廣西地區(qū)不同巖性的水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)施工探討

黃家鎮(zhèn) 陳寧

摘要：文章根據(jù)廣西目前常用的水泥穩(wěn)定碎石基層石灰?guī)r、花崗巖材料，分別進(jìn)行集料指標(biāo)、混合料級(jí)配、混合料水泥劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的相關(guān)對(duì)比分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)碾壓成型效果，提出廣西地區(qū)石灰?guī)r、花崗巖水泥穩(wěn)定碎石基層的相關(guān)設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)，為廣西高速公路因地制宜地選用基層材料進(jìn)行設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：廣西;巖性;水泥穩(wěn)定碎石;基層;設(shè)計(jì)施工

0 引言

廣西桂東、桂西、桂中、桂南、桂北地區(qū)等高速公路路面建筑材料偏差較大，桂南地區(qū)的欽州、防城港等地區(qū)花崗巖較多，石灰?guī)r相對(duì)較少，而南寧、崇左、北海等地區(qū)石灰?guī)r較多;桂北（桂林）、桂西（河池、百色等）地區(qū)石灰?guī)r儲(chǔ)量較多，并有一定數(shù)量的輝綠巖和玄武巖;桂東地區(qū)（貴港、玉林、梧州、賀州）具有儲(chǔ)量較多的石灰?guī)r、少量質(zhì)量較優(yōu)的玄武巖。整體來(lái)看廣西區(qū)內(nèi)的高速公路路面石料儲(chǔ)量較為豐富，但隨著近年來(lái)環(huán)保壓力逐漸加大，石場(chǎng)數(shù)量在減少，整體高速公路路面工程所能使用的材料仍處于供不應(yīng)求狀態(tài)。特別是沿海的欽州、防城港地區(qū)由于花崗巖較多，與高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基層、底基層材料采用石灰?guī)r材料的要求不符，但舍近求遠(yuǎn)棄用花崗巖材料顯然不切實(shí)際。因此本文通過對(duì)比石灰?guī)r和花崗巖集料指標(biāo)、水穩(wěn)混合料設(shè)計(jì)級(jí)配、混合料水泥劑量、抗壓強(qiáng)度以及現(xiàn)場(chǎng)的成型效果，提出不同巖性的水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為廣西地區(qū)因地制宜地使用水泥穩(wěn)定碎石基層材料提供參考。

1 不同巖性水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)

本次所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石配合比水泥均采用普通硅酸鹽PO42.5水泥，相關(guān)指標(biāo)均滿足《公路路面基層施工實(shí)施細(xì)則》（JTG/TF20-2015）相關(guān)要求。

1.1 不同巖性的集料指標(biāo)對(duì)比

本次選用欽州地區(qū)花崗巖和上思地區(qū)的石灰?guī)r進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)對(duì)比。

由表1的結(jié)果可知，選用的花崗巖集料和石灰?guī)r集料的關(guān)鍵指標(biāo)均滿足《公路路面基層施工實(shí)施細(xì)則》（JTG/TF20-2015）的相關(guān)要求，但花崗巖由于其自身強(qiáng)度高且脆，集料加工應(yīng)選擇三級(jí)破碎組合方式，防止其針片狀顆粒含量過大，影響使用效果。

1.2 不同巖性的水穩(wěn)基層混合料級(jí)配設(shè)計(jì)對(duì)比

本次水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)，水泥劑量統(tǒng)一采用5%，集料分別采用石灰?guī)r和花崗巖進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。充分考慮花崗巖集料屬于酸性集料，且水泥和花崗巖細(xì)集料形成的膠漿作為膠結(jié)材料，與粗骨料的水化反應(yīng)效果不如石灰?guī)r細(xì)集料與水泥形成的膠漿，因石灰?guī)r石粉碳酸鈣具有晶核效應(yīng)，且能參與水泥水化，因此石灰?guī)r石粉和凝灰?guī)r石粉對(duì)水泥水化程度的貢獻(xiàn)率大于花崗巖玄石粉。同時(shí)，花崗巖細(xì)集料和水泥形成膠漿粘結(jié)早期強(qiáng)度也不如石灰?guī)r細(xì)集料和水泥形成膠漿。其主要原因是在兩種細(xì)集料控制<0.075mm顆粒含量均為10%左右的情況下，亞甲藍(lán)MB值花崗巖細(xì)集料明顯大于石灰?guī)r的亞甲藍(lán)MB值，因此說(shuō)明花崗巖細(xì)集料中黏土成分略多于石灰?guī)r細(xì)集料，導(dǎo)致強(qiáng)度略低。因此配合比設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮花崗巖細(xì)集料和石灰?guī)r細(xì)集料的特性，為減少由于細(xì)集料特性導(dǎo)致的水泥穩(wěn)定碎石混合料的強(qiáng)度差異，并根據(jù)現(xiàn)行的《公路路面基層施工實(shí)施細(xì)則》（JTG/TF20-2015），花崗巖水穩(wěn)基層混合料采用C-B-3粗型骨架嵌擠級(jí)配，石灰?guī)r水穩(wěn)基層混合料集料采用C-B-1級(jí)配，分別進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果見表2和表3。

從表2的結(jié)果可知，石灰?guī)r集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石基層混合料最大干密度小于花崗巖集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石基層混合料，說(shuō)明石灰?guī)r相比花崗巖更易壓實(shí);石灰?guī)r集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石基層混合料最佳含水量小于花崗巖集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石基層混合料最佳含水量，說(shuō)明石灰?guī)r保持水分的能力強(qiáng)于花崗巖，這也更利于減少后續(xù)水分散失過快導(dǎo)致的溫縮開裂;從7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的結(jié)果可知，石灰?guī)r集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石細(xì)級(jí)配混合料強(qiáng)度略大于花崗巖集料所設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石粗級(jí)配混合料強(qiáng)度，整體相差不大，說(shuō)明級(jí)配能適當(dāng)彌補(bǔ)花崗巖集料早期強(qiáng)度不足的特點(diǎn);同時(shí)由于花崗巖水穩(wěn)混合料的早期強(qiáng)度上升慢，也就意味著后續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間要延長(zhǎng)，應(yīng)保證后期強(qiáng)度增加所需的用水量，減少溫縮開裂風(fēng)險(xiǎn)。

從表3合成級(jí)配對(duì)比結(jié)果可知，花崗巖集料采用C-B-3粗型骨架嵌擠級(jí)配相比石灰?guī)r集料采用C-B-1級(jí)配4.75mm篩孔以上粗集料用量增加8%左右，使得花崗巖早期強(qiáng)度低和取芯困難的特點(diǎn)得到一定程度的彌補(bǔ)，這與采用細(xì)級(jí)配的石灰?guī)r水泥穩(wěn)定碎石混合料和采用粗型級(jí)配的花崗巖水泥穩(wěn)定碎石混合料的強(qiáng)度基本接近的現(xiàn)象不謀而合，由此針對(duì)花崗巖集料，為滿足其早期強(qiáng)度問題，更宜設(shè)計(jì)，粗型的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)級(jí)配。

2 廣西某已通車項(xiàng)目不同巖性的水穩(wěn)基層應(yīng)用情況

2.1 現(xiàn)場(chǎng)成型效果對(duì)比分析

本次現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比采用某已通車項(xiàng)目的花崗巖和石灰?guī)r水泥穩(wěn)定碎石基層，現(xiàn)場(chǎng)取芯檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，具體見表4和圖1。

從表4和圖1的取芯檢測(cè)結(jié)果可知，花崗巖水穩(wěn)基層芯樣和石灰?guī)r水穩(wěn)基層芯樣均比較完整，整體芯樣在水泥劑量相近的情況下（石灰?guī)r水穩(wěn)混合料水泥劑量為4.9%、5.0%;花崗巖水穩(wěn)混合料水泥劑量為4.8%、4.9%），強(qiáng)度也較為接近（石灰?guī)r水穩(wěn)混合料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.2MPa、花崗巖水穩(wěn)混合料7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.1MPa）。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝對(duì)比

由于花崗巖水穩(wěn)基層混合料和石灰?guī)r基層混合料板結(jié)效果稍差，在碾壓環(huán)節(jié)中，為減少碾壓的影響并考慮其偏差性，對(duì)碾壓組合方式做適當(dāng)對(duì)比調(diào)整，具體見表5。[KH-*1/1]

從表5兩種巖性的水穩(wěn)基層混合料碾壓組合方式對(duì)比可知，整體上兩種巖性的水穩(wěn)基層混合料的碾壓總遍數(shù)相同，只是在復(fù)壓階段花崗巖水穩(wěn)基層混合料采用先強(qiáng)振后弱振的方式，防止先弱后強(qiáng)導(dǎo)致成型板結(jié)效果不佳，表層10cm左右厚度內(nèi)密實(shí)度不佳，影響成型效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)廣西目前常用的水泥穩(wěn)定碎石基層石灰?guī)r、花崗巖材料，分別進(jìn)行集料指標(biāo)、混合料級(jí)配設(shè)計(jì)、混合料水泥劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的相關(guān)對(duì)比分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)碾壓成型效果，提出廣西地區(qū)石灰?guī)r、花崗巖水泥穩(wěn)定碎石基層的相關(guān)設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)，得出以下結(jié)論：

（1）花崗巖集料對(duì)于水穩(wěn)基層混合料的選用，應(yīng)選擇顆粒形狀較好的集料，因?yàn)榛◢弾r由于其自身強(qiáng)度高且脆，集料加工應(yīng)選擇三級(jí)破碎組合方式，防止其針片狀顆粒含量過大，影響使用效果。

（2）花崗巖水穩(wěn)基層混合料宜采用C-B-3粗型骨架嵌擠級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì);石灰?guī)r水穩(wěn)基層混合料集料宜采用C-B-1級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證各自早期強(qiáng)度能盡快形成。

（3）花崗巖水穩(wěn)混合料的早期強(qiáng)度上升慢，宜延長(zhǎng)后續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間7d，保證后期強(qiáng)度增加所需的用水量，減少溫縮開裂風(fēng)險(xiǎn);石灰?guī)r水穩(wěn)混合料的早期強(qiáng)度上升較快，且石灰?guī)r具有較好保水效果，正常養(yǎng)護(hù)7d即可。

（4）花崗巖水穩(wěn)混合料在復(fù)壓階段宜采用先強(qiáng)振后弱振的方式，防止先弱后強(qiáng)導(dǎo)致成型板結(jié)效果不佳，影響壓實(shí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張力嘉，李 智，謝冬喜.骨架密實(shí)型水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量影響因素分析[J].廣東公路交通，2015（4）：28-30.

[2]周鴻煜，李家和，王云東，等.不同巖性機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響研究[J].混凝土世界，2018（4）：54-57.

[3]王 振，李化建，黃法禮，等.不同巖性石粉-水泥膠砂流動(dòng)性和力學(xué)性能研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2019，38（5）：1585-1590.

[4]何 軍，陳 寧.廣西地區(qū)不同級(jí)配設(shè)計(jì)范圍的水穩(wěn)基層性能研究[J].山東交通科技，2016（5）：19-22.

[5]JTG/TF20-2015，公路路面基層施工實(shí)施細(xì)則[S].

[6]JTGE51-2009，公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[7]JTGE40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[8]JTGE42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].