鉆芯法檢測水泥穩(wěn)定碎石層質(zhì)量的探討★

張亞濤，秦 嶺，徐 良，吳 超

(安徽省(水利部淮河水利委員會(huì))水利科學(xué)研究院,安徽 蚌埠 233000)

隨著我國交通行業(yè)的發(fā)展，有一定承載力和耐久性的半鋼性水泥穩(wěn)定碎石層應(yīng)用越發(fā)廣泛，其不僅有一定的水穩(wěn)定性和整體性，還有一定的強(qiáng)度。為控制水泥穩(wěn)定碎石層質(zhì)量，常進(jìn)行7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，由于施工環(huán)境等因素的不同，采用固定齡期(7 d)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)工程質(zhì)量具有一定的局限性[1]，因此，這里討論不小于7 d齡期水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。影響無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素，除了原材料性能指標(biāo)(粗細(xì)骨料級(jí)配、細(xì)骨料砂當(dāng)量等)、水泥劑量、水灰比、施工環(huán)境、施工工藝(碾壓時(shí)機(jī)、遍數(shù)和機(jī)械、松鋪系數(shù)，養(yǎng)生)、運(yùn)輸?shù)韧鈁2-6]，檢測方法也很重要，尤其是試驗(yàn)時(shí)試件所處狀態(tài)。

JTG E51—2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中T08051—1994 “無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法”，該試驗(yàn)方法中成型試件的含水量和水泥劑量以及壓實(shí)度很難真實(shí)反映現(xiàn)場水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；JTG F80/1—2017公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊 土建工程附錄G規(guī)定“按工地預(yù)訂達(dá)到的壓實(shí)度制備試件”，試驗(yàn)室內(nèi)很難滿足該要求；JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則中第8章規(guī)定，現(xiàn)場養(yǎng)生7 d后，水泥穩(wěn)定碎石層鉆芯取樣(取不出完整芯樣時(shí)，應(yīng)找出實(shí)際路段相應(yīng)的范圍，返工處理)，檢測強(qiáng)度。盡管將鉆芯試件切割成標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)而測量其強(qiáng)度是一種后驗(yàn)性的質(zhì)量檢評(píng)方法，但對以往僅僅通過生產(chǎn)時(shí)成型標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定是一種有效補(bǔ)充。

現(xiàn)場所取芯樣能夠較直接客觀地反映水泥穩(wěn)定層內(nèi)的質(zhì)量，但進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)芯樣所處狀態(tài)規(guī)范中沒有明確規(guī)定。強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)一般使試件處于兩種狀態(tài)：一是自然干燥狀態(tài)；二是水飽和狀態(tài)。為探究兩種狀態(tài)分別對水泥穩(wěn)定碎石芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，試驗(yàn)分析現(xiàn)場鉆取芯樣制作的試件在兩種狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并給出針對水泥穩(wěn)定碎石層芯樣較合理的測試狀態(tài)，同時(shí)對部分芯樣所處施工段進(jìn)行彎沉試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

某河道全線兩側(cè)坡頂修建管護(hù)道路(三級(jí)公路)，由上至下路面結(jié)構(gòu)布置為“0.2 m厚C30混凝土路面、0.15 m厚水泥碎石穩(wěn)定層、0.15 m厚級(jí)配碎石基層”，為了解已完成且最外層為水泥穩(wěn)定碎石層部位的工程質(zhì)量，分別對部分施工段進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彎沉試驗(yàn)：鉆取5%水泥穩(wěn)定碎石芯樣(直徑150 mm)26個(gè)，分別進(jìn)行自然干燥狀態(tài)和水飽和狀態(tài)(每組13個(gè))無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，兩個(gè)狀態(tài)試驗(yàn)的芯樣所取樁號(hào)位置盡量靠近；對部分芯樣所處施工段進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石層彎沉試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)JTG E51—2009中T08051—1994要求進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(見圖1)，自然干燥狀態(tài)時(shí)5%水泥穩(wěn)定碎石現(xiàn)齡期(>7 d)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(13個(gè)直徑150 mm的芯樣)結(jié)果見表1，水飽和狀態(tài)時(shí)5%水泥穩(wěn)定碎石現(xiàn)齡期(>7 d)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(13個(gè)直徑150 mm的芯樣)結(jié)果見表2。

表1 5%水泥穩(wěn)定碎石現(xiàn)齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(自然干燥狀態(tài))

表2 5%水泥穩(wěn)定碎石現(xiàn)齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(水飽和狀態(tài))

由表1可知，13個(gè)5%水泥穩(wěn)定碎石芯樣自然干燥狀態(tài)下現(xiàn)齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.50 MPa～4.95 MPa，平均值為4.27 MPa；由表2可知，13個(gè)5%水泥穩(wěn)定碎石芯樣水飽和狀態(tài)下現(xiàn)齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.58 MPa～3.21 MPa，平均值為2.89 MPa?，F(xiàn)場取芯制作的試件，其齡期一般大于7 d，而鉆芯、切割會(huì)對試件產(chǎn)生一定程度的損傷，再加上養(yǎng)生條件的差異，這些均會(huì)對芯樣試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響，綜合影響結(jié)果顯示兩種狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求；自然干燥狀態(tài)水泥穩(wěn)定碎石芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度普遍高于水飽和狀態(tài)，是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石芯樣中粗骨料主要靠砂漿(水泥+細(xì)骨料)的黏結(jié)力，芯樣在該壓力下破壞時(shí)，粗骨料破壞較少，基本為砂漿破壞，而自然干燥狀態(tài)下砂漿的抗壓強(qiáng)度比水飽和狀態(tài)的更大[7]，即自然干燥狀態(tài)下粗骨料間的黏結(jié)力更強(qiáng)；其次，浸水試件在壓力作用下會(huì)產(chǎn)生孔隙水壓力，水分受到擠壓后向孔壁和微裂紋壁面施加拉力，加速裂紋發(fā)展，引起“劈裂”，降低試件承壓能力，而自然干燥試件孔隙內(nèi)大多充滿空氣，壓荷載作用下的變形能力增強(qiáng)，破壞時(shí)裂紋發(fā)展充分，試件整體性好，抗壓能力提高；另外，由于水泥穩(wěn)定碎石芯樣中水泥劑量較低(5%左右)，水泥漿難以包裹所有骨料表面，造成水泥穩(wěn)定碎石芯樣強(qiáng)度很大一部分依靠粗骨料的骨架作用以及骨料間的摩擦力，自然干燥狀態(tài)時(shí)骨料間摩擦力遠(yuǎn)大于水飽和狀態(tài)。所以，自然干燥狀態(tài)下芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度更大?，F(xiàn)實(shí)中，水泥穩(wěn)定碎石層一般處于潮濕狀態(tài)，而自然干燥狀態(tài)下芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值過大，且不符合實(shí)際狀態(tài)，對實(shí)際水泥穩(wěn)定碎石層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生誤判的風(fēng)險(xiǎn)更大，因此，選擇水飽和狀態(tài)的芯樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)更合理。

2.2 彎沉試驗(yàn)

針對上述取芯部分所處部分施工段，按照J(rèn)TG 3450—2019公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程中T0951—2008“貝克曼梁測試路基路面回彈彎沉方法”進(jìn)行5%水泥穩(wěn)定碎石層彎沉值檢測(見圖2)，從另一個(gè)角度和部位驗(yàn)證該施工段質(zhì)量。

右岸J3+720～右岸J3+900段和右岸J1+800～右岸J1+980段5%水泥穩(wěn)定碎石層彎沉值結(jié)果分別見表3,表4。

表3 5%水泥穩(wěn)定碎石基層彎沉值匯總(右岸J3+720～右岸J3+900)

表4 5%水泥穩(wěn)定碎石基層彎沉值匯總(右岸J1+800～右岸J1+980)

右岸J3+720～J3+900段5%水泥穩(wěn)定碎石層抽檢20個(gè)點(diǎn)，其彎沉代表值為62.9(0.01 mm)(去除特異值后結(jié)果)，符合設(shè)計(jì)要求(76.1(0.01 mm))；右岸J1+800～ J1+980段5%水泥穩(wěn)定碎石層抽檢20個(gè)點(diǎn)，其彎沉代表值為84.2(0.01 mm)(去除特異值后結(jié)果)，不符合設(shè)計(jì)要求(76.1(0.01 mm))。根據(jù)“JTG F80/1—2017中附錄J“路基、粒料類基層和底基層、瀝青路面彎沉值評(píng)定”規(guī)定：二級(jí)及二級(jí)以下公路，當(dāng)路基和粒料類基層、底基層的彎沉代表值不符合要求時(shí)，可將超出“平均值+(2～3)倍標(biāo)準(zhǔn)差”的彎沉特異值舍棄，對舍棄的彎沉值大于“平均值+(2～3)倍標(biāo)準(zhǔn)差”的點(diǎn)，應(yīng)找出其周圍界限進(jìn)行局部處理，并對彎沉進(jìn)行復(fù)測后重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，上述右岸J3+720～J3+900段5%水泥穩(wěn)定碎石基層彎沉值在右岸J3+800附近左側(cè)有一個(gè)特異值，應(yīng)找出其周圍界限，進(jìn)行局部處理，并對彎沉進(jìn)行復(fù)測后重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；對于右岸J1+800～J1+980段則要進(jìn)行返工處理，處理完后進(jìn)行彎沉復(fù)測。

現(xiàn)齡期芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測合格的施工段，部分部位出現(xiàn)彎沉試驗(yàn)特異值和檢測不合格，主要是現(xiàn)場施工和后期養(yǎng)護(hù)的不均勻性，以及外部等因素的影響，最終造成該施工段局部質(zhì)量較低。由此可見，由于抽檢頻次的限制不可能對施工段的每處均進(jìn)行檢測，造成部分有問題部位沒有被檢測到，因此，為降低抽檢頻次低對保障工程質(zhì)量的不利影響，一般按照規(guī)范要求利用不同檢測方法對沒檢測到的部位進(jìn)行抽檢，以確保工程質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過實(shí)例中芯樣不同狀態(tài)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以及與芯樣同一施工段不同部位彎沉試驗(yàn)，得出：

1)水泥穩(wěn)定碎石層現(xiàn)場鉆取芯樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，制作好的標(biāo)準(zhǔn)試件試驗(yàn)前浸水1 d較為合理和接近實(shí)際情況。2)抽取不同部位進(jìn)行不同檢測試驗(yàn)，可以降低單項(xiàng)試驗(yàn)抽檢頻次對工程質(zhì)量的不利影響，提高分項(xiàng)工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的概率。