水泥穩(wěn)定碎石基層振動成型法配比設(shè)計應(yīng)用

劉明江

（武威公路管理局試驗(yàn)檢測技術(shù)服務(wù)中心，甘肅 武威 733000）

水泥穩(wěn)定碎石基層振動成型法配比設(shè)計應(yīng)用

劉明江

（武威公路管理局試驗(yàn)檢測技術(shù)服務(wù)中心，甘肅 武威 733000）

本文簡述了基層振動成型法和傳統(tǒng)靜壓法，在金昌至武威高速公路路面工程施工中的應(yīng)用，主要對材料，配合比設(shè)計，施工工藝方面做了要求，取得了預(yù)期的效果有一定的借鑒價值。

水泥穩(wěn)定碎石；振動成型法；施工應(yīng)用

近年來，半剛性基層的應(yīng)用及研究雖然取得了一定的成果，但半剛性基層瀝青路面路用性能并不是都達(dá)到了預(yù)期的效果。主要表現(xiàn)為存在收縮裂縫，當(dāng)有水滲入后可能出現(xiàn)唧漿現(xiàn)象；當(dāng)結(jié)構(gòu)組合設(shè)計不合理或半剛性基層自身存在質(zhì)量問題時，往往會發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。以上問題的存在并不表明半剛性基層路用性能差。但是，工程實(shí)踐中出現(xiàn)的一些問題卻反映出目前采用的半剛性基層混合料設(shè)計、評價指標(biāo)及試驗(yàn)方法等方面尚需進(jìn)一步改進(jìn)。在金昌至武威高速公路路面工程施工時，我負(fù)責(zé)試驗(yàn)檢測及質(zhì)量控制，當(dāng)時就采用了振動法，進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計試驗(yàn)與施工。以下將從原材料，混合料組成設(shè)計，試驗(yàn)段及施工工藝方面應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 原材料要求

1.1 碎石

碎石的最大粒徑不應(yīng)超過31.5mm；碎石的壓碎值應(yīng)不大于30%；有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)超過2%；硫酸鹽不應(yīng)超過0.25%。其顆粒組成滿足設(shè)計要求。同時，碎石的種類數(shù)量應(yīng)與施工拌和樓的料倉數(shù)相匹配。在此使用三種規(guī)格的碎石，即10～30mm，5～10mm和0～5mm三種，其級配見表1。

表1 各種碎石通過率 單位：%

經(jīng)檢測，各碎石級配符合要。集料壓碎值為10.5%，符合規(guī)范要求壓碎值不大于30%。

1.2 水洗砂

各項(xiàng)指標(biāo)均符合施工規(guī)范要求。

1.3 水

一般飲用水，委托有關(guān)部門化驗(yàn)鑒定合格。

1.4 水泥

普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥均適用。但不得使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥。采用32.5的水泥。初凝時間大于3h，終凝時間大于6h。采用金泥牌PO.32.5級水泥，其主要指標(biāo)見表2。

表2 水泥指標(biāo)

2 混合料組成設(shè)計

水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的設(shè)計步驟均與其在 《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中相關(guān)規(guī)定基本一致?；旌狭霞壟洳捎灭B(yǎng)護(hù)研究院建議級配范圍。

2.1 混合料級配設(shè)計

混合料級配設(shè)計計算見表3。

表3 水泥碎石級配設(shè)計表

2.2 混合料最佳含水量、最大干密度的確定

分別對混合料進(jìn)行振動擊實(shí)試驗(yàn)和重型擊實(shí)試驗(yàn)，確定混合料在振動擊實(shí)試驗(yàn)方式和重型擊實(shí)試驗(yàn)下的最佳含水量和最大干密度。見表4。

表4 水泥穩(wěn)定碎石擊實(shí)結(jié)果

由表4結(jié)果可以看出，振動擊實(shí)最大干密度和重型擊實(shí)最大干密度關(guān)系為：

P振動擊實(shí)＝1.021P重型擊實(shí)

2.3 7d無測限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

試件成型方式： 在振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的各種混合料的最佳含水量與最大干密度下，分別由振動和靜壓成型試件，振動成型試件的壓實(shí)度為振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的各種混合料最大干密度的98%，靜壓成型試件的壓實(shí)度為振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的各種混合料最大干密度的98%。成型圓柱形試件，尺寸為15cm×150cm,按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，各種試件的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均為飽水強(qiáng)度。如下表5為7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

表5 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

2.4 水泥用量的確定

根據(jù)設(shè)計要求的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)3.8MPa，并結(jié)合混合料振動成型試件的強(qiáng)度，選定合適的結(jié)合料劑量為：3.5%；混合料比列：碎石（20～30）碎石：(5～10)：碎石(0～5)：砂＝21；43；21；15.施工過程中現(xiàn)場壓實(shí)度控制為振動擊實(shí)確定的最大干密度2.39g/cm3，最佳含水量5.2%，結(jié)合料劑量為：3.5%，廠拌加0.5%。

3 鋪筑試驗(yàn)段

3.1 拌和樓的調(diào)試

通過對各料倉皮帶轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使混合料級配最大限度與設(shè)計級配一致。

3.2 鋪筑試驗(yàn)路應(yīng)確定的項(xiàng)目

通過鋪筑無結(jié)合料的集料基層試驗(yàn)段，確定以下主要項(xiàng)目：

1）用于施工的集料配合比例為試驗(yàn)確定的比列。

2）材料的松鋪系數(shù)1.25。

3）確定標(biāo)準(zhǔn)施工方法。施工機(jī)械組合： 壓實(shí)度大于等于85的攤鋪機(jī)2臺（2臺攤鋪機(jī)的夯實(shí)力量和頻率必須保持一致）；機(jī)重16～22t、工作寬度190～220cm及振動頻率25～40Hz的振動壓路機(jī)2臺；18/21t三輪靜碾壓路機(jī)2臺。

施工工藝：振動壓路機(jī)不掛振穩(wěn)壓1遍，振動壓路機(jī)掛振碾壓4遍，靜碾壓路機(jī)碾壓2遍。

4）確定每一作業(yè)段的合適長度。

3.3 試驗(yàn)路質(zhì)量控制的項(xiàng)目、頻率和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)路質(zhì)量控制的項(xiàng)目、頻率和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本與《金昌至武威高速公路項(xiàng)目土建工程施工招標(biāo)文件》中相關(guān)規(guī)定基本一致，須特別指出的是：

1）試驗(yàn)路的壓實(shí)度100m每車道檢測10處。其檢測結(jié)果都大于等于98%。

2）水泥穩(wěn)定級配碎石基層齡期7d應(yīng)能取出完整的鉆件（鉆件尺寸Φ15）；試驗(yàn)段表明5d鉆芯取樣，芯樣表面光滑，完整。

4 施工要求及工藝

振動擊實(shí)法試驗(yàn)確定的水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的施工要求與其在《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中相關(guān)規(guī)定一致。

4.1 設(shè)備

拌和設(shè)備，采用強(qiáng)制式拌合機(jī)，每小時產(chǎn)量不小于500t。

攤鋪設(shè)備，振實(shí)度大于等于85的攤鋪機(jī)兩臺，要求兩臺的夯實(shí)力量及頻率必須保持一致，工作寬度滿足幅寬，雙機(jī)攤鋪寬度重疊20cm。上下層次之間的縱向攤鋪接縫必須錯開。

壓實(shí)機(jī)械，配備18～22t振動壓路機(jī)2～3臺，20～26t膠輪壓路機(jī)2臺，電夯機(jī)1臺。養(yǎng)生設(shè)備，灑水車2臺，土工布（一布一膜）按7天養(yǎng)生期所施工的路段長度確定。

4.2 準(zhǔn)備下承層

下承層必須干凈，密實(shí)無松散，平整，濕潤。

4.3 拌和質(zhì)量控制

配料必須準(zhǔn)確，保證滿足級配要求，原材料規(guī)格質(zhì)量穩(wěn)定，上料均勻防止離析，料倉倉門開啟度、電機(jī)轉(zhuǎn)速必須經(jīng)過“流量——轉(zhuǎn)速”曲線標(biāo)定。

含水量，根據(jù)具體的天氣情況和各種原材料含水量的變化，及時調(diào)節(jié)拌和樓的加水量，以保證施工現(xiàn)場混合料的含水量接近或略大于振動擊實(shí)確定的最佳含水量，但不能過大或過小。

4.4 施工工藝

4.4.1 機(jī)械組合

攤鋪機(jī)2臺 （2臺攤鋪機(jī)的夯實(shí)力量和頻率必須保持一致）；機(jī)重22～22t、工作寬度190～220cm及振動頻率25～40Hz的振動壓路機(jī)2臺；18/21t輪胎壓路機(jī)2臺。

4.4.2 施工工藝

初步壓密階段。這個階段采用振動壓路機(jī)不掛振穩(wěn)壓1遍，混和料鋪筑后要盡快完成初壓，以減緩混和料中水分的散失?；旌土系拿芏葘⒂射伷綍r的自然密度過渡到一種重力靜止密度。此時集料接觸形成一種不穩(wěn)定的骨架，分布在集料間隙中的結(jié)合料由自然狀態(tài)過渡到被擠壓狀態(tài)。

成型壓密階段。此階段采用振動壓路機(jī)低頻、高幅的掛振碾壓方式碾壓2遍。在壓路機(jī)的反復(fù)碾壓作用下集料互相接觸形成自然排列狀態(tài)骨架。分布在集料空隙中的結(jié)合料原地壓密。

液化超強(qiáng)壓實(shí)。這一階段宜采用振動壓路機(jī)高頻、低幅的振動掛振碾壓方式碾壓1～2遍。在振動壓路機(jī)的往復(fù)振動作用下壓密的水泥穩(wěn)定碎石或二灰穩(wěn)定碎石有液化現(xiàn)象，結(jié)合料與集料表面會聚有析出的漿體，集料空隙中多余的結(jié)合料會呈現(xiàn)出再分布的跡象。已經(jīng)形成自然松排狀態(tài)的集料骨架會因?yàn)橐夯F(xiàn)象提供的潤滑條件而克服集料摩阻力再緊靠排列，而形成嵌入式骨架。

封閉碾壓。這一階段采用膠輪靜碾壓路機(jī)碾壓1～2遍。一是對振動碾壓后基層表面?zhèn)€別活動的集料再做一次就位性碾壓，二是將已經(jīng)壓實(shí)的基層表面再做一次提漿封閉，避免水分散失，封閉碾壓可以作為一個整形、處理局部小缺陷的工序。

當(dāng)然，施工設(shè)備不盡相同，現(xiàn)場具體的施工工藝也會有較大差異，因此在正式大面積施工作業(yè)前，要鋪筑一定長度的試驗(yàn)段以確定其相應(yīng)的合理、有效的施工工藝。

5 質(zhì)量控制

級配必須嚴(yán)格控制在養(yǎng)護(hù)研究院設(shè)計的范圍內(nèi)；振動擊實(shí)法試驗(yàn)確定的水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的質(zhì)量檢查項(xiàng)目及其要求與《金昌至武威高速公路項(xiàng)目土建工程施工招標(biāo)文件》中相關(guān)規(guī)定基本一致，不同之處在于：以振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度作為現(xiàn)場壓實(shí)度檢測的標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)度控制，是在振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的水泥穩(wěn)定碎石混合料的最佳含水量與最大干密度下，室內(nèi)靜壓成型圓柱形試件，靜壓成型試件的壓實(shí)度為振動擊實(shí)試驗(yàn)確定的各種混合料最大干密度的 96%～98%，尺寸為Φ15cm×15cm。按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了試驗(yàn)。

6 結(jié)論

經(jīng)過振動成型法配合比設(shè)計及施工實(shí)踐，總結(jié)出振動成型法主要優(yōu)點(diǎn)是：采用振動成型半剛性基層混合料，模擬現(xiàn)場施工碾壓工藝；基層混合料的級配采用細(xì)集料用量少的優(yōu)化級配；減少水泥用量；低劑量水泥能大大減少裂縫的產(chǎn)生；振動成型的試件空間結(jié)構(gòu)排列合理，密度大、強(qiáng)度高、孔隙率小、吸水率低、干縮系數(shù)小。但要求施工水平較高。因此，采用振動法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計優(yōu)化，可充分發(fā)揮半剛性基層的優(yōu)勢，提高路面的使用性能。

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圖12 水煮前常溫浸泡時間對鎖陽多糖得率的影響

圖13 水煮前常溫浸泡時間對鎖陽多糖含量的影響

而采用不同的蒸煮時間比提取，鎖陽多糖粗品中多糖含量隨蒸煮時間比的增加而降低，但其最低值仍高于“先泡后煮”的最高值。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)表明：“先泡后煮”和“先蒸后煮”2種鎖陽提取工藝相比較，選定合適的工藝操作參數(shù)，雖然鎖陽多糖粗品得率基本相等，但采用“先蒸后煮” 提取工藝，鎖陽多糖粗品中的多糖含量可提高7%以上，“先蒸后煮”優(yōu)于“先泡后煮”提取工藝。

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U416.213