水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層施工工藝與質(zhì)量控制

王 巖

(張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司)

1 前言

京化高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)G7中的一部分，起于河北省懷來(lái)縣北辛堡，終于懷來(lái)縣土木鎮(zhèn)，路線全長(zhǎng)21km。路面結(jié)構(gòu)層次為:4cm厚AC-13C細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6cm厚AC-20C中粒式改性瀝青混凝土+7cm厚AC-25C粗粒式瀝青混凝土+8cm厚 ATB-30瀝青碎石 +18cm厚水泥穩(wěn)定碎石上基層+36cm水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層+18cm厚水泥粉煤灰穩(wěn)定砂礫底基層。

2 粉煤灰材料的基本特性

2.1 化學(xué)成分的組成

粉煤灰是燃燒煤粉后收集到的灰粒，其中SiO2的含量為45％～60％;Al2O3的含量為20％～35％;Fe2O3的含量為5％～10％;CaO的含量為5％左右，燒失量低于15％。粉煤灰中的SiO2、Al2O3對(duì)粉煤灰的活性性質(zhì)貢獻(xiàn)很大，F(xiàn)e2O3對(duì)降低粉煤灰的熔點(diǎn)有利，易使其形成球形玻璃體均。但其作為筑路材料卻有著價(jià)格便宜、穩(wěn)定性好、單位質(zhì)量較輕、后期強(qiáng)度高、板體性好等優(yōu)點(diǎn)，正在廣泛的應(yīng)用于基層施工中。

2.2 工程特性

(1)粉煤灰輕質(zhì)性。(2)粉煤灰無(wú)黏性或黏性極小。(3)粉煤灰的透水性較大，且飽水后強(qiáng)度急劇降低，壓縮性較大。(4)粉煤灰具有可與堿金屬或堿土金屬發(fā)生反應(yīng)生成凝膠體的特性。

2.3 強(qiáng)度形成原理

粉煤灰是一種氣硬性材料，當(dāng)與水泥、水等材料拌合均勻，經(jīng)過(guò)充分壓實(shí)達(dá)到一定齡期后，具有較高的抗壓強(qiáng)度。粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3等能反應(yīng)生成凝膠的活性物質(zhì)，它們?cè)诜勖夯抑幸郧蛐尾Ａw的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)致密、不易水化。水泥粉煤灰早期反應(yīng)，主要是水泥遇水后產(chǎn)生水解與水化反應(yīng)，水泥水化產(chǎn)生硅酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生早期強(qiáng)度。同時(shí)水泥水化產(chǎn)生氫氧化鈣，通過(guò)液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，大部分水化產(chǎn)物開(kāi)始以凝膠體出現(xiàn)，隨著齡期的增長(zhǎng)，逐步轉(zhuǎn)化為纖維狀晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合物的孔隙，從而形成較高的強(qiáng)度。

3 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石配合比

3.1 原材料

(1)水泥。水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層所采用的水泥是普通硅酸鹽水泥P.O32.5，初凝時(shí)間大于3h，終凝時(shí)間不小于6h。

(2)粉煤灰。采用張家口沙嶺子發(fā)電廠生產(chǎn)的粉煤灰，其SiO2、Al2O3和 Fe2O3的總含量大于70％，燒失量小于15％。比表面積大于2 500cm/g。在實(shí)際使用中采用濕粉煤灰，其含水量不應(yīng)大于35％。對(duì)于凝固的塊狀粉煤灰必須打碎過(guò)篩，同時(shí)清除有害雜質(zhì)。

(3)碎石。碎石采用干燥潔凈的石灰?guī)r碎石，其體型應(yīng)接近于立方體，最大粒徑不得超過(guò)31.5mm，壓碎值不大于30％;碎石顆粒中細(xì)長(zhǎng)及扁平顆粒(即長(zhǎng)邊與短邊之比大于3的顆粒)含量不超過(guò)15％，并不得摻有軟質(zhì)的破碎物或其他雜質(zhì);碎石按粒徑可分為9.5～31.5mm、4.75～9.5mm及小于4.75mm三級(jí)。

3.2 配合比

按照設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行混合料的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)得到最大干密度和最佳含水量，然后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定合適的水泥劑量和含水量來(lái)指導(dǎo)施工。基層混合料級(jí)配范圍見(jiàn)表1，基層配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 基層混合料級(jí)配范圍

表2 基層配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

4 施工工藝

4.1 試驗(yàn)段

在正式施工前必須鋪筑長(zhǎng)度不小于300m的試驗(yàn)段，鋪筑試驗(yàn)段的目的是:是檢驗(yàn)配合比的可行性，測(cè)定松鋪系數(shù)，確定從拌和到碾壓成型所需的時(shí)間，編制最佳的施工機(jī)械組合，以及所需碾壓遍數(shù)。制定各道工序的質(zhì)量控制措施，檢驗(yàn)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等投入設(shè)備的可靠性。通過(guò)試驗(yàn)路鋪筑總結(jié)出各種施工控制參數(shù)，并提出一個(gè)能指導(dǎo)大面積施工的方案，達(dá)到施工質(zhì)量好、速度快、成本低的目的。

4.2 施工測(cè)量

測(cè)量放樣是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵，基層攤鋪施工設(shè)一個(gè)測(cè)量組，以保證施放樣及時(shí)，平面位置、高程隨時(shí)得到控制。測(cè)量放樣時(shí)，首先在已鋪筑的下承層上恢復(fù)中線，直線段每10m設(shè)一樁，曲線段加密至5m一樁，用白灰灑出放樣的中、邊線及基層的攤鋪寬度，并在兩側(cè)邊緣外0.3m處釘上測(cè)釬;然后進(jìn)行水平測(cè)量，在兩側(cè)測(cè)釬的橫梁上逐個(gè)放出對(duì)應(yīng)樁號(hào)的設(shè)計(jì)高程(其中包括電腦傳感距離及試驗(yàn)段確定的松鋪厚度)設(shè)置攤鋪機(jī)水平傳感導(dǎo)線。導(dǎo)線采用直徑5mm的不銹鋼絲，用緊線器張緊至撓度小于2mm，張緊力不小于800N，架設(shè)長(zhǎng)度不大于200m，并根據(jù)攤鋪機(jī)的特點(diǎn)設(shè)置方向?qū)Ь€。其次用線繩將導(dǎo)線固定在測(cè)釬橫梁的凹槽內(nèi)，作為施工基準(zhǔn)線，同時(shí)在攤鋪前和攤鋪過(guò)程中對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，確保施工的準(zhǔn)確性。

4.3 混合料拌合

拌和時(shí)應(yīng)根據(jù)集料的含水量大小、氣候及氣溫變化的實(shí)際情況以及運(yùn)距及時(shí)調(diào)整加水量，一般較最佳含水量大1％～2％，以補(bǔ)償施工過(guò)程中水分蒸發(fā)的損失，確保混合料的含水量處于最佳含水量。在拌合現(xiàn)場(chǎng)配備試驗(yàn)人員，隨時(shí)對(duì)拌合料的水泥劑量進(jìn)行檢測(cè)(由EDTA滴定法試驗(yàn)確定)，一般情況下采用的水泥劑量較室內(nèi)試驗(yàn)多5％，以確保基層的施工質(zhì)量。從拌和機(jī)加水拌和至完成壓實(shí)的工作的時(shí)間段一般不超過(guò)4h，否則做廢料處理。

4.4 運(yùn)輸

裝料過(guò)程中料車應(yīng)前、后、中移動(dòng)位置，同時(shí)嚴(yán)格控制混合料下落高度在3m以內(nèi)，以防止裝料過(guò)程中集料的離析，運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)混合料進(jìn)行覆蓋，以保持混合料的水份及防止污染，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后將混合料卸入攤鋪機(jī)料斗內(nèi)。在卸料過(guò)程中嚴(yán)禁撞擊攤鋪機(jī)，同時(shí)也嚴(yán)禁運(yùn)料車剎車過(guò)緊，造成攤鋪機(jī)的不均速前進(jìn)。為了保證施工的均勻性與連續(xù)性，在攤鋪機(jī)前等待卸料的運(yùn)輸車應(yīng)保持在3～5輛。

4.5 攤鋪

在半幅全寬范圍內(nèi)采用2臺(tái)WTU75攤鋪機(jī)相距5～10m成梯隊(duì)作業(yè)相鄰兩幅重疊10～20cm，同步向前將混合料按松鋪厚度，設(shè)計(jì)寬度和設(shè)計(jì)橫坡均勻攤鋪，一起進(jìn)行碾壓，以避免縱向接縫。

攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)，通過(guò)傳感器在兩側(cè)的導(dǎo)線上滑動(dòng)，來(lái)控制高程和方向，并進(jìn)行初步夯實(shí)。攤鋪機(jī)兩邊配置人員，對(duì)松鋪層邊緣進(jìn)行修正，并對(duì)攤鋪有缺陷的地方進(jìn)行人工補(bǔ)料找平，確保基層平整度。

4.6 碾壓

混合料攤鋪后，應(yīng)立即在全寬范圍內(nèi)進(jìn)行碾壓，應(yīng)遵循先輕后重，由低位到高位、由邊到中的原則，碾壓過(guò)程中基層表面始終應(yīng)保持濕潤(rùn)狀態(tài)。

4.7 接頭處理

兩作業(yè)段的接頭處理方法:當(dāng)天攤鋪完畢，用3m直尺沿?cái)備伓文┒藰?biāo)高、橫坡、平整度不合格處畫出與中心線垂直的橫線，人工沿橫線將全寬范圍內(nèi)不合格的混合料清除。

4.8 養(yǎng)生

每一段碾壓完成且壓實(shí)度檢測(cè)合格后，立即進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生期一般為7d，養(yǎng)生過(guò)程中應(yīng)封閉交通。養(yǎng)生采用不透水薄膜覆蓋養(yǎng)生，在鋪設(shè)前先對(duì)基層灑足量的水再鋪設(shè)薄膜。養(yǎng)生期結(jié)束后立即拆除薄膜，清掃浮土雜物。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)大面積施工前必須做好試驗(yàn)段的施工及總結(jié)，總結(jié)出各種施工控制參數(shù)，并提出一個(gè)能指導(dǎo)大面積施工的方案，達(dá)到施工質(zhì)量好、速度快、成本低的目的

(2)施工過(guò)程中，當(dāng)集料的含水量大小發(fā)生變化或出現(xiàn)氣溫變化等情況時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整加水量，確保混合料處于最佳含水量。

(3)施工結(jié)束后，及時(shí)采用不透水薄膜進(jìn)行覆蓋養(yǎng)生。

(4)拌合過(guò)程中要嚴(yán)格控制各種原材料的參入量，尤其是水泥和粉煤灰的參入劑量。

(5)碾壓時(shí)必須遵從先輕后重、先靜后振、由邊到中、由低到高的碾壓原則。