基于振動拌和工藝的水泥穩(wěn)定碎石混合料水泥劑量及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的研究

鄭軒,許新水，戴利華

(廣東交科檢測有限公司,廣東 廣州 510550)

目前，在我國高等級公路路面工程建設(shè)中，路面結(jié)構(gòu)層大多由半剛性基層加柔性瀝青混凝土路面組成。水泥穩(wěn)定級配碎石基層具有承載力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，故該結(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用于半剛性基層。傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定級配碎石混合料普遍采用靜力攪拌缸法生產(chǎn)，生產(chǎn)出來的混合料中，水泥和細(xì)集料不能充分地均勻彌散和包裹粗骨料，導(dǎo)致出現(xiàn)粗骨料表面干燥露白以及與細(xì)集料間很少粘結(jié)的現(xiàn)象，混合料在裝卸、運(yùn)輸、攤鋪過程中極易離析，施工質(zhì)量難以保證，施工后容易誘發(fā)反射裂縫、局部松散、坑槽等早期病害，直接影響路面結(jié)構(gòu)層的耐久性。

本文依托廣東省某高速公路改擴(kuò)建工程水穩(wěn)基層試驗(yàn)段項(xiàng)目，在普通靜力拌和、振動拌和兩種不同攪拌方式下，對不同水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行研究，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析采用振動拌和取得的良好效果，旨在提高水泥穩(wěn)定碎石基層的耐久性能及使用質(zhì)量。

1 原材料指標(biāo)及配合比設(shè)計(jì)

(1)水泥。采用惠州塔牌水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5(緩凝型)水泥，各項(xiàng)指標(biāo)符合《GB 175—2007通用硅酸鹽水泥》《JTG/T F20—2015 公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》相關(guān)要求，具體結(jié)果見表1。

(2)粗、細(xì)集料及礦料合成級配。粗、細(xì)集料由迎牌山、斧頭山隧道洞渣(凝灰?guī)r)經(jīng)自有生產(chǎn)線加工而成，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及JTG/T F20—2015要求，見表2。礦料級配按0～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm、19～26.5 mm分別為29.0%、14.0%、32.0%、25.0%(指質(zhì)量分?jǐn)?shù)，全文同)的比例合成，能夠滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，見表3。

表1 水泥試驗(yàn)結(jié)果

表2 集料試驗(yàn)結(jié)果

表3 合成級配結(jié)果

2 試驗(yàn)方案

為驗(yàn)證振動拌缸對水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和均勻性及成品強(qiáng)度的影響，選取K74+563～K75+180施工段落，采用普通靜力拌和與振動拌和兩種模式以及5.0%和5.5%兩種水泥劑量的不同組合方式，對水泥穩(wěn)定碎石混合料在均勻程度、水泥劑量驗(yàn)證、無側(cè)限試件抗壓強(qiáng)度等方面進(jìn)行研究?；旌狭系娜N生產(chǎn)方式見表4。

表4 混合料的三種生產(chǎn)方式

3 結(jié)果分析

3.1 三種方式生產(chǎn)的混合料級配分析

在K74+563～K75+180施工期間，按照表4中的生產(chǎn)方式3，每種方案按后場和施工現(xiàn)場各取樣2次篩分試驗(yàn)，共進(jìn)行12次混合料篩分，將實(shí)際篩分結(jié)果與生產(chǎn)級配進(jìn)行偏差比對及統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果見表5、表6。

表5 混合料級配與生產(chǎn)配比級配的偏差

表6 混合料級配與生產(chǎn)配比級配偏差的統(tǒng)計(jì)分析

由以上對比可得：①偏差較大的為9.5 mm和2.36 mm篩孔；②同檔篩孔情況下，傳統(tǒng)靜力攪拌混合料級配結(jié)果與生產(chǎn)配比的級配偏差較振動拌和生產(chǎn)的混合料大。

3.2 三種方式生產(chǎn)的混合料試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

在K74+563～K75+180施工期間，按照表4中的生產(chǎn)方式3，在前后場取樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)的同時，進(jìn)行水泥劑量、含水率、最大干密度試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 三種方式生產(chǎn)的混合料水泥劑量、含水率、最大干密度匯總表

在K74+563～K75+180施工期間，在后場取一定數(shù)量的混合料，成型無側(cè)限抗壓試件，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6 d，浸水養(yǎng)生1 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

在K74+563～K75+180施工完成后，在施工現(xiàn)場滿足養(yǎng)生齡期后，在三個不同施工段落，每段落按斷面取芯各3個，驗(yàn)證芯樣強(qiáng)度，結(jié)果見表9。

結(jié)合表7、表8、表9中的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)：①在水泥劑量相同的情況下，振動拌和模式下生產(chǎn)的混合料無側(cè)限試件在抗壓強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)靜力拌和生產(chǎn)的混合料；②在無側(cè)限試件抗壓強(qiáng)度基本對等的情況下，振動拌和模式可節(jié)約約10%的水泥用量。

表8 三種方式生產(chǎn)的混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度匯總表

表9 每段落按斷面取芯強(qiáng)度匯總表

4 結(jié)語

通過以上試驗(yàn)方案中不同拌和方式及水泥劑量生產(chǎn)出來的水泥穩(wěn)定碎石混合料級配和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，可得出以下結(jié)論：

(1)振動拌和工藝增加了水泥穩(wěn)定碎石混合料的均勻性，使水泥、水、粗細(xì)集料等組分分布更加均勻。

(2)在5.5%的水泥劑量情況下，振動拌和工藝生產(chǎn)的水泥穩(wěn)定碎石混合料較靜力拌和工藝生產(chǎn)的水泥穩(wěn)定碎石混合料強(qiáng)度提高約7%。

(3)振動拌和工藝生產(chǎn)的水泥穩(wěn)定碎石混合料，在無側(cè)限試件抗壓強(qiáng)度基本相同的情況下，節(jié)約水泥用量約10%。

建議在項(xiàng)目后續(xù)的施工過程中，繼續(xù)采用振動拌和工藝生產(chǎn)水泥穩(wěn)定碎石混合料，能夠顯著增強(qiáng)拌和的均勻性及半剛性基層的強(qiáng)度，可有效防止早期病害的發(fā)生，提升路面結(jié)構(gòu)層的耐久性。