公路水泥穩(wěn)定碎石配比設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量控制對(duì)策

宋敏

（鄄城縣公路管理局，山東 菏澤 274600）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石在公路工程施工中有著廣泛的應(yīng)用，其本身的強(qiáng)度高，板體性好，成本低，但在實(shí)際使用中，容易受到溫度和濕度的影響，一旦溫度和濕度發(fā)生了較大的變化，水泥穩(wěn)定碎石可能出現(xiàn)收縮裂縫，引發(fā)公路破壞。對(duì)此，在公路工程建設(shè)中，需要切實(shí)做好水泥穩(wěn)定碎石的配比設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制，將材料的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。

1 水泥穩(wěn)定碎石工藝優(yōu)勢(shì)

水泥穩(wěn)定碎石是將級(jí)配碎石作為骨料，運(yùn)用適量膠凝材料進(jìn)行黏結(jié)，然后使用配置好的砂漿來填充骨料之間的孔隙，做好攤鋪與壓實(shí)工作，由此得到的水泥穩(wěn)定碎石在壓實(shí)度和密實(shí)度方面十分接近，材料的強(qiáng)度則是源于碎石間的嵌擠鎖結(jié)原理，初期強(qiáng)度較高，伴隨著齡期的增長，強(qiáng)度也會(huì)隨之增加，形成高強(qiáng)度的板體，對(duì)比混凝土，有著更好的抗?jié)B性和抗凍性。

與常規(guī)施工工藝相比，水泥穩(wěn)定碎石施工工藝的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下方面：一是材料主要是水泥和各種級(jí)配碎石，獲取十分簡單，成本相對(duì)低廉；二是工藝相對(duì)簡單[1]，對(duì)應(yīng)的工作流程難度系數(shù)低，在施工中只需攤鋪和壓實(shí)即可，機(jī)械化作業(yè)的方式使得水泥穩(wěn)定碎石工藝的施工效率極高，能夠顯著縮短項(xiàng)目建設(shè)的周期；三是靈活性好，技術(shù)人員能夠從公路項(xiàng)目的相關(guān)規(guī)定出發(fā)，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的配比進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，明確最終的強(qiáng)度指數(shù)；四是性能優(yōu)越，強(qiáng)度及受力水平良好，有著十分強(qiáng)大的抗壓和抗凍能力。

水泥穩(wěn)定碎石基層具備很強(qiáng)的抗裂性，在配比設(shè)計(jì)中，需要充分考慮相應(yīng)的強(qiáng)度需求，防范荷載型結(jié)構(gòu)破壞裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)于溫縮裂縫及干縮裂縫的控制。在水泥穩(wěn)定碎石基層中，混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要受礦質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)特性以及結(jié)合料在混合料中占比等的影響，因此，水泥穩(wěn)定碎石基層材料的結(jié)構(gòu)類型不同，混合料的強(qiáng)度也會(huì)有所不同。依照材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將水泥穩(wěn)定碎石基層材料結(jié)構(gòu)分為三種，分別是懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)以及骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。而與材料本身的收縮性能相比，混合料中集料脹縮性能小而水泥脹縮性能大，細(xì)集料擁有較大的比表面積，會(huì)吸附絕大部分的水泥膠漿，這也是引發(fā)混合料脹縮的主要原因?；诖?，在針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行配比設(shè)計(jì)時(shí)，需要在充分滿足其強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，對(duì)細(xì)集料的使用進(jìn)行控制，減少水泥用量。骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)中，混合料粗細(xì)料搭配合理，粗集料可以構(gòu)建起穩(wěn)定性強(qiáng)的骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料在發(fā)揮黏結(jié)作用的同時(shí)，可以對(duì)骨架間的空隙進(jìn)行填充，使得集料之間能夠具備較強(qiáng)的黏聚力，相比其他兩種結(jié)構(gòu)有著更強(qiáng)的收縮性能[2]。

2 公路水泥穩(wěn)定碎石配比設(shè)計(jì)

某城際高速公路全長12.4km，雙向6車道，行車速度設(shè)計(jì)為120km/h，路面結(jié)構(gòu)采用瀝青材料。從保證行車舒適性的角度，采用三層瀝青混凝土路面，路基和路面的寬度分別為32m和28m。在實(shí)際施工過程中，使用了水泥穩(wěn)定碎石作為基層材料，基層的厚度為0.4m，分兩層進(jìn)行施工。

2.1 原材料選擇

（1）水泥。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，選擇的是普通硅酸鹽水泥，水泥的性能參數(shù)如表1所示?？梢钥闯?，材料的技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范的要求。

表1 水泥性能參數(shù)

（2）碎石。公路中使用的碎石是石灰?guī)r，依照其粒徑大小，分為四種不同的規(guī)格：1#料的粒徑為19～31.5mm，2#料的粒徑為9.5～19mm，3#料的粒徑為4.75～9.5mm，4#料的粒徑為4.75mm以下[3]。四種規(guī)格的碎石檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 四種規(guī)格碎石檢測(cè)結(jié)果

2.2 配比設(shè)計(jì)

在水泥穩(wěn)定碎石配比設(shè)計(jì)中，采用篩分法選擇合理的級(jí)配范圍，確定每一檔集料的占比，對(duì)粗細(xì)集料總比例進(jìn)行計(jì)算。采用擊實(shí)試驗(yàn)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行壓實(shí)。最終得到的碎石配合比例為1#∶2#∶3#∶4#=25∶28∶18∶29[4]。合成級(jí)配及各種礦料篩分結(jié)果如表3所示。

表3 混合料合成級(jí)配

混合料配制環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)水泥用量的方式來對(duì)材料的性能進(jìn)行對(duì)比分析，水泥的用量分為5個(gè)檔，從3%～5%不等，以0.5%為間隔，含水量控制則在3.5%～7.5%之間?；旌狭闲阅軠y(cè)試采用的是重型擊實(shí)法，根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果確定混合料的最佳含水量以及最大干密度。相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置為：錘體重量為4.5kg，垂直高度為0.45m，擊實(shí)次數(shù)為98次。結(jié)合測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行混合料的配制和攪拌，在試件設(shè)置方面，將壓實(shí)度確定為98%，要求在標(biāo)準(zhǔn)條件下對(duì)試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為6d，浸水養(yǎng)護(hù)為1d，之后需要對(duì)試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定[5]，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

當(dāng)水泥含量為4%時(shí)，測(cè)試使用的試件在強(qiáng)度參數(shù)上可以達(dá)到設(shè)計(jì)方案要求。在實(shí)際施工過程中，為了避免材料性能下降的問題，需要對(duì)材料中的水泥含量進(jìn)行快速測(cè)定，控制水泥的用量。結(jié)合測(cè)試過程中獲取的水泥穩(wěn)定碎石最佳含水量，配制相應(yīng)的混合料。在混合料中加入1kg水泥，然后將材料分成5個(gè)不同的檔次，基于其EDTA消耗量均值得到試驗(yàn)結(jié)果。在施工中，為了測(cè)試混凝土攤鋪不及時(shí)問題對(duì)材料強(qiáng)度的影響，需要先確定材料配比，基于基層延遲時(shí)間來測(cè)量無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，這里選擇4%水泥用量的水泥穩(wěn)定碎石試件，延遲7h進(jìn)行試驗(yàn)。隨著時(shí)間的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，但變化速度相對(duì)緩慢[6]。

在測(cè)試水泥穩(wěn)定碎石的溫縮性質(zhì)時(shí)，同樣將試件中水泥的用量確定為4%，將試件放在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7d后，使用路面材料脹縮試驗(yàn)儀器測(cè)量其溫縮數(shù)據(jù)，初始溫度可以設(shè)定為20℃，以5℃為間隔逐步降低溫度，然后靜置約6h，測(cè)量溫縮應(yīng)變。一共進(jìn)行5次試驗(yàn)，每一次試驗(yàn)后，都需要對(duì)溫縮系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在將水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層材料時(shí)，其本身的溫縮性能會(huì)隨著溫度的升高而逐步增強(qiáng)，溫縮系數(shù)則會(huì)隨之下降，而材料本身的抗縮性能和溫縮系數(shù)呈現(xiàn)出反比關(guān)系，這也表明，水泥穩(wěn)定碎石的抗縮性能會(huì)隨著溫度的降低而下降[7]。

由此，在碎石配合比例為1#∶2#∶3#∶石屑=25∶28∶18∶19，水泥含量為4%時(shí)，配制出的水泥穩(wěn)定碎石在各項(xiàng)性能上都可以滿足公路工程的施工要求。

3 公路水泥穩(wěn)定碎石施工質(zhì)量控制對(duì)策

3.1 影響因素

水泥穩(wěn)定碎石施工質(zhì)量的影響因素有很多。為了保證施工質(zhì)量，需要提前在試驗(yàn)段進(jìn)行施工，確定好基層松鋪厚度、碾壓設(shè)備組合及工藝要求等。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果可知水泥穩(wěn)定碎石施工質(zhì)量影響因素主要包括以下方面。

（1）壓實(shí)度

在施工現(xiàn)場(chǎng)，水泥穩(wěn)定碎石的壓實(shí)度必須滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，不能低于95%。壓實(shí)度不足體現(xiàn)在很多方面，如壓實(shí)遍數(shù)的控制不足、碾壓輪跡搭接不到位、含水量波動(dòng)、水泥穩(wěn)定碎石離析引發(fā)級(jí)配的變化等。

（2）水泥劑量

在水泥穩(wěn)定碎石混合料中，若塑性細(xì)骨料占比較大，則在固結(jié)時(shí)很容易出現(xiàn)干縮裂縫，水泥含量的增加會(huì)導(dǎo)致塑性指數(shù)的增大，干縮裂縫現(xiàn)象也會(huì)越發(fā)明顯，因此，在配制水泥穩(wěn)定碎石時(shí)，需要在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，將水泥的用量控制在5%以內(nèi)。

（3）含水量

含水量過多會(huì)使水泥穩(wěn)定碎石在碾壓過程中出現(xiàn)明顯的輪跡，等到試件成型約3d后，表面可能會(huì)產(chǎn)生十分明顯的干縮裂縫，溫度升高的情況下，裂縫的寬度也隨之增大，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)路面反射裂縫。對(duì)此，如果是在氣溫較高的夏季施工，必須將高溫引發(fā)的水分散失問題考慮在內(nèi)，適當(dāng)增加含水量。

3.2 施工工藝

從避免集料離析問題，保證施工質(zhì)量的角度，在施工過程中需要對(duì)具體的施工工藝進(jìn)行明確：

（1）混合料拌和環(huán)節(jié)，需要控制好混合料的拌和時(shí)間，該工程中使用的是廠拌法，需要結(jié)合試驗(yàn)的方式來確定好最佳拌和時(shí)間，時(shí)間過長或者過短都會(huì)引發(fā)集料的離析問題；

（2）在拌和完成后，可以借助傳送帶實(shí)現(xiàn)從拌和站到卸料倉的運(yùn)輸，需要工作人員把握好傳送帶的夾角，避免引發(fā)粗料滾動(dòng)的情況[8]。在對(duì)配制好的混合料進(jìn)行裝車時(shí)，應(yīng)該確保自卸車處于緩慢移動(dòng)狀態(tài)，分次裝料（3～6次）。為減少水泥穩(wěn)定碎石的離析問題，需要將卸料落差控制在2m以內(nèi)；

（3）在混合料攤鋪環(huán)節(jié)，需要控制好攤鋪機(jī)的施工寬度，因?yàn)樵谑┕挾冗^大的情況下，混合料中的粗集料會(huì)朝著兩側(cè)分離，在壓實(shí)基層中，產(chǎn)生較大的孔隙率；四是為保證混合料性能穩(wěn)定，應(yīng)確保攤鋪機(jī)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，協(xié)調(diào)好其拌料能力和攤鋪速度，確保攤鋪機(jī)不會(huì)出現(xiàn)停工等料的情況。而從保證攤鋪機(jī)連續(xù)穩(wěn)定工作的角度，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)拌料工作、運(yùn)輸性能及攤鋪速度的動(dòng)態(tài)平衡，確?；旌狭暇邆涑浞值墓?yīng)能力。自卸車在卸料時(shí)應(yīng)該緩慢抬升車廂，收料或者卸料環(huán)節(jié)，需要將車體溫度控制在一定范圍內(nèi)，快速大幅度抬升車廂，確保物料能夠整體向后傾斜，確保不會(huì)出現(xiàn)混合料離析現(xiàn)象。

3.3 質(zhì)量控制

（1）避免基層裂縫的產(chǎn)生。施工技術(shù)人員可以對(duì)照相應(yīng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，控制好混合料中水泥的用量，盡量降低水泥和細(xì)集料的用量，同時(shí)考慮氣候因素的影響，調(diào)控材料用水量，以此來降低材料的收縮性能。

（2）需要做好所有水箱、灌倉等設(shè)備計(jì)量，保證計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)能夠符合相關(guān)部門的要求[9]。現(xiàn)場(chǎng)的原材料堆放需要采用分類隔倉的形式，細(xì)集料則采用搭棚模式，做好全面覆蓋，避免雨水澆淋的問題。

（3）應(yīng)該對(duì)水泥劑量和含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，水泥劑量的波動(dòng)必須在配合比附近，最大波動(dòng)范圍不能超過0.5%，可以使用滴定法來對(duì)水泥用量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于水泥和集料的實(shí)際用量，需要每天記錄和計(jì)算，做好水泥劑量對(duì)比。

（4）碾壓環(huán)節(jié)需要采用大噸位振動(dòng)壓路機(jī)，降低延遲時(shí)間。在橋頭搭板前，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行碾壓，確保壓實(shí)度檢測(cè)和碾壓的依次進(jìn)行。正常施工中，應(yīng)同時(shí)做好碾壓遍數(shù)及壓實(shí)度檢測(cè)的控制，切實(shí)保證施工質(zhì)量。

（5）應(yīng)做好水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)護(hù)工作，避免基層暴露和暴曬的問題，做好交通管制，保持基層表面濕潤，同時(shí)也應(yīng)做好裂縫的檢查和記錄[10]。

4 結(jié)語

水泥穩(wěn)定碎石基層在公路工程中較常見，具有整體強(qiáng)度高、板體性好、水穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，需得到工程技術(shù)人員的重視。在對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行施工的過程中，工程技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合公路工程的實(shí)際情況，對(duì)相應(yīng)的施工材料進(jìn)行合理選擇，做好材料嚴(yán)格把控的同時(shí)，優(yōu)化水泥穩(wěn)定碎石的配比設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要采取有效的措施和方法加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，切實(shí)保障公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層的施工質(zhì)量，推動(dòng)我國公路事業(yè)的健康發(fā)展。