淺談水泥穩(wěn)定紅土粒料配合比設(shè)計

李長驊

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070)

1 項目簡介

援岡比亞上河區(qū)公路橋梁項目地處西非地區(qū)，屬熱帶草原季風(fēng)氣候。采用中國二級路標準，雙向2車道，路面寬度10 m，一般路段：1.5 m硬路肩+2 m×3.5 m行車道+1.5 m硬路肩，城鎮(zhèn)路段：1.5 m人行道+2 m×3.5 m行車道+1.5 m人行道，路線全長51.138 km。主要包括51.138 km的路基路面工程、2座大橋、2座中橋、11道箱涵、97道圓管涵及配套的排水防護工程和交通安全設(shè)施。大橋上部結(jié)構(gòu)形式為變截面連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為樁基、矩形承臺及花瓶實心墩身。路基路面結(jié)構(gòu)為：5 cmAC-13改性瀝青混凝土上面層+10 cmATB-30改性瀝青碎石(城鎮(zhèn)加強段)+1 cm單層瀝青表處封層+20 cm3%水泥穩(wěn)定紅土粒料基層+20 cm紅土粒料上底基層+20 cm紅土粒料上底基層，硬路肩采用1.5 cm雙層瀝青表處。填方段及低填淺挖段路基填筑紅土粒料，浸水段特殊路基處理換填紅土礫石塊。

由于非洲地區(qū)紅土粒料儲量豐富、易于開采加工、成本比普通碎石低，用于水穩(wěn)基層中能明顯降低施工成本，同時解決了傳統(tǒng)碎石供應(yīng)不足影響工程施工的問題，如進行工程應(yīng)用將能明顯帶來經(jīng)濟和社會效益。經(jīng)調(diào)查，以西非岡比亞作為參考，當(dāng)?shù)厥袌霾牧暇鶅r：水泥價格770元/t、河沙350元/m3、普通碎石到場500元/m3、紅土粒料料40元/m3，預(yù)估了采用紅土粒料替代普通碎石能夠降低材料成本至少25%，降低施工成本至少15%。

2 設(shè)計要求以及相關(guān)試驗

根據(jù)“援岡比亞上河區(qū)公路橋梁項目公路路面施工圖設(shè)計文件”要求：水泥基礎(chǔ)7 d無側(cè)限抗壓強度≥2.5 MPa。原材料CBR強度達到80%，根據(jù)本項目給出的相應(yīng)料場對1#、4#、6#、7#、10#料場進行液塑限試驗，四個料場塑性指數(shù)如表1所示意均符合公路路面基層施工技術(shù)細則要求。

表1 液塑限試驗明細表

為達到基層質(zhì)量最優(yōu)先后在岡地區(qū)原有路面進行取芯，進行強度試驗以及破碎后篩分試驗，得到借鑒數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)原有公路穩(wěn)定基層原材料篩分數(shù)據(jù)偏粗，貼近我國公路路面基層施工技術(shù)細則級配要求曲線的下線。

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細則》(JTG tF20-2015)要求，二級公路路面基層水泥穩(wěn)定紅土粒料級配采用C-A-1級配范圍，如表2所示。

表2 水泥穩(wěn)定紅土粒料的級配范圍

從多組數(shù)據(jù)來看，紅土粒料在用于穩(wěn)定基層時，級配偏粗對于基層的穩(wěn)定性能更佳，遂對于我料場的集料取樣進行篩分試驗對比，得出結(jié)論如下。

圖1 1#料場篩分對比曲線

圖2 4#料場篩分對比曲線

圖3 6#料場篩分對比曲線小線#料場篩分對比曲線

根據(jù)圖紙要求基層紅土粒料CBR要求大于80%，在圖紙給的各個料場的詳細信息中1#、6#為設(shè)計單位建議利用于水穩(wěn)基層，但根據(jù)多次試驗在圖紙給的14個料場當(dāng)中符合設(shè)計要求的CBR強度值的只有5#(105)、6#，其余可利用土場均小于80%。具體數(shù)據(jù)如表3。

表3 CBR值明細表

同時對個料場的集料按設(shè)計進行3%水泥摻配制作無側(cè)限抗壓強度試驗要求，均達不到設(shè)計的2.5 MPa。詳見表4。

表4 無側(cè)限強度明細表

根據(jù)多次試驗對比，單獨水泥穩(wěn)定紅土粒料并不能滿足設(shè)計要求，遂用2～3碎石摻配紅土粒料進行適配試驗，1#土場摻配比例按75∶25。進行篩分數(shù)據(jù)如下。

圖4 粉篩數(shù)據(jù)表

篩分數(shù)據(jù)趨近下線，進行CBR強度試驗CBR強度為79.5接近于設(shè)計值80%，再按3%水泥摻配穩(wěn)定材料，進行無側(cè)限試驗抗壓強度達到2.52 MPa，符合設(shè)計要求的2.5 MPa。對于其他料場進行摻拌試驗，4#、6#料場本身篩分偏粗，粒料強度不滿足要求，遂按95∶5摻配比例進行摻配試驗，得出CBR分別為109%、117%大于設(shè)計要求的80%，滿足設(shè)計要求，進行無側(cè)限抗壓強度試驗分別達到2.60、2.55 MPa，符合設(shè)計要求的2.5 MPa，10#料場和小線料場按90∶10摻配進行試驗，得出CBR分別為96%、112.5%，無側(cè)限強度分別為2.57、2.59。

通過試驗證實對于紅土粒料進行一定量的碎石摻配有助于水泥穩(wěn)定基層的強度提高，使混合料混合級配達到粗集料趨于下線，細集料趨于上線或中值為可視理想狀態(tài)，同事混合料CBR強度以及無側(cè)限抗壓強度得到顯著提升，遂基層水穩(wěn)粒料應(yīng)針對不同料場進行適量摻配紅土礫石以最終結(jié)果達到設(shè)計值，穩(wěn)定基層效果最佳為目標狀態(tài)。如表5所示。

表5 紅土礫石摻配明細表

3 針對紅土粒料水穩(wěn)基層的施工措施

(1)嚴格控制集料中細料的含量和塑性指數(shù)。

(2)限制水泥穩(wěn)定基層材料的強度和水泥用量。強度高，基層內(nèi)出現(xiàn)的收縮裂縫間距就大，裂縫的寬度也大。寬度大的裂縫傳荷能力差，容易促使瀝青面層開裂，產(chǎn)生反射裂縫。因此在達到強度標準的前提下，采用最小水泥劑量。

(3)通過改善集料級配的方法以減少水泥用量，水泥劑量不宜過大。

(4)嚴格控制施工碾壓時的含水量。碾壓時混合料含水量宜較最佳含水量大1%～2%，以滿足水泥水化的需要，同時彌補高溫以及碾壓過程中含水量的損失，但不宜較最佳含水量大3%以上。

(5)從加水拌和到碾壓終了的延遲時間對強度和干密度有明顯影響，延遲時間越長，水泥穩(wěn)定紅土粒料的強度和密度的損失越大。因此建議延遲時間控制在2 h左右。

(6)攤鋪過程為使紅土粒料級配均勻易提高攪籠高度，降低攪籠速度，以防止級配不均產(chǎn)生裂縫。

(7)由于非洲地區(qū)溫度過高，水分蒸發(fā)快，水泥和水的水化反應(yīng)所需水分流失過快，遂碾壓過程中一定注重保水碾壓。

(7)水泥穩(wěn)定紅土粒料基層施工結(jié)束后要及時進行養(yǎng)生，可采用塑料膜養(yǎng)生或其它保濕養(yǎng)生措施。

(8)在避免污染的前提下，水泥穩(wěn)定基層養(yǎng)生結(jié)束和噴灑透層瀝青或做下封層后，立即鋪筑瀝青面層，保護基層混合料不使其過分變干和產(chǎn)生干縮裂縫。

4 結(jié) 論

西非地區(qū)紅土粒料、紅土礫石礦產(chǎn)豐富，造價低廉，同時壓碎值、CBR等強度指標均滿足國標要求的水泥穩(wěn)定基層原材要求。

該工藝在援岡比亞上河區(qū)公路橋梁項目取得了取得了良好效果，降低了施工成本，并保證了公路質(zhì)量，獲得了業(yè)主及當(dāng)?shù)厝嗣竦暮迷u。

實踐證明，該工藝簡單易行、質(zhì)量可靠、節(jié)材環(huán)保、成本低，同時有效開發(fā)利用地產(chǎn)材料，適用于在非洲等天然紅土粒料、紅土礫石儲量豐富地區(qū)的水泥基層施工中推廣應(yīng)用。