抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)研究

張顯維

（山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

半剛性基層在我國應(yīng)用廣泛，但其開裂特性會降低施工質(zhì)量[1]，導(dǎo)致路面產(chǎn)生不同程度的開裂，產(chǎn)生裂縫等早期破壞。為降低半剛性基層開裂變形，對基層混合料級配和配合比設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，在一定范圍降低水泥劑量和含水量。水泥穩(wěn)定碎石是以級配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實。其壓實度接近于密實度，強(qiáng)度主要靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)原理，同時有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙。它的初期強(qiáng)度高，并且強(qiáng)度隨齡期而增加很快結(jié)成板體，因而具有較高的強(qiáng)度，抗?jié)B度和抗凍性較好。與其他類型半剛性基層相比，水泥穩(wěn)定碎石基層開裂程度最低[2]，通過優(yōu)化礦料級配和配合比設(shè)計，可進(jìn)一步改善半剛性基層性能，減少基層反射裂縫，進(jìn)而提升高等級公路路面使用性能。

優(yōu)化水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計，可配制出抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層，不僅降低水泥劑量和含水量，還能進(jìn)一步緩解基層干縮開裂。其原理是：優(yōu)化礦料級配設(shè)計，利用骨料之間的嵌擠作用形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，提升基層結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，使水泥穩(wěn)定碎石基層的水泥水化產(chǎn)物和集料良好結(jié)合，使集料均勻分布在混合料中，防止局部開裂，也提升了基層混合料的強(qiáng)度和路用性能。本文從原材料選擇、配合比設(shè)計入手，全面闡述抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層的施工工序，并提出了質(zhì)量控制措施。

1 抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層原材料選擇與配合比設(shè)計

1.1 原材料選擇

抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層混合料水泥選擇P·O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間不少于3h，終凝時間不得少于6h。水泥進(jìn)場后做好儲存，防止受潮硬結(jié)，夏季施工水泥溫度不得超過50℃。水泥進(jìn)場后取樣進(jìn)行質(zhì)量檢測，合格后方可選用。碎石最大粒徑不得超過31.5mm，碎石選擇玄武巖，使用前對碎石壓碎值、針片狀含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測，試驗結(jié)果合格后進(jìn)行級配設(shè)計?；鶎踊旌狭嫌盟蛇x用當(dāng)?shù)氐娜诵箫嬘盟?，并定期進(jìn)行檢測。

1.2 基層混合料配合比設(shè)計

取樣進(jìn)行水洗篩分，通過計算確定各粒徑碎石比例，確定礦料合成級配，具體如表1所示。

表1 礦料合成級配

按照上述礦料級配，取3.0%、3.5%、4.0%、4.5%四種水泥劑量，分別制備試件開展試驗，確定最大干密度及最佳含水量。另外，為降低基層混合料開裂，適當(dāng)降低水泥劑量和含水量。嚴(yán)格控制含水量處于最佳含水量的±1%范圍內(nèi)，以降低基層干縮開裂。按要求制備試件，在實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)生，達(dá)到養(yǎng)生時間后開展試驗確定試件強(qiáng)度，試件強(qiáng)度不得低于設(shè)計強(qiáng)度。

2 抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

選取抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層試驗段，長度為200m，分別按照上述礦料級配和選定的水泥劑量準(zhǔn)備原材料，并做好質(zhì)量檢驗?，F(xiàn)場施工選擇一臺套具有自動計量功能且精度較高的WBZ600T 型拌和設(shè)備，經(jīng)標(biāo)定合格后方可使用，拌和設(shè)備產(chǎn)量為600t/h。攪拌站配備裝載機(jī)配合作業(yè)，根據(jù)運(yùn)輸距離、攤鋪機(jī)和拌合機(jī)生產(chǎn)能力確定運(yùn)輸自卸汽車數(shù)量，并略有富余。施工現(xiàn)場配備1臺徐工RP952水泥穩(wěn)定攤鋪機(jī)，輪胎壓路機(jī)1 臺、三輪靜力式壓路機(jī)1 臺、振動壓路機(jī)2 臺，灑水車2臺。為保證抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層水泥劑量準(zhǔn)確，在實驗室、攪拌站和施工現(xiàn)場分別配備EDTA 滴定設(shè)備，對混合料水泥劑量和含水量進(jìn)行檢測。

2.2 基層混合料拌合

抗裂型水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和首先要嚴(yán)格控制拌和時間，保證水泥與集料拌和均勻。試驗路段選用的WBZ600T 型拌和設(shè)備生產(chǎn)能力為600t/h，攪拌筒轉(zhuǎn)速為50r/min，額定進(jìn)（出）料容量為300m3，攪拌功率為55kW，卸料方式為氣動卸料。WBZ600T 型拌和設(shè)備為連續(xù)拌和設(shè)備，拌和前應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)整拌和參數(shù)，保證出料質(zhì)量。根據(jù)施工現(xiàn)場交通條件、施工路線走向等因素，合理確定攪拌站位置，做好場地布置、拌和設(shè)備安裝和調(diào)試。對集料、水泥、水等原材料質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計，按比例加入保證配合比準(zhǔn)確。高溫季節(jié)、中午大氣輻射熱較強(qiáng)時段適當(dāng)增加用水量，早晚、陰天適當(dāng)下調(diào)用水量。集料鏟裝時禁止從底部進(jìn)行，一方面防止裝入雜物，另一方面底部集料含水量較高，會提高基層混合料總體含水量。嚴(yán)格控制水泥劑量，在保證基層混合料強(qiáng)度的前提下盡量降低水泥用量，以降低開裂。為防止竄料，在料斗上焊接鋼板，將不同粒徑的集料分隔開，拌制礦料級配準(zhǔn)確。在進(jìn)料口布置一層3cm×3cm 的方格網(wǎng)，防止大粒徑碎石進(jìn)入拌合設(shè)備。拌制好的成品料直接通過自卸汽車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，盡量避免出現(xiàn)堆料。

2.3 基層混合料攤鋪

為提高基層攤鋪質(zhì)量，應(yīng)適當(dāng)降低抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪速度，控制在1.5~2m/min。攤鋪過程中應(yīng)保證攤鋪機(jī)勻速運(yùn)行，不得忽快忽慢。攤鋪機(jī)在受料過程中嚴(yán)禁自卸汽車撞擊攤鋪機(jī)，自卸汽車應(yīng)掛空擋停放在攤鋪機(jī)前方，由攤鋪機(jī)頂推滾推著自卸汽車行進(jìn)，同時將混合料卸到料斗內(nèi)。攤鋪過程中不得出現(xiàn)基層混合料離析，如發(fā)現(xiàn)離析應(yīng)人工鏟除并人工找補(bǔ)。攤鋪過程中開啟振動熨平板，在規(guī)定頻率下提升基層的密實度和平整度。

基層混合料攤鋪前徹底清除下承層雜物，并灑水濕潤，以防止下承層吸附基層混合料水分影響水泥水化。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的松鋪系數(shù)確定松鋪厚度，控制基層的攤鋪厚度。一次攤鋪厚度過大會影響壓實質(zhì)量，而攤鋪厚度太薄會降低生產(chǎn)效率。盡量避免產(chǎn)生縱向接縫，如一次攤鋪寬度過大應(yīng)采用兩臺攤鋪機(jī)呈梯隊作業(yè)。兩臺攤鋪機(jī)前后距離為5~10m，且攤鋪速度、松鋪厚度等施工參數(shù)保持一致。在攤鋪施工中設(shè)置鋼絲基準(zhǔn)線控制標(biāo)高，通過自身調(diào)整和滑橇控制路拱橫坡度，通過傳感器控制攤鋪厚度。攤鋪作業(yè)應(yīng)保證勻速連續(xù)，必須保證運(yùn)料車的數(shù)量，現(xiàn)場可以有1~2 臺運(yùn)料車等攤鋪機(jī)，攤鋪機(jī)不停機(jī)連續(xù)作業(yè)。在基層攤鋪過程中對標(biāo)高與橫坡進(jìn)行抽檢，及時調(diào)整攤鋪參數(shù)，及時處理局部離析或低洼位置。

2.4 基層混合料碾壓

抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層碾壓分為初壓、復(fù)壓和終壓三步，初壓采用18~21t三輪壓路機(jī)和26t以上輪胎壓路機(jī)，碾壓1~2 遍，碾壓速度控制在1.5~1.7km/h 之間。膠輪壓路機(jī)碾壓可提高基層穩(wěn)壓的平整度，消除輪跡，防止混合料堆積。三輪壓路機(jī)可用于碾壓基層邊緣部位，尤其是有路緣石的部位。復(fù)壓采用50t以上單鋼輪振動壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)為5~6 遍，碾壓速度控制在1.8~2.2km/h 之間。復(fù)壓后應(yīng)達(dá)到規(guī)定的壓實度，采用振動碾壓提升基層的密實度，使基層結(jié)構(gòu)形成骨架結(jié)構(gòu)。終壓采用26t 以上輪胎壓路機(jī)靜壓，碾壓2 遍以上，碾壓速度控制在1.8~2.2km/h 之間，以消除輪跡，進(jìn)一步提升基層結(jié)構(gòu)的壓實度。如局部缺水干燥，應(yīng)適量灑水后帶水碾壓，以提高基層表面的壓實度?；鶎訅簩嵧瓿珊笫褂霉嗌胺z測基層壓實度，如發(fā)現(xiàn)壓實度不足立即補(bǔ)壓，直到達(dá)到規(guī)定的壓實度。對橋涵兩側(cè)薄弱部位，應(yīng)操作壓路機(jī)錯輪碾壓，保證基層壓實度，防止出現(xiàn)不均勻沉降。碾壓過程中不得漏壓，不得隨意掉頭，重點對邊緣部位進(jìn)行碾壓。

2.5 基層混合料養(yǎng)生

基層壓實度檢測合格后即可開始灑水養(yǎng)生，養(yǎng)生過程中覆蓋麻袋、土工布等保持濕潤。根據(jù)天氣狀況，確定灑水量，灑水車采用噴霧式灑水?；鶎羽B(yǎng)生過程中封閉交通，防止過往車輛損耗基層，養(yǎng)生時間不得少于7d。

3 常見施工質(zhì)量問題的處治

3.1 集料離析與處治措施

3.1.1 端部離析

抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層大粒徑骨料含量超過70%，施工中控制不當(dāng)容易產(chǎn)生集料離析。端部離析是最容易發(fā)生的一種離析形式，它在路面上形成大小不一的、不規(guī)則的翼狀離析，分析原因是由于集料裝載運(yùn)輸過程中產(chǎn)生了離析，導(dǎo)致粒徑骨料集中產(chǎn)生離析。在基層混合料拌和過程中，粗細(xì)集料分離，在攤鋪機(jī)中央?yún)^(qū)域細(xì)集料較多，比較密實，表面紋理較淺；而在攤鋪機(jī)兩側(cè)粗集料較集中，細(xì)集料、瀝青含量較少，空隙率較大，表面紋理較深。。端部離析問題應(yīng)該從改進(jìn)集料倉和攪籠入手，在集料倉設(shè)置擋板，使混合料在擋板位置統(tǒng)一下落，有效解決集料離析問題。另外，采用圓形料倉、改進(jìn)集料倉出料口構(gòu)造，也可以有效控制離析。適當(dāng)調(diào)低攪籠離地高度，使基層混合料充分拌和，也可有效控制離析。

3.1.2 帶狀離析

帶狀離析通常出現(xiàn)在攤鋪機(jī)兩側(cè)，寬度一般為0.5～1.0m。帶狀離析產(chǎn)生的原因主要是基層混合料粗集料在攪籠內(nèi)集中，二次攪拌時沒有參與拌和，粗集料從攪籠縫隙散落在路面上形成帶狀離析。從防止粗集料集中入手，通過安裝反向螺旋、調(diào)整物料拍等措施可有效防止粗集料集中，從而防止產(chǎn)生帶狀離析。

3.1.3 局部離析

局部離析主要出現(xiàn)在施工縫、運(yùn)料車轉(zhuǎn)換位置，主要原因是運(yùn)料車內(nèi)的大粒徑骨料集中，在運(yùn)料車轉(zhuǎn)換位置集中撒布導(dǎo)致產(chǎn)生局部離析。施工縫位置的離析主要是由于施工工藝控制不當(dāng)，廢料清除不及時、不徹底。施工中應(yīng)及時清除運(yùn)料車內(nèi)離析材料，及時清除施工縫位置的廢料，防止產(chǎn)生局部離析。另外，施工過程中如發(fā)現(xiàn)基層表面出現(xiàn)局部離析，應(yīng)盡快換填合格的混合料。

3.2 表面細(xì)集料抗剝落處理

基層表面細(xì)集料剝落主要是由于基層表面水分不足，壓路機(jī)反復(fù)碾壓在基層表面形成一層松散顆粒，養(yǎng)生后形成浮塵。過往車輛行走過程中將浮塵帶走，使基層表面細(xì)集料剝落。在基層混合料拌制過程中應(yīng)嚴(yán)格控制含水量，運(yùn)輸過程中覆蓋篷布，防止水分散失，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后盡快進(jìn)行攤鋪碾壓，防止水分過多散失，可有效防止基層表面細(xì)集料剝落。另外，在碾壓過程中適當(dāng)灑水，帶水碾壓也可以減少基層表面細(xì)集料剝落。

4 施工質(zhì)量檢驗

4.1 現(xiàn)場成型質(zhì)量檢驗

抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)生期達(dá)到7d后，在現(xiàn)場進(jìn)行鉆芯取樣。分別在水泥劑量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%四個試驗路段進(jìn)行現(xiàn)場取樣，取樣后送實驗室進(jìn)行強(qiáng)度檢測，試驗結(jié)果見表2。

表2 基層現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）中的相關(guān)要求，路面基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值不得低于7.0MPa，劈裂強(qiáng)度不得低于0.65MPa[7]。根據(jù)鉆孔取芯結(jié)果，絕大多數(shù)芯樣成型質(zhì)量良好，其7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求，基層施工質(zhì)量合格。

4.2 現(xiàn)場試件與實驗室試件檢驗結(jié)果對比

為進(jìn)一步檢驗現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，將其與實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生的試件試驗結(jié)果進(jìn)行對比，見表3。

表3 現(xiàn)場取樣和實驗室試驗結(jié)果對比分析

分析對比分析結(jié)果，得出抗裂型水泥穩(wěn)定碎石現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果與實驗室試件檢測結(jié)果相差不大，不同水泥劑量試樣檢測結(jié)果吻合度均在90%以上，說明現(xiàn)場試驗結(jié)果準(zhǔn)確，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化以及對各施工工序進(jìn)行質(zhì)量控制，采取有效措施解決基層材料離析和表層細(xì)集料剝落等質(zhì)量問題，攤鋪出抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層。在基層施工過程中，可通過調(diào)整施工參數(shù)、施工設(shè)備構(gòu)造、控制施工工序等方式預(yù)防基層混合料離析，提高基層施工質(zhì)量。通過控制基層混合料含水量，調(diào)整碾壓工序，可有效控制基層表面細(xì)集料剝落。現(xiàn)場取樣驗證表明，試驗段抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層成型質(zhì)量良好，各主要力學(xué)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求，現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果與實驗室檢測結(jié)果吻合度在90%以上，說明基層混合料配合比設(shè)計合理，施工質(zhì)量合格。