水泥穩(wěn)定碎石在填筑路面基層中的應(yīng)用

葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測有限公司，湖北 宜昌 443002

1 工程概述

棗陽至潛江高速公路簡稱棗潛高速，是《湖北省省道網(wǎng)規(guī)劃（2011—2030年）》中規(guī)劃的“九縱五橫三環(huán)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。合同段一標(biāo)段樁號為K1+100～K39+800，起點(diǎn)與漢十高速通過棗陽東樞紐互通相接，終點(diǎn)對接棗潛二標(biāo)段，公路全長40.7km，設(shè)計(jì)速度為100km/h，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道高速公路，路幅全寬26m，為瀝青混凝土路面。

該合同段路面基層填筑設(shè)計(jì)為3層共60cm，底基層為級配碎石20cm，上、下基層均為水泥穩(wěn)定碎石各20cm。因水泥穩(wěn)定碎石在公路工程中使用范圍較廣，文章主要針對水泥穩(wěn)定碎石基層施工控制進(jìn)行論證。

2 水泥穩(wěn)定碎石在填筑路面基層中的作用

水泥穩(wěn)定碎石是路面基層填筑較廣泛的一種材料，可以承擔(dān)由面層傳來的豎向力，并將力傳遞到下面的墊層及路基中，具有足夠的承載能力、抗疲勞開裂性、耐久性、抗沖刷性能和適當(dāng)?shù)膭偠?。水泥穩(wěn)定碎石是通過拌和站將各類集料適當(dāng)摻配后摻入適當(dāng)劑量的水泥，經(jīng)過現(xiàn)場攤鋪碾壓后，在規(guī)定的養(yǎng)護(hù)條件下產(chǎn)生強(qiáng)度并成型，具有十分重要的作用。

3 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 配合比設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)業(yè)主下發(fā)的路面工程施工實(shí)施細(xì)則，水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計(jì)7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥4MPa，壓實(shí)度≥98%，主要用于上基層及下基層。

3.2 混合料原材料

（1）水泥。試驗(yàn)用水泥為三峽牌水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5水泥，經(jīng)檢測，凝結(jié)時間滿足設(shè)計(jì)要求，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）標(biāo)準(zhǔn)要求，其物理力學(xué)性能試驗(yàn)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 P·O42.5水泥物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

（2）集料。采用湖北民順K39采石場生產(chǎn)的1#料19～31.5mm碎石、2#料9.5～19mm碎石、3#料4.75～9.5mm碎石、4#料0～4.75mm人工砂進(jìn)行試驗(yàn)，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）（以下簡稱《細(xì)則》）的要求，集料品質(zhì)檢測結(jié)果如表2所示，集料顆粒級配篩分結(jié)果如表3所示。

表2 集料品質(zhì)檢測結(jié)果 單位：%

表3 集料顆粒級配篩分結(jié)果

（3）水。配合比試驗(yàn)用水采用棗潛高速公路一標(biāo)生產(chǎn)用水，符合飲用標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 配合比設(shè)計(jì)

（1）集料優(yōu)化級配設(shè)計(jì)。根據(jù)《細(xì)則》的要求，應(yīng)選擇不少于4條級配曲線，級配曲線應(yīng)包含上下限，然后根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)檢測出來的最大干密度確定最佳級配。根據(jù)原材料級配檢測結(jié)果，通過試驗(yàn)組合后確定為1#料∶2#料∶3#料∶4#料按24%∶26%∶18%∶32%的比例摻配，集料的顆粒組成及合成級配摻配比例結(jié)果如表4所示，基層集料顆粒級配曲線如圖1所示。

表4 集料的顆粒組成及合成級配摻配比例結(jié)果 單位：%

圖1 基層集料顆粒級配曲線圖

（2）水泥劑量的選擇。根據(jù)《細(xì)則》的相關(guān)要求，水泥穩(wěn)定碎石配合比水泥采用外摻法，分別用3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的水泥劑量進(jìn)行試驗(yàn)，水泥穩(wěn)定碎石檢測結(jié)果如表5所示。

表5 水泥穩(wěn)定碎石檢測結(jié)果

從表5中的檢測結(jié)果來看，水泥劑量在3.0%時，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不能滿足要求；水泥劑量在3.5%時，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足要求，因此推薦目標(biāo)配合比水泥劑量為3.5%。

4 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)配合比驗(yàn)證試驗(yàn)，主要是確定料倉供料比例及拌和樓調(diào)試、標(biāo)定。通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定水泥穩(wěn)定碎石容許延遲時間為4h，確定結(jié)合料劑量的標(biāo)定曲線，便于生產(chǎn)時檢測混合料的實(shí)際劑量，以拌和樓生產(chǎn)的合成級配的混合料確定混合料的最佳含水率及最大干密度。

5 施工參數(shù)確定

為使配合比更加適用于現(xiàn)場施工，需進(jìn)行不少于300m的試驗(yàn)段鋪筑路段質(zhì)量檢測。根據(jù)《細(xì)則》的要求，為了補(bǔ)償拌和時水泥劑量的損耗，集中廠拌法可在目標(biāo)配合比劑量的基礎(chǔ)上增加0.5%，因此實(shí)際生產(chǎn)時設(shè)定水泥劑量為4%。在試驗(yàn)段現(xiàn)場施工中，檢測時發(fā)現(xiàn)存在兩個問題：（1）壓實(shí)度超百現(xiàn)象較普遍；（2）7d齡期時在現(xiàn)場抽取的芯樣較之目標(biāo)配合比時高2～4MPa，達(dá)到9MPa左右，現(xiàn)場檢測結(jié)果如表6所示。經(jīng)分析，極重交通7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度宜在4～6MPa，強(qiáng)度過高可能導(dǎo)致基層后期產(chǎn)生裂縫。

表6 水泥劑量為4%時的現(xiàn)場檢測結(jié)果

為此，試驗(yàn)人員從人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行了各個環(huán)節(jié)的自查，并重新復(fù)核了目標(biāo)配合比，并未發(fā)現(xiàn)問題。最后通過室內(nèi)擊實(shí)功與現(xiàn)場的壓實(shí)功比較，發(fā)現(xiàn)存在兩個問題：（1）施工在用的震動壓實(shí)碾為近年來引用的新設(shè)備，軸重26t并帶震動，而施工工藝及其碾壓次數(shù)仍然采用老設(shè)備的方法，導(dǎo)致現(xiàn)場震動壓實(shí)碾的壓實(shí)功超過室內(nèi)配合比試驗(yàn)時采用擊實(shí)儀擊實(shí)的擊實(shí)功；（2）以前生產(chǎn)時基本上都是使用P·O32.5水泥，為補(bǔ)充生產(chǎn)過程的損耗按照規(guī)范增加0.5%水泥劑量來保證強(qiáng)度，而現(xiàn)在使用的是P·O42.5水泥，強(qiáng)度等級比原來高一個等級。

試驗(yàn)人員隨即建議施工單位現(xiàn)場降低碾壓次數(shù)，水泥劑量按目標(biāo)配合比劑量3.5%來生產(chǎn)。試驗(yàn)人員在室內(nèi)進(jìn)行連續(xù)性的EDTA滴定試驗(yàn)檢測水泥劑量，發(fā)現(xiàn)拌和物劑量較為穩(wěn)定，隨后試驗(yàn)人員跟蹤檢測壓實(shí)度及鉆芯檢測強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)降低壓實(shí)功后超百現(xiàn)象有所改善，鉆取7d芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也降到了5MPa左右，檢測結(jié)果如表7所示，且鉆取的芯樣外觀完整基本無孔洞。

表7 水泥劑量為3.5%時的現(xiàn)場檢測結(jié)果

6 工程應(yīng)用

水泥穩(wěn)定碎石目標(biāo)配合比自通過試驗(yàn)后，確定了實(shí)際生產(chǎn)的最佳水泥劑量為3.5%，在后續(xù)的生產(chǎn)過程中檢測的壓實(shí)度均滿足要求且超百現(xiàn)象不多，在施工現(xiàn)場鉆取的7d芯樣外觀較完整且強(qiáng)度基本在6MPa左右，并在生產(chǎn)的19km基層中未發(fā)現(xiàn)裂縫。

7 結(jié)論

在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，為工程施工及時提供了合理的配合比，且提高了工程質(zhì)量，降低了建設(shè)成本，做到了以試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)指引現(xiàn)場施工，體現(xiàn)了試驗(yàn)檢測工作的價值。通過試驗(yàn)結(jié)果，得到如下結(jié)論：（1）同條件下壓實(shí)功越大水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)部越密實(shí)、強(qiáng)度越高；（2）使用P·O42.5水泥填筑水泥穩(wěn)定碎石時，生產(chǎn)時水泥劑量不宜超過3.5%且不宜小于3.0%，主要原因是水泥強(qiáng)度等級影響劑量，水泥劑量小則混合料內(nèi)部拌和不均勻易發(fā)生離析，水泥劑量大則強(qiáng)度普遍偏高。