收稿日期：2024-01-10

作者簡(jiǎn)介：王佳（1985—），男，本科，工程師，研究方向：公路工程水泥穩(wěn)定碎石。

摘要 為了優(yōu)化水泥穩(wěn)定碎石的施工質(zhì)量，文章以四川省某高速公路項(xiàng)目中的水泥穩(wěn)定碎石基層施工檢測(cè)為案例，結(jié)合工程項(xiàng)目的要求，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層的配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、檢測(cè)過(guò)程控制及病害處理分析，使其綜合性能處于較優(yōu)水平。結(jié)合檢測(cè)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行分析和處理，確保施工質(zhì)量目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。最后通過(guò)優(yōu)化的配合比、檢測(cè)過(guò)程控制及病害處理分析，能有效提升水泥穩(wěn)定碎石的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 試驗(yàn)檢測(cè)；水泥穩(wěn)定碎石；配合比；質(zhì)量控制分析

中圖分類(lèi)號(hào) U416.214文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）09-0045-04

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石是一種半剛性材料，初期強(qiáng)度高，有良好的板結(jié)性，是高速公路路面工程的重要組成部分。如何保證其路面承載能力也是施工檢測(cè)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。因此，需結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步分析其病害防治處理措施，以確保路面基層的工程質(zhì)量。

1 水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)檢測(cè)的步驟、內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)檢測(cè)的步驟

水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)檢測(cè)的步驟為：原材檢測(cè)—水泥穩(wěn)定碎石目標(biāo)配合比—水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)配合比—試驗(yàn)段檢測(cè)—施工過(guò)程檢測(cè)。

1.2 試驗(yàn)檢測(cè)的內(nèi)容

1.2.1 原材檢測(cè)

（1）水。符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022）的飲用水可直接作為基層拌和與養(yǎng)生用水，并對(duì)pH值、氯離子含量、硫酸根離子帶2個(gè)單位負(fù)電荷含量、堿含量、可溶物含量、不溶物含量和其他雜質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

（2）水泥。水泥宜采用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間應(yīng)大于3 h，終凝時(shí)間應(yīng)大于6 h且小于10 h。

（3）細(xì)集料。細(xì)集料應(yīng)采用干凈、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配。對(duì)顆粒分析、塑性指數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量、硫酸鹽含量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)0～3 mm和0～5 mm的細(xì)集料應(yīng)分別嚴(yán)格控制大于2.36 mm和4.75 mm的顆粒含量。對(duì)3～5 mm的細(xì)集料應(yīng)嚴(yán)格控制小于2.36 mm的顆粒含量。

（4）粗集料。粗集料宜采用硬質(zhì)巖石或人頭石加工成的碎石，并對(duì)各檔粒徑的粗集料進(jìn)行級(jí)配、壓碎值、針片狀顆粒含量、0.075 mm以下石粉含量、軟石含量的檢測(cè)，通常還應(yīng)對(duì)破碎面進(jìn)行檢測(cè)。

（5）骨料的分檔及摻配。對(duì)高速公路和一級(jí)公路的基層可選擇不少于4檔備料，對(duì)極重、特重交通荷載等級(jí)要求不少于5檔備料。骨料的摻配結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

1.2.2 水泥穩(wěn)定碎石目標(biāo)配合比

水泥穩(wěn)定碎石基層目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)內(nèi)容主要確定目標(biāo)級(jí)配、最大干密度和最佳含水率、最佳水泥劑量及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度這幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，其設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖1所示：

圖1 水泥穩(wěn)定碎石基層目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)流程

（1）初選級(jí)配曲線。良好的級(jí)配有利于提高混合料的密實(shí)度、強(qiáng)度，降低水泥劑量，節(jié)約成本。宜采用粗、細(xì)集料連續(xù)級(jí)配的方式構(gòu)成，并以關(guān)鍵篩孔：以公稱(chēng)最大粒徑分別為4.75 mm、0.075 mm的通過(guò)率為控制點(diǎn)。根據(jù)原材檢測(cè)中的篩分結(jié)果初選4條級(jí)配曲線，宜分別位于級(jí)配范圍的上方、中值、下方，并按經(jīng)驗(yàn)另選1條級(jí)配曲線。見(jiàn)表1、圖2所示的4條級(jí)配曲線。

（2）確定各條級(jí)配曲線的最大干密度及強(qiáng)度。根據(jù)合成級(jí)配曲線，預(yù)估1個(gè)水泥劑量，分別進(jìn)行4條級(jí)配曲線的最大干密度和最佳含水率（考慮室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與施工現(xiàn)場(chǎng)的一致性，宜采用振動(dòng)壓實(shí)法）、7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

（3）確定目標(biāo)級(jí)配曲線。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合該工程實(shí)際確定目標(biāo)級(jí)配為2#級(jí)配曲線（通常選擇最大干密度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均為最高的級(jí)配作為目標(biāo)級(jí)配曲線）。

（4）確定水泥劑量。確定目標(biāo)級(jí)配后，根據(jù)預(yù)估水泥劑量的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果，選擇5個(gè)水泥劑量，水泥劑量間隔范圍通常為0.3%～0.5%。對(duì)5個(gè)水泥劑量下的目標(biāo)級(jí)配分別進(jìn)行最大干密度和最佳含水率、7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，綜合選取最佳水泥劑量。該項(xiàng)目最佳水泥劑量為3.6%，最大干密度為2.362 g/cm3，最佳含水率為4.0%，見(jiàn)表2所示。

（5）驗(yàn)證目標(biāo)配比的性能。原材料的不均勻性是影響混合料穩(wěn)定性的重要因素，需要從拌和場(chǎng)料堆的不同位置和每一批次進(jìn)料中分別取料、篩分，然后分別統(tǒng)計(jì)各檔料通過(guò)率的平均值和變異系數(shù)，按正負(fù)2倍標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算各檔材料級(jí)配的波動(dòng)范圍，并針對(duì)這個(gè)波動(dòng)范圍的上、下限進(jìn)行性能驗(yàn)證（確定7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求）。

1.2.3 水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)配合比

根據(jù)目標(biāo)配合比確定的各檔材料比例，對(duì)拌和設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)標(biāo)定和調(diào)試，確定符合要求的生產(chǎn)參數(shù)。

（1）拌和設(shè)備標(biāo)定。先對(duì)拌和設(shè)備的計(jì)量系統(tǒng)（粗集料、細(xì)集料、水泥）進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，然后按各檔材料的摻配比例，調(diào)整拌和設(shè)備料倉(cāng)的進(jìn)料速度，包含加水量的控制，對(duì)所有系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定。靜、動(dòng)態(tài)標(biāo)定完成后，對(duì)其骨料級(jí)配進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）繪制結(jié)合料劑量曲線。根據(jù)確定的級(jí)配，按目標(biāo)配合比水泥劑量±1%、±2%，共繪制5個(gè)點(diǎn)的EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)圖3所示。該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)曲線公式如下：

Y=（2.49×X）+0.056 （1）

圖3 水泥穩(wěn)定碎石EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

（3）確定最大容許延遲時(shí)間。對(duì)水泥穩(wěn)定材料，應(yīng)分別進(jìn)行不同成型時(shí)間下的混合料強(qiáng)度試驗(yàn)（無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度），繪制延遲時(shí)間曲線，確定容許的最大延遲時(shí)間。混合料分別按悶料1 h/2 h/3 h/4 h再壓實(shí)成型標(biāo)準(zhǔn)試件，且每組的樣品數(shù)量不少于規(guī)定要求。再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6 d，泡水1 d后，測(cè)量混合料的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，得到不同延遲時(shí)間下混合料強(qiáng)度代表值的變化曲線。根據(jù)曲線，得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的容許最大延遲時(shí)間。該項(xiàng)目最大容許延遲時(shí)間為3 h43 min，見(jiàn)圖4所示：

圖4 水泥穩(wěn)定碎石基層最大容許延遲時(shí)間圖

（4）生產(chǎn)參數(shù)的確定。施工實(shí)際采用的水泥劑量宜比試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)確定的劑量多0.5%～1.0%。采用集中廠拌法時(shí)宜增加0.5%；采用路拌法時(shí)宜增加1.0%。以配合比設(shè)計(jì)的結(jié)果為依據(jù)，綜合考慮施工過(guò)程中的氣候條件，含水率可增加0.5%～1.5%。

1.2.4 試驗(yàn)段檢測(cè)

正式施工前，應(yīng)鋪筑試驗(yàn)路段，試驗(yàn)路段應(yīng)設(shè)置在工程施工路段上，長(zhǎng)度宜為200～300 m。試驗(yàn)路段應(yīng)給出施工的關(guān)鍵參數(shù)推薦值，包括配合比、含水率、松鋪系數(shù)和碾壓工藝等，為后續(xù)正式生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

（1）水泥劑量檢測(cè)。對(duì)生產(chǎn)的混合料及時(shí)取樣進(jìn)行EDTA水泥劑量檢測(cè)，根據(jù)配合比中繪制的結(jié)合料劑量曲線查出對(duì)應(yīng)的水泥劑量。

（2）含水率檢測(cè)。對(duì)生產(chǎn)的混合料進(jìn)行含水率檢測(cè)，含水率應(yīng)根據(jù)天氣條件及運(yùn)輸距離進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以便于混合料壓實(shí)緊密。

（3）混合料級(jí)配檢測(cè)。對(duì)生產(chǎn)的混合料進(jìn)行篩分檢測(cè)，確定級(jí)配是否在設(shè)計(jì)及規(guī)范要求范圍內(nèi)，并與生產(chǎn)配比中的摻配級(jí)配進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)有無(wú)大的偏離。如有偏離應(yīng)及時(shí)對(duì)上級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。良好的級(jí)配有利于提高混合料的密實(shí)度和強(qiáng)度，降低水泥用量[1]。

（4）混合料最大干密度及最佳含水率檢測(cè)。對(duì)生產(chǎn)的混合料取樣，進(jìn)行表面振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)以確定最大干密度，為后續(xù)的壓實(shí)度檢測(cè)提供依據(jù)。確定最大干密度與最佳含水率指標(biāo)時(shí)，宜采用表面振動(dòng)壓實(shí)，也可采用重型擊實(shí)。如采用重型擊實(shí)，應(yīng)將重型擊實(shí)法確定的最大干密度乘以1.03系數(shù)的結(jié)果，作為壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)密度及強(qiáng)度試驗(yàn)靜壓成型試件的基準(zhǔn)密度。

（5）壓實(shí)度及厚度檢測(cè)。按2～3個(gè)段落設(shè)置不同的松鋪厚度，不同的松鋪厚度碾壓后進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。并按碾壓一遍、檢測(cè)一遍的原則，直至不同的松鋪厚度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求。為后續(xù)施工確定松鋪系數(shù)及碾壓遍數(shù)。

（6）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。按混合料室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件的所需試樣質(zhì)量，成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)生6 d、泡水1 d后進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。

（7）芯樣完整性檢測(cè)。對(duì)成型路面養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，對(duì)鉆取的芯樣外觀、完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（8）成型路面彎沉檢測(cè)。對(duì)成型路面養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行彎沉檢測(cè)，評(píng)價(jià)路面基層的承載能力是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

1.2.5 施工過(guò)程檢測(cè)

同試驗(yàn)段檢測(cè)內(nèi)容一致。

2 水穩(wěn)層的常見(jiàn)病害及防治措施

2.1 開(kāi)裂

水穩(wěn)層時(shí)常發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，其裂縫一般沿道路縱向方向呈橫向裂縫，裂縫寬度一般小于3 mm。

2.1.1 原因分析

一般裂縫分為干縮性裂縫及溫縮性裂縫。

（1）干縮性裂縫。水穩(wěn)層壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期的干縮；正常養(yǎng)護(hù)期滿(mǎn)后到下一層工序施工（通常為瀝青封層施工）這段時(shí)間的干縮。這些都是指水分流失后的干縮導(dǎo)致的開(kāi)裂。

（2）溫縮性裂縫。水穩(wěn)層熱脹冷縮產(chǎn)生的裂縫（一是指環(huán)境溫差變化大，二是指水泥硬化過(guò)程中釋放的水化熱）。水泥無(wú)機(jī)結(jié)合料內(nèi)部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相體等，在溫差作用下必然會(huì)使其產(chǎn)生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫[2]。

2.1.2 防治措施

（1）控制水泥劑量。水穩(wěn)層的水泥劑量應(yīng)控制在2.5%～5.0%（材料的不同、設(shè)計(jì)強(qiáng)度的不同），水泥劑量的多與少直接影響水穩(wěn)層的強(qiáng)度，劑量越高強(qiáng)度則越高。但劑量越高，水泥硬化過(guò)程中的水化熱會(huì)越大，從而導(dǎo)致水穩(wěn)層內(nèi)外產(chǎn)生的溫差越大，干縮變形和溫縮變形越嚴(yán)重，越易產(chǎn)生開(kāi)裂。一旦水穩(wěn)層裂縫越多，越易導(dǎo)致水穩(wěn)層的破壞，縮短道路使用年限。劑量過(guò)小，又不能保證水穩(wěn)層的強(qiáng)度，從而降低路面的承載能力。

（2）水泥的選擇。水泥是將級(jí)配碎石由柔性層轉(zhuǎn)變?yōu)榘雱傂詫拥奈ㄒ徊牧?，是質(zhì)量的關(guān)鍵因素，應(yīng)選擇合適的水泥品種及強(qiáng)度等級(jí)。一般選用P.O水泥（普通硅酸鹽水泥），其強(qiáng)度等級(jí)一般為42.5 MPa（因2018年GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第三號(hào)修改單，

（下轉(zhuǎn)第24頁(yè)）

（上接第47頁(yè)）

將普通硅酸鹽水泥中的32.5強(qiáng)度等級(jí)刪除），水泥中活性成分過(guò)多或強(qiáng)度等級(jí)過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致溫縮變大出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

（3）含水率的控制。施工碾壓時(shí)，混合料中含水率不宜超過(guò)最佳含水率的1%。含水率越大，水穩(wěn)層蒸發(fā)散失的水分越多，更易形成裂縫。含水率過(guò)大還會(huì)降低水穩(wěn)層的強(qiáng)度，降低路面承載能力。

2.2 離析、局部松散

2.2.1 原因分析

（1）水穩(wěn)混合料在攪拌結(jié)束后發(fā)生的放料離析。

（2）攤鋪過(guò)程中發(fā)生的攤鋪離析、局部松散。

2.2.2 防治措施

（1）混合料在攪拌站出料口放料時(shí)，應(yīng)降低放料高度，混合料的落距不宜大于2 m。運(yùn)料車(chē)裝料時(shí)應(yīng)移動(dòng)前后位置，均勻裝料，降低混合料的落距高度，避免落差過(guò)大產(chǎn)生離析。

（2）攤鋪時(shí)，混合料應(yīng)覆蓋螺旋布料器三分之二以上，但不宜全部覆蓋。螺旋布料器應(yīng)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，避免過(guò)快或過(guò)慢。攤鋪成型后碾壓前，安排工人鏟除離析部位，用新拌混合料填補(bǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，該文只需根據(jù)水穩(wěn)基層形成機(jī)理和材料特性，在配比設(shè)計(jì)中做到優(yōu)化級(jí)配、控制水泥用量和用水量，嚴(yán)格進(jìn)行檢測(cè)控制，可保證這種基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)路段提供的施工參數(shù)，強(qiáng)化施工工藝，及時(shí)封閉交通，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，從而達(dá)到減少或消除質(zhì)量通病，提高實(shí)體質(zhì)量。隨著施工機(jī)械化程度的提高，施工速度的加快，事先和事中控制顯得尤為重要，只有嚴(yán)格控制施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)，做好試驗(yàn)檢測(cè)工作，才能高質(zhì)量完成水穩(wěn)基層建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

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