學物質不敏感，具有較強的抗侵蝕能力。 水泥混凝土路面滑模施工 水泥混凝土路面滑模施工以滑模攤鋪機為核心，是國際上建設高質量水泥混凝土路面的現代化機械施工技術，適用于新建、加鋪水泥混凝土路面、連續橋面，尤其是 9 新建高等級路面，一級路、高速路等的連續施工， 可同時完成 2～ 3 車道路面及道牙施工， 最佳攤鋪速度為 1m/min～ 2m/min。 碾壓混凝土路面施工要求 基層平整穩定，平整度應滿足規范要求，而如何保證路面基層的平整度是制約碾壓混凝土路面發展的主要障礙。而傳統的人工施工方法則相反，勞動力用量大，素質要求底，但工程施工中傳統施工方法的人工費用比現代化施工方法要 高得多。路面的宏觀構造是指路面集料間的空隙或排水能力 , 水平方向為0. 5~ 50mm,垂直方向為 0. 2~ 10mm。路面抗磨耗能力越強 ,越能控制路表宏觀構造的衰減幅度。因此可以定性認為 ,濕度和摩擦系數成反比關系。 選擇合適的水灰比 影響混凝土路面抗滑耐磨能力的一個重要因素是混凝土的強度 ,水灰比越大 ,強度越低。 3. 3. 1 掃毛法 掃毛法是提高路面防滑性能的傳統施工方法 ,其具體操作方法是 :混凝土澆筑密實最后一次抹面結束后 ,在泥板加壓抹面出現水光時 ,采用硬度適中的蘆花掃帚或長臂棕刷 , 人工順橫坡方向進行拉掃 ,均勻掃出路表面紋理 ,以提高路面的粗糙度 ,這種方法操作簡單、成本低 ,但其紋理淺 ,行車磨耗 ~ 1a,基本磨光 ,抗滑性能差 ,使用壽命極短 ,對一些等級比較低的公路適用。采用硬性刻槽工藝的路面 ,很容易達到檢測要求。 刻槽結構參數包括槽寬、槽深、槽間距和槽走向 4 個要素。從橫向力系數、構造深度