水泥穩(wěn)定碎石延遲時(shí)間試驗(yàn)方法探討

孔 凡 子

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230000; 2.安徽省七星工程測(cè)試有限公司,安徽 合肥 230011)

1 概述

隨著我國(guó)交通建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量管理理念的不斷提升，水泥穩(wěn)定碎石作為一種典型半剛性材料路面基層結(jié)構(gòu)，因取材方便，施工技術(shù)成熟，已經(jīng)被推廣并廣泛使用。水泥穩(wěn)定碎石是以級(jí)配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)，強(qiáng)度主要靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)，同時(shí)有足夠的灰漿體積來(lái)填充骨料的空隙。它初期強(qiáng)度高，并且強(qiáng)度隨齡期而增加，很快結(jié)成板體，因而具有較高的強(qiáng)度、較好抗?jié)B度和抗凍性能，在我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

水泥穩(wěn)定碎石容許延遲時(shí)間是水穩(wěn)基層施工過(guò)程中的重要生產(chǎn)控制技術(shù)指標(biāo)之一，它是指在滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的前提下，水泥穩(wěn)定材料拌合后至碾壓結(jié)束之前所容許的最大時(shí)間間隔。水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成、干密度和壓實(shí)度都要求骨架型水穩(wěn)施工延遲時(shí)間越短越好，而平整度的要求是延遲時(shí)間越長(zhǎng)越好。因此，為了既保證骨架型水穩(wěn)強(qiáng)度和壓實(shí)度又要確保其平整度，必須合理確定和利用延遲時(shí)間，以便在最佳延遲時(shí)間內(nèi)全面實(shí)現(xiàn)骨架型水穩(wěn)各項(xiàng)質(zhì)量要求。

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則中明確規(guī)定了生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)應(yīng)包括“確定水泥穩(wěn)定材料的容許延遲時(shí)間”這一技術(shù)條件。但是，目前現(xiàn)行的試驗(yàn)規(guī)程、施工技術(shù)規(guī)范，如JTG E51—2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程，均未對(duì)水穩(wěn)延遲時(shí)間試驗(yàn)提出具體的試驗(yàn)操作方法。試驗(yàn)人員在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于理解不同，也存在爭(zhēng)議。本文則以安徽省某高速公路水泥穩(wěn)定碎石底基層配合設(shè)計(jì)項(xiàng)目為依托，根據(jù)本單位試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，探索性地提出水泥穩(wěn)定碎石延遲時(shí)間的試驗(yàn)操作方法。

2 原材料及混合料組成設(shè)計(jì)

2.1 原材料

原材料各檔級(jí)配碎石、石粉，均產(chǎn)自和縣善厚鎮(zhèn)雙山石料廠；水泥(散裝P.C32.5R)，產(chǎn)自安徽長(zhǎng)豐海螺水泥有限公司。

2.2 混合料組成設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求的級(jí)配范圍和各檔礦料篩分結(jié)果，進(jìn)行混合料組成設(shè)計(jì)，結(jié)果如表1，圖1所示。

表1 水泥穩(wěn)定碎石底基層級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

按此礦料級(jí)配比例進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，最終確定水泥設(shè)計(jì)劑量為2.8%，最大干密度為2.337 g/cm3，最佳含水率為4.5%。

3 水泥穩(wěn)定碎石容許延遲時(shí)間試驗(yàn)

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則中規(guī)定：“混合料在選定的級(jí)配、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌合好以后，分別按立刻壓實(shí)、燜料1 h再壓實(shí)、燜料2 h再壓實(shí)、燜料3 h再壓實(shí)等條件，成型標(biāo)準(zhǔn)試件，且每組的樣本數(shù)量不少于規(guī)定的要求。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生后，測(cè)量混合料的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，從而得到不同延遲時(shí)間條件下，混合料強(qiáng)度代表值的變化曲線。根據(jù)這條曲線，得到混合料滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的容許延遲時(shí)間?！?/p>

3.1 延遲時(shí)間對(duì)擊實(shí)結(jié)果的影響

將水穩(wěn)混合料在選定的級(jí)配、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌合均勻，按JTG E51—2009，T0804—1994公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中的丙法規(guī)定，結(jié)合本項(xiàng)目所用水泥初凝時(shí)間檢測(cè)結(jié)果為305 min，從加水時(shí)間算起，按加水后立刻試驗(yàn)、加水后燜料1 h，2 h，3 h，4 h，5 h條件下，分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，以延遲時(shí)間為橫坐標(biāo)，最大干密度與最佳含水率為縱坐標(biāo)，繪制延遲時(shí)間與擊實(shí)結(jié)果的關(guān)系曲線，如圖2所示。

由圖2可以看出，水泥穩(wěn)定碎石混合料的最大干密度結(jié)果隨著拌合的時(shí)間的增加而減小，即延遲時(shí)間越長(zhǎng)，混合料最大干密度結(jié)果損失就越大。可見(jiàn)，用無(wú)延遲時(shí)間的混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)一成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)一定的誤差。

3.2 延遲時(shí)間對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果的影響

3.2.1無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件的成型

根據(jù)對(duì)應(yīng)延遲時(shí)間的擊實(shí)結(jié)果，按照J(rèn)TG E51—2009，T0843—2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中的靜力壓實(shí)法，依據(jù)設(shè)計(jì)文件中要求壓實(shí)度98%制備無(wú)側(cè)限標(biāo)準(zhǔn)試件，且每組樣本數(shù)量不少于規(guī)范規(guī)定的要求。

標(biāo)準(zhǔn)試件成型過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)要合理安排加水時(shí)間，提高試件成型效率。

水泥穩(wěn)定碎石的延遲時(shí)間是從混合料加水拌合時(shí)開始計(jì)時(shí)，拌合均勻后燜料至要求的時(shí)間，在最后的15 min左右，要進(jìn)行混合料裝模、插實(shí)、壓模成型、穩(wěn)壓等一系列過(guò)程，這樣從加水拌合時(shí)間起，至混合料成型結(jié)束的時(shí)間止，才是水穩(wěn)混合料的延遲時(shí)間，因此在成型1組(一般13個(gè)試件)無(wú)側(cè)限標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，要根據(jù)操作的熟練程度，精確計(jì)算、錯(cuò)開加水時(shí)間，合理成型標(biāo)準(zhǔn)試件(在滿足變異系數(shù)要求、芯樣完整性及尺寸滿足的前提下，建議成型13個(gè)～18個(gè)無(wú)側(cè)限標(biāo)準(zhǔn)試件)，防止操作產(chǎn)生的時(shí)間誤差，最終對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2)要保證水泥穩(wěn)定碎石混合料的含水率。

水泥穩(wěn)定碎石的加水量是根據(jù)混合料的最佳含水率計(jì)算得出，從加水拌合起到燜料至要求的延遲時(shí)間，要保證含水率基本保持不變，除了要控制室內(nèi)濕度以外，延遲成型的試件在加水拌合時(shí)，每個(gè)試件的加水量要稍稍大于最佳含水率的要求。

3)標(biāo)準(zhǔn)試件混合料裝模與成型。

水穩(wěn)混合料延遲時(shí)間與水泥初凝時(shí)間越接近，標(biāo)準(zhǔn)試件越難以成型，所以延遲時(shí)間在3 h及以上的混合料成型時(shí)，每個(gè)試件的混合料應(yīng)平均分3次灌入試模，每次灌入后要保證用夯棒盡量均勻插實(shí)，且盡量避免試件兩端有較大粒徑的粗集料，試模裝滿混合料后放入壓力機(jī)壓實(shí)時(shí)，建議加載速率不可超過(guò)1 mm/min，且注意勻速加壓，上下壓柱壓入試模后，維持壓力3 min～5 min。

3.2.2各延遲時(shí)間下無(wú)側(cè)限強(qiáng)度結(jié)果

各組標(biāo)準(zhǔn)試件在環(huán)境溫度20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度不小于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下養(yǎng)生6 d，浸水24 h后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 各延遲時(shí)間下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果匯總表

以延遲時(shí)間為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)95%保證率無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值Rc0.95為縱坐標(biāo)，繪制延遲時(shí)間與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖，見(jiàn)圖3(a)曲線。

由圖3(a)曲線可知，水泥穩(wěn)定碎石的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著延遲時(shí)間的增加而下降，即延遲時(shí)間越長(zhǎng)，水穩(wěn)強(qiáng)度損失越大。根據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果，按照相關(guān)設(shè)計(jì)文件中7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度2.5 MPa～3.0 MPa的技術(shù)要求，確定容許延遲時(shí)間為3 h。

3.3 擊實(shí)結(jié)果對(duì)容許延遲時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果的影響

上文中提到，在確定水泥穩(wěn)定碎石容許延遲時(shí)間試驗(yàn)時(shí)，用無(wú)延遲時(shí)間的混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)一成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，以確定容許延遲時(shí)間，是不合理的，試驗(yàn)結(jié)果有一定的偏差。

根據(jù)JTG E51—2009，T0843—2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試件制作方法，水泥穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試件成型前，首先要計(jì)算單個(gè)試件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，而標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的計(jì)算則與水穩(wěn)混合料的擊實(shí)結(jié)果有關(guān)：

單個(gè)試件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量：

m0=V×ρmax×(1+wopt)×γ。

其中，V為試件體積(即試模的體積)，cm3；ρmax為混合料最大干密度，g·cm3；wopt為混合料最佳含水率，%；γ為混合料壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，%。

由該計(jì)算公式可看出，當(dāng)混合料擊實(shí)結(jié)果發(fā)生變化時(shí)，試件標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量也會(huì)發(fā)生變化的，若采用無(wú)延遲時(shí)間的混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，即所有延遲時(shí)間的混合料試件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量不變，在試模體積一致的情況下，水穩(wěn)混合料被迫壓實(shí)，其無(wú)側(cè)限強(qiáng)度結(jié)果必然偏高。

采用本次無(wú)延遲時(shí)間的水穩(wěn)混合料擊實(shí)結(jié)果、98%壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制備各延遲時(shí)間的無(wú)側(cè)限標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下養(yǎng)生6 d，浸水24 h后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 采用同一擊實(shí)結(jié)果成型的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果匯總表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制延遲時(shí)間與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3(b)曲線。

由圖3(b)關(guān)系曲線圖可知，按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度2.5 MPa～3.0 MPa的技術(shù)要求，確定容許延遲時(shí)間約為3.5 h，與原先確定的3 h結(jié)果不一致，且每種延遲時(shí)間下，用無(wú)延遲時(shí)間的水泥穩(wěn)定碎石擊實(shí)結(jié)果成型的試件(圖4中W)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果，比用各延遲時(shí)間下的擊實(shí)結(jié)果成型的試件(圖4中Y)強(qiáng)度結(jié)果要高，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4。因此，擊實(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性也是確定水泥穩(wěn)定碎石容許延遲時(shí)間和強(qiáng)度結(jié)果的影響因素之一。

4 試驗(yàn)結(jié)論

鑒于以上試驗(yàn)結(jié)果，要合理、正確地確定水泥穩(wěn)定碎石的容許延遲時(shí)間，試驗(yàn)方法除根據(jù)JTG E51—2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程相關(guān)要求，此外，在試驗(yàn)過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)各延遲時(shí)間的水穩(wěn)混合料分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，并采用對(duì)應(yīng)的擊實(shí)結(jié)果成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試件成型的過(guò)程中還應(yīng)注意要合理安排加水時(shí)間、保證混合料的含水率、混合料裝模與成型等操作中的細(xì)節(jié)問(wèn)題?？傊囼?yàn)是為施工服務(wù)的。規(guī)范和理論都需要在實(shí)際工作中不斷完善，對(duì)于規(guī)范中的欠缺，我們應(yīng)該勇于探索，敢于求新，用實(shí)踐不斷完善規(guī)范理論，再用規(guī)范理論正確指導(dǎo)實(shí)踐，才能保證工程的施工質(zhì)量。