閆 晨

(青海省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 西寧 810000)

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性結(jié)構(gòu)層[1],一般以具有一定強(qiáng)度的碎石按一定的配合比組成作為骨料,摻入一定劑量的水泥、灰漿等膠凝材料混合攪拌后施工而成。通常,水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑初期表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度,后期隨著齡期強(qiáng)度呈現(xiàn)較快的提升,并膠結(jié)成板體結(jié)構(gòu)[2],很多工程實(shí)踐表明其作為路面材料有良好的抗?jié)B性,同時(shí)在冬季嚴(yán)寒地區(qū)表現(xiàn)出較好的抗凍性。水泥穩(wěn)定碎石基層一旦成型凝固后遇雨不泥濘,表面堅(jiān)實(shí),是理想的公路筑路材料。然而,水泥穩(wěn)定碎石基層也有它的缺點(diǎn),在周圍溫度發(fā)生較大變化時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,在溫度應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)層表面會(huì)開(kāi)裂,進(jìn)而反射到路面形成病害。本文主要對(duì)骨架嵌擠型級(jí)配和懸浮密實(shí)型級(jí)配水穩(wěn)碎石混合料的抗溫度收縮性能進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究,供廣大工程建設(shè)人員借鑒與參考。

1 試驗(yàn)原材料與方法

1.1 原材料及各項(xiàng)指標(biāo)

試驗(yàn)所用原材料:

(1)水泥:產(chǎn)地青海湟源,采用P.C32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽緩凝水泥,初凝時(shí)間4.6h,終凝時(shí)間5.1h。

(2)砂礫:采用西寧通海級(jí)配砂礫,顆粒級(jí)配符合規(guī)定,塑性指數(shù)1.7、壓碎值16.6%、針片狀含量10.8%、含泥量3.7%、最大粒徑控制在37.5mm以下。

(3)水使:用無(wú)公害生活用水。

(4)水泥:級(jí)配砂礫= 5∶95

(5)最佳含水量:5.0%;最大干密度:2.37g/cm3。

P.C32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽緩凝水泥,碎石和石屑,各種集料和水泥的試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。此外,為了對(duì)比研究抗裂嵌擠型水穩(wěn)碎石混合料和傳統(tǒng)型的水穩(wěn)碎石混合料抗溫度收縮性能的差異[3],按表1中的級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn),將傳統(tǒng)型水泥穩(wěn)定碎石標(biāo)記為級(jí)配A,將抗裂型水泥穩(wěn)定碎石標(biāo)記為級(jí)配B。

表1 水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配組成

1.2 溫縮性能試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定碎石基層的溫縮性能試驗(yàn)按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》,按試驗(yàn)規(guī)程制作標(biāo)準(zhǔn)混合料試件,并對(duì)混合料試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6d,浸水養(yǎng)護(hù)1d。溫縮試驗(yàn)時(shí)分別用級(jí)配A和級(jí)配B的配合比按不同的水泥劑量3.5%、4.0%以及4.5%制作10cm×10cm×40cm試件,同時(shí)在溫度(10±2)℃、相對(duì)溫度>90%的條件下保濕養(yǎng)生7d,試件的收縮測(cè)量采用路面材料脹縮儀進(jìn)行[4]。

水泥穩(wěn)定碎石基層的溫縮性能通常用溫縮系數(shù)來(lái)表示,即溫度改變所引起的材料收縮的單位應(yīng)變值[3]。為了對(duì)比研究骨架嵌擠型級(jí)配和懸浮密實(shí)型級(jí)配水穩(wěn)碎石混合料的抗溫度收縮性能的差異性,根據(jù)上述級(jí)配和不同的水泥劑量進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同水泥劑量下水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)試件溫度收縮試驗(yàn)結(jié)果

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

由表2不同水泥劑量下水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)試件溫度收縮試驗(yàn)結(jié)果可知,級(jí)配A和級(jí)配B在相同的水泥劑量的情況下的平均溫縮系數(shù)的變化如圖1所示。

圖1 不同水泥劑量水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)的溫縮曲線圖

隨著水泥劑量的增加,A、B兩種不同級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石試件的溫縮系數(shù)也隨之增加,而且兩種級(jí)配在相同水泥劑量的條件下級(jí)配A的溫縮系數(shù)始終大于級(jí)配B,其溫縮系數(shù)平均相差4.58%。

關(guān)于不同級(jí)配下的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)溫縮系數(shù),國(guó)內(nèi)外的很多學(xué)者做了相關(guān)的試驗(yàn)和研究,同樣得出相同的水泥劑量下,骨架嵌擠型的溫縮系數(shù)是傳統(tǒng)懸浮密實(shí)型的89%～92%。因此在實(shí)際工程應(yīng)用中,建議使用級(jí)配B,即抗裂型水泥穩(wěn)定碎石、骨架密實(shí)型的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層作為高速公路的基層,在一定程度上會(huì)降低結(jié)構(gòu)層溫縮產(chǎn)生的裂縫。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,在實(shí)際工程實(shí)施中,以青海省在建某項(xiàng)目的路面水泥穩(wěn)定碎石基層施工為依托,進(jìn)行試驗(yàn)段的鋪筑,其施工工藝主要內(nèi)容如下。

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

(1)施工配合比

水泥∶級(jí)配碎石= 5∶95;

最佳含水量:5.0%;最大干密度:2.37g/cm3。

(2)混合料的松鋪系數(shù)確定為1.37。

(3)壓路機(jī)噸位:18T。

(4)碾壓遍數(shù):穩(wěn)壓2遍、振壓4遍、靜壓1遍。

2.2 施工工藝

2.2.1 下承層施工準(zhǔn)備

墊層驗(yàn)收,待驗(yàn)收合格后清掃多余浮料,并灑水保濕。

2.2.2 施工放樣

施工放樣,標(biāo)出攤鋪機(jī)行走的導(dǎo)向線,掛好鋼絲基準(zhǔn)線[5]。放樣過(guò)程中支柱之間的間距以10m為宜,并用緊線器拉緊基準(zhǔn)線,以免影響攤鋪的平整度,同時(shí)在攤鋪時(shí)現(xiàn)場(chǎng)管理人員加強(qiáng)管理,避免作業(yè)人員擾動(dòng)基準(zhǔn)線造成攤鋪面起伏不平。

2.2.3 混合料拌合、運(yùn)輸

水泥穩(wěn)定碎石混合料的拌合宜采用集中廠拌,廠拌的設(shè)備及布置位置在拌合前需報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。拌合時(shí),試驗(yàn)員要定時(shí)檢查水泥劑量,并根據(jù)氣候氣溫情況控制含水量,以大于最佳含水量0.5～1.0個(gè)百分點(diǎn)為宜[6]。氣溫高或風(fēng)大時(shí)也可大于最佳含水量1～2個(gè)百分點(diǎn),以補(bǔ)償施工過(guò)程中的水分蒸發(fā)。含水量過(guò)大或過(guò)小,都會(huì)影響混合料密度與鋪筑后的強(qiáng)度。所以在實(shí)際施工中,可根據(jù)施工地點(diǎn)的氣溫等條件適時(shí)調(diào)整混合料的含水量,保證混合料的最佳含水量及水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的最大干密度。

穩(wěn)定混合料的運(yùn)輸采用大型載重自卸汽車,在運(yùn)輸過(guò)程中,車輛用土工布加以覆蓋,防止水分蒸發(fā),并盡量避免中途停車和顛簸,確?；旌狭喜划a(chǎn)生離析。

2.2.4 混合料攤鋪與整形

水泥穩(wěn)定碎石混合料攤鋪一般采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)攤鋪的方式,一次攤鋪成型。在攤鋪基層前,首先對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面檢測(cè),同時(shí)要將其上的浮土雜物清除干凈,保證表面整潔,并灑水濕潤(rùn)。但攤鋪長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng),能達(dá)到壓路機(jī)的工作長(zhǎng)度區(qū)間即可碾壓。碾壓時(shí),先用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓兩遍,再振動(dòng)壓實(shí),最后壓路機(jī)靜壓一遍。碾壓過(guò)程中,兩側(cè)多壓一遍,輪跡重疊1/2,振動(dòng)壓實(shí)時(shí),前進(jìn)采用振動(dòng),后退靜壓,并使碾壓端頭成臺(tái)階形,避免在同一斷面上形成波浪。碾壓過(guò)程中,若水分散失快,表面干燥,可補(bǔ)充灑水,保證施工過(guò)程中的混合料始終保持濕潤(rùn)。

2.2.5 混合料的碾壓

攤鋪長(zhǎng)度達(dá)到20～30m時(shí)即可進(jìn)行碾壓,各項(xiàng)參數(shù)可參照試驗(yàn)段中確定的施工參數(shù),依托工程施工碾壓時(shí)的機(jī)械組合方式為先用22T振動(dòng)壓路機(jī)靜壓碾壓1遍,然后用22T振動(dòng)壓路機(jī)弱振1遍,高振2遍,大噸位壓路機(jī)靜壓1遍,再高振2遍,大噸位壓路機(jī)再靜壓1遍,膠輪壓路機(jī)收面1遍。以減小或消除多遍振動(dòng)碾壓造成集料離析和重壓時(shí)大噸位壓路機(jī)造成集料破碎等不利影響。

3 施工質(zhì)量保證措施

3.1 優(yōu)化施工組織

高速公路路面鋪筑時(shí)宜采用均衡試組織生產(chǎn),施工前做好周密的施工組織計(jì)劃,保證前后工序緊密銜接,并選擇溫縮系數(shù)小的抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝。

3.2 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理

在基層施工過(guò)程中,按規(guī)定頻率檢查含水量及壓實(shí)度,嚴(yán)格控制水泥含量,并根據(jù)壓實(shí)機(jī)械計(jì)算出適宜的松鋪系數(shù),以保證壓實(shí)質(zhì)量。由專人控制拌合料的配合比,確保強(qiáng)度控制。底基層養(yǎng)生采用灑水車養(yǎng)生,每天灑水的次數(shù)應(yīng)視氣候而定[8]。養(yǎng)生期內(nèi)應(yīng)保持底基層表層潮濕,不能時(shí)干時(shí)濕,以減少水泥穩(wěn)定碎石基層因溫縮引起的裂縫,并嚴(yán)禁其他車輛通行。

3.3 采用先進(jìn)技術(shù)

推廣使用先進(jìn)工藝、設(shè)備和技術(shù),保證水泥穩(wěn)定碎石混合料拌合、裝卸、攤鋪等設(shè)備的配套使用,按已批復(fù)的施工組織設(shè)計(jì)合理調(diào)度機(jī)械設(shè)備[9],并定時(shí)檢查各項(xiàng)設(shè)備的性能狀態(tài)。尤其采用先進(jìn)的攤鋪機(jī)對(duì)保證路面的平整度和外觀質(zhì)量是顯而易見(jiàn)的。

3.4 提高人員素質(zhì)

沒(méi)有稱職的員工,不可能生產(chǎn)合格的、高質(zhì)量的產(chǎn)品。在施工前做好路面基層施工的技術(shù)交底和相關(guān)專業(yè)的技術(shù)和安全培訓(xùn)[10],在實(shí)施過(guò)程中技術(shù)員做好基層施工中的質(zhì)量管理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,水泥穩(wěn)定碎石基層的溫縮性與水泥劑量相關(guān),分析得出在相同的水泥劑量下,骨架嵌擠型的溫縮系數(shù)是傳統(tǒng)懸浮密實(shí)型的89%～92%。采用抗裂型水泥穩(wěn)定碎石、骨架密實(shí)型的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層作為高速公路的基層,在一定程度上會(huì)減少結(jié)構(gòu)層溫縮產(chǎn)生的裂縫。針對(duì)路面基層的溫縮裂縫等質(zhì)量病害,依托在建實(shí)施項(xiàng)目總結(jié)分析施工工藝,提出相應(yīng)的質(zhì)量保證措施,從而提高高速公路路面施工質(zhì)量。