水泥劑量對水泥穩定碎石基層溫縮性能的影響

閆 晨

(青海省交通規劃設計研究院有限公司 西寧 810000)

0 引言

水泥穩定碎石基層是一種半剛性結構層[1],一般以具有一定強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,水泥穩定碎石基層鋪筑初期表現出較高的強度,后期隨著齡期強度呈現較快的提升,并膠結成板體結構[2],很多工程實踐表明其作為路面材料有良好的抗滲性,同時在冬季嚴寒地區表現出較好的抗凍性。水泥穩定碎石基層一旦成型凝固后遇雨不泥濘,表面堅實,是理想的公路筑路材料。然而,水泥穩定碎石基層也有它的缺點,在周圍溫度發生較大變化時內部會產生溫度應力,在溫度應力作用下結構層表面會開裂,進而反射到路面形成病害。本文主要對骨架嵌擠型級配和懸浮密實型級配水穩碎石混合料的抗溫度收縮性能進行室內試驗研究,供廣大工程建設人員借鑒與參考。

1 試驗原材料與方法

1.1 原材料及各項指標

試驗所用原材料:

(1)水泥:產地青海湟源,采用P.C32.5級復合硅酸鹽緩凝水泥,初凝時間4.6h,終凝時間5.1h。

(2)砂礫:采用西寧通海級配砂礫,顆粒級配符合規定,塑性指數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:用無公害生活用水。

(4)水泥:級配砂礫= 5∶95

(5)最佳含水量:5.0%;最大干密度:2.37g/cm3。

P.C32.5級復合硅酸鹽緩凝水泥,碎石和石屑,各種集料和水泥的試驗結果均滿足技術指標要求。此外,為了對比研究抗裂嵌擠型水穩碎石混合料和傳統型的水穩碎石混合料抗溫度收縮性能的差異[3],按表1中的級配進行試驗,將傳統型水泥穩定碎石標記為級配A,將抗裂型水泥穩定碎石標記為級配B。

表1 水泥穩定碎石級配組成

1.2 溫縮性能試驗

水泥穩定碎石基層的溫縮性能試驗按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》,按試驗規程制作標準混合料試件,并對混合料試件標準養護6d,浸水養護1d。溫縮試驗時分別用級配A和級配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,同時在溫度(10±2)℃、相對溫度>90%的條件下保濕養生7d,試件的收縮測量采用路面材料脹縮儀進行[4]。

水泥穩定碎石基層的溫縮性能通常用溫縮系數來表示,即溫度改變所引起的材料收縮的單位應變值[3]。為了對比研究骨架嵌擠型級配和懸浮密實型級配水穩碎石混合料的抗溫度收縮性能的差異性,根據上述級配和不同的水泥劑量進行了試驗,試驗結果見表2。

表2 不同水泥劑量下水泥穩定碎石結構試件溫度收縮試驗結果

1.3 試驗結果

由表2不同水泥劑量下水泥穩定碎石結構試件溫度收縮試驗結果可知,級配A和級配B在相同的水泥劑量的情況下的平均溫縮系數的變化如圖1所示。

圖1 不同水泥劑量水泥穩定碎石結構的溫縮曲線圖

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

關于不同級配下的水泥穩定碎石結構溫縮系數,國內外的很多學者做了相關的試驗和研究,同樣得出相同的水泥劑量下,骨架嵌擠型的溫縮系數是傳統懸浮密實型的89%～92%。因此在實際工程應用中,建議使用級配B,即抗裂型水泥穩定碎石、骨架密實型的水泥穩定碎石結構層作為高速公路的基層,在一定程度上會降低結構層溫縮產生的裂縫。

2 水泥穩定碎石基層施工工藝

根據以上試驗結果,在實際工程實施中,以青海省在建某項目的路面水泥穩定碎石基層施工為依托,進行試驗段的鋪筑,其施工工藝主要內容如下。

2.1 主要技術參數

(1)施工配合比

水泥∶級配碎石= 5∶95;

最佳含水量:5.0%;最大干密度:2.37g/cm3。

(2)混合料的松鋪系數確定為1.37。

(3)壓路機噸位:18T。

(4)碾壓遍數:穩壓2遍、振壓4遍、靜壓1遍。

2.2 施工工藝

2.2.1 下承層施工準備

墊層驗收,待驗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,標出攤鋪機行走的導向線,掛好鋼絲基準線[5]。放樣過程中支柱之間的間距以10m為宜,并用緊線器拉緊基準線,以免影響攤鋪的平整度,同時在攤鋪時現場管理人員加強管理,避免作業人員擾動基準線造成攤鋪面起伏不平。

2.2.3 混合料拌合、運輸

水泥穩定碎石混合料的拌合宜采用集中廠拌,廠拌的設備及布置位置在拌合前需報請監理工程師批準。拌合時,試驗員要定時檢查水泥劑量,并根據氣候氣溫情況控制含水量,以大于最佳含水量0.5～1.0個百分點為宜[6]。氣溫高或風大時也可大于最佳含水量1～2個百分點,以補償施工過程中的水分蒸發。含水量過大或過小,都會影響混合料密度與鋪筑后的強度。所以在實際施工中,可根據施工地點的氣溫等條件適時調整混合料的含水量,保證混合料的最佳含水量及水泥穩定結構層的最大干密度。

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

2.2.4 混合料攤鋪與整形

水泥穩定碎石混合料攤鋪一般采用兩臺攤鋪機梯隊攤鋪的方式,一次攤鋪成型。在攤鋪基層前,首先對各項技術指標進行全面檢測,同時要將其上的浮土雜物清除干凈,保證表面整潔,并灑水濕潤。但攤鋪長度不宜過長,能達到壓路機的工作長度區間即可碾壓。碾壓時,先用振動壓路機靜壓兩遍,再振動壓實,最后壓路機靜壓一遍。碾壓過程中,兩側多壓一遍,輪跡重疊1/2,振動壓實時,前進采用振動,后退靜壓,并使碾壓端頭成臺階形,避免在同一斷面上形成波浪。碾壓過程中,若水分散失快,表面干燥,可補充灑水,保證施工過程中的混合料始終保持濕潤。

2.2.5 混合料的碾壓

攤鋪長度達到20～30m時即可進行碾壓,各項參數可參照試驗段中確定的施工參數,依托工程施工碾壓時的機械組合方式為先用22T振動壓路機靜壓碾壓1遍,然后用22T振動壓路機弱振1遍,高振2遍,大噸位壓路機靜壓1遍,再高振2遍,大噸位壓路機再靜壓1遍,膠輪壓路機收面1遍。以減小或消除多遍振動碾壓造成集料離析和重壓時大噸位壓路機造成集料破碎等不利影響。

3 施工質量保證措施

3.1 優化施工組織

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

3.2 加強現場質量管理

在基層施工過程中,按規定頻率檢查含水量及壓實度,嚴格控制水泥含量,并根據壓實機械計算出適宜的松鋪系數,以保證壓實質量。由專人控制拌合料的配合比,確保強度控制。底基層養生采用灑水車養生,每天灑水的次數應視氣候而定[8]。養生期內應保持底基層表層潮濕,不能時干時濕,以減少水泥穩定碎石基層因溫縮引起的裂縫,并嚴禁其他車輛通行。

3.3 采用先進技術

推廣使用先進工藝、設備和技術,保證水泥穩定碎石混合料拌合、裝卸、攤鋪等設備的配套使用,按已批復的施工組織設計合理調度機械設備[9],并定時檢查各項設備的性能狀態。尤其采用先進的攤鋪機對保證路面的平整度和外觀質量是顯而易見的。

3.4 提高人員素質

沒有稱職的員工,不可能生產合格的、高質量的產品。在施工前做好路面基層施工的技術交底和相關專業的技術和安全培訓[10],在實施過程中技術員做好基層施工中的質量管理。

4 結語

綜上所述,水泥穩定碎石基層的溫縮性與水泥劑量相關,分析得出在相同的水泥劑量下,骨架嵌擠型的溫縮系數是傳統懸浮密實型的89%～92%。采用抗裂型水泥穩定碎石、骨架密實型的水泥穩定碎石結構層作為高速公路的基層,在一定程度上會減少結構層溫縮產生的裂縫。針對路面基層的溫縮裂縫等質量病害,依托在建實施項目總結分析施工工藝,提出相應的質量保證措施,從而提高高速公路路面施工質量。