半剛性基層（水泥穩(wěn)定碎石）的路用性能研究及應(yīng)用

張文昭

滎陽市公路管理局，河南滎陽 450100

隨著河南省高速公路的迅猛發(fā)展，國道、省道等干線公路也得到了長足發(fā)展，從而形成了河南省干線公路網(wǎng)絡(luò)大格局。同時新技術(shù)、新材料層出不窮且廣為應(yīng)用。因此，干線公路創(chuàng)新貫穿于設(shè)計、施工和管理的全過程，新技術(shù)、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用，為河南省干線公路的快速發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。近年來，鄭州地區(qū)干線公路基層一直采用水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層，從工程實踐效果看，路用性能較好。盡管水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石作為基層可減緩裂縫，但它不可避免裂縫，而且要切縫，增加工程成本。隨著河南省小型火力發(fā)電廠的相繼下馬，粉煤灰數(shù)量愈來愈少，供需矛盾日顯突出，即使有也是過去已經(jīng)陳腐很久的粉煤灰，其活性已大大降低，這就給我們公路工程設(shè)計及施工人員帶來了新的難題，因此新型路面結(jié)構(gòu)的研究，將是下一步干線公路創(chuàng)新的重點。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層路用性能研究

1.1 水泥穩(wěn)定碎石抗裂機(jī)理研究

1）骨架密實結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗裂能力得到大大提高，極大地延長水泥穩(wěn)定基層的開裂時間；

2）基層施工時一定要保證足夠的壓實度以減少基層裂縫的產(chǎn)生；

3）水泥穩(wěn)定碎石混合料的干縮主要是通過毛細(xì)管張力作用、吸附水基分子間力作用、層間水作用及碳化收縮作用4個過程引起的宏觀體積收縮。其干燥收縮值與材料剛度成反比，與含水量成正比；

4）水泥穩(wěn)定碎石混合料中0.075mm 以下的細(xì)集料含量越多，混合料抵抗收縮能力越差；

5）水泥穩(wěn)定類材料整體級配越細(xì)，干燥收縮越大；級配接近于懸浮結(jié)構(gòu)，干縮性越大，且干縮破壞主要發(fā)生在早期；

6）嚴(yán)格控制水泥劑量，以減小干燥收縮。水泥含量越大，水泥碎石混合料抗裂性能越差；

7）混合料級配過粗（4.75mm 通過率29%）時基層彎沉值較大，級配較細(xì)（規(guī)范中值）時由于細(xì)集料偏多容易導(dǎo)致裂縫，因此建議集料級配制4.75mm 通過率為34%左右；

8）振動壓實成型方式極大的提高了試件的抗壓強(qiáng)度，密實度越大，試件干縮應(yīng)變越小，故而減小基層開裂可以用增加壓實功能來改善。

1.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料抗裂特性評估方法

水泥穩(wěn)定碎石混合料由于具有優(yōu)良的路用性能而作為高級路面的基層，但其最大的缺陷就是開裂比較嚴(yán)重。水泥穩(wěn)定碎石混合料干燥收縮是由于其內(nèi)部含水量的變化使其宏觀整體體積收縮的現(xiàn)象。

目前，半剛性材料開裂的評價指標(biāo)有干縮系數(shù)、溫縮系數(shù)、干縮抗裂系數(shù)、溫縮抗裂系數(shù)、干縮能抗裂系數(shù)、溫縮能抗裂系數(shù)等。

1.3 水泥穩(wěn)定碎石混合料抗裂工程措施

1）選擇干縮、溫縮性能較好的混合料組成；

2）在施工中可摻加顯著降低收縮的外加劑，此類外加劑有水泥膨脹劑和水泥減縮劑，其中膨脹劑有氧化鈣類、氧化鐵類、氧化鎂類和發(fā)泡類等；

3）設(shè)置中間層；

4）施工控制。嚴(yán)格控制水泥穩(wěn)定基層混合料含水量及水泥用量，確保養(yǎng)生的質(zhì)量；

5）嚴(yán)格控制水泥穩(wěn)定混合料的級配。適量增加粗集料用量，減少4.75mm 以下集料用量，特別是0.075mm 以下細(xì)集料應(yīng)嚴(yán)格控制；

6）水泥品種的選擇。要盡量選用水化熱較小的緩凝普通硅酸鹽水泥，終凝時間宜在5h 左右。

1.4 水泥穩(wěn)定碎石混合料配比研究

1）振動擊實及振動法成型試件條件下，級配對水泥穩(wěn)定碎石混合料路用性能有顯著影響；

2）振動擊實及振動法成型試件條件下，水泥劑量對水泥穩(wěn)定碎石混合料路用性能有顯著影響；

3）振動擊實及振動法成型試件條件下，依據(jù)強(qiáng)度滿足要求、抗裂能力最佳的原則進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比優(yōu)化的結(jié)果，級配采用規(guī)范下限，綜合考慮抗裂特性及強(qiáng)度要求，水泥劑量為4.5%～5.0%。

2 水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層的應(yīng)用

為驗證和充實室內(nèi)試驗研究成果，探索水泥穩(wěn)定碎石基層混合料在現(xiàn)場振動壓實作用下水泥穩(wěn)定碎石的施工技術(shù)，2010年7月在S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程中鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層，按照振動壓實優(yōu)化的級配配比，修筑5.125km，取得良好的效果。

2.1 施工時間、位置

S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程水泥穩(wěn)定碎石基層于2010年7月鋪筑，鋪筑路段K16+229—K21+354.436。

2.2 重型擊實試驗

室內(nèi)重型擊實試驗結(jié)果：水泥穩(wěn)定碎石混合料（5：95）最大干密度為2.42 g/cm3，最佳含水量為4.5%。

2.3 施工工藝

1）拌和

拌和設(shè)備：WBZ500 型、 產(chǎn)量400t/h。

拌和出場的混合料含水量應(yīng)略大于最佳含水量（一般大于最佳含水量1%），本項目出場水泥穩(wěn)定碎石混合料含水量為5.5%。

2）運輸

運料車數(shù)量：20 輛（達(dá)到攤鋪后返回拌和機(jī)不停機(jī)為限）左右，每車載重25t～35t。運輸時必須加蓋篷布，防止水分損失。

3）攤鋪

為提前精準(zhǔn)鎖定即將發(fā)生異動事件，甚至是停運故障的配變設(shè)備，為運維人員主動運維、提前安排搶修工作贏得寶貴時間，有效防范配網(wǎng)異動風(fēng)險，本文通過構(gòu)建配變重過載、低電壓等異常狀態(tài)預(yù)警模型，能夠提前7天預(yù)測即將配變異常狀態(tài)的精準(zhǔn)預(yù)測，可精確到96個時刻點。

攤鋪機(jī)：ABG423 型2 臺。攤鋪時打料必須充足、一致，勻速行駛。

4）碾壓

碾壓設(shè)備：雙鋼輪壓路機(jī)（YZC12 型）1 臺、振動壓路機(jī)（YZ20 型）1 臺、膠輪壓路機(jī)（YZ-25 型）1 臺。

碾壓工藝：先用雙鋼輪重疊1/3 輪跡靜壓、小振各1 遍→振動壓路機(jī)中振2 遍→膠輪壓路機(jī)碾壓4 遍。

5）養(yǎng)生

3 臺自噴式灑水車(8t)噴水養(yǎng)生，養(yǎng)生期間保持基層表面濕潤。

2.4 總結(jié)

1）振動成型水泥穩(wěn)定碎石混合料試件強(qiáng)度與芯樣強(qiáng)度吻合；

2）嚴(yán)格按照振動法配合比設(shè)計結(jié)果進(jìn)行施工裂縫明顯減少；

3）通過觀測表明，水泥穩(wěn)定碎石混合料有好的抗裂及抗沖刷能力，且此種混合料在振動壓實作用下施工的基層彎沉值小，表明基層板體性好，承載能力高，有著優(yōu)良的路用性能。

S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程基層施工及檢測結(jié)果表明，振動設(shè)計的半剛性基層材料配合比合理、設(shè)計方法可行，設(shè)計的混合料強(qiáng)度高、水泥劑量低、抗裂能力強(qiáng)。

2.5 施工注意事項

1）由于水泥穩(wěn)定碎石混合料采用抗裂的骨架密實結(jié)構(gòu)，混合料中0.075mm 以下的細(xì)集料含量要求不大于3%，所以對0mm～5mm的石屑要求非常嚴(yán)格，石屑中0.075mm 以下的細(xì)集料含量以不大于7%為宜，只有這樣才能達(dá)到低水泥劑量的要求；

2）骨架密實型混合料與傳統(tǒng)基層混合料相比級配范圍較窄，施工中應(yīng)盡量避免級配變異，使生產(chǎn)的配合比與目標(biāo)配合比和實驗室配合比相接近，并加大配合比的檢查頻率；

3）施工中水泥穩(wěn)定碎石混合料含水量應(yīng)控制為略高于最佳含水量。由于含水量影響到壓實、強(qiáng)度、裂縫等諸多環(huán)節(jié)，施工中一定要注意含水量的控制；

4）防止離析。混合料中粗集料含量大，易造成混合料離析。防止離析應(yīng)從選料、卸料、攤鋪三個環(huán)節(jié)入手，最大限度減少離析；

5）注意碾壓方式和碾壓機(jī)械組合；

6）兩層水穩(wěn)之間攤鋪前一定要撒足量大的水泥漿，以使層間結(jié)合良好；

7）加強(qiáng)養(yǎng)生。碾壓結(jié)束后不宜立即灑水，應(yīng)待水泥終凝后2小時進(jìn)行灑水養(yǎng)生；

8）水泥穩(wěn)定碎石含水量不宜太大，否則容易出現(xiàn)干縮裂縫，平整度下降；

9）水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成穩(wěn)定后可適量放行小型車輛，這樣可使基層表面浮漿脫落剝離，露出骨料，清掃干凈后鋪油可使層間結(jié)合更好。

3 結(jié)論

通過對水泥穩(wěn)定碎石路用性能的研究探索及工程實踐應(yīng)用得出結(jié)論：水泥穩(wěn)定碎石基層板體性好，承載能力高，有著優(yōu)良的路用性能。水泥穩(wěn)定碎石基層施工不用切縫，既降低工程成本，又解決了基層摻加粉煤灰的難題，但必須嚴(yán)格控制施工工藝，精心組織，科學(xué)管理，嚴(yán)格施工程序，把好原材料進(jìn)場關(guān)，級配、水泥劑量及含水量控制嚴(yán)格，碾壓及時，加強(qiáng)前期養(yǎng)生，就一定能夠取得預(yù)期效果。

[1]張紅春，李小重，于寧曉.平原區(qū)高速公路新技術(shù)應(yīng)用與管理實踐[M].北京：人民交通出版社，2006.