骨架密實型水穩混合料配合比設計及施工技術探究

謝　銳

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥　230088)

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骨架密實型水穩混合料配合比設計及施工技術探究

謝銳

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥230088)

摘要：該文通過結合骨架密實型水穩混合料基層的施工實踐經驗，探討了路面工程水穩結構層原材料相關技術要求及配合比組成設計過程，研究了礦料級配科學的、合理的優化，在施工過程當中質量控制要點進行了詳細的討論，旨在進一步推廣骨架密實型水穩混合料在高速公路建設中的應用。

關鍵詞：骨架密實；水穩混合料；配合比組成設計；礦料級配；控制要點

0引言

所謂骨架密實型水穩混合料，是粗集料以連續級配形成相互嵌擠的骨架，集料間以靠攏而不緊密為原則，以水泥及細集料填充骨架的空隙，有效地提高了混合料間的內摩擦角[1]，形成各自發揮的優勢，從而有效地提高了混合料的密實度和強度，提高了抗裂性能，形成了一種骨架嵌擠密實高強度結構的無機穩定結合材料。高速公路、一級公路的水穩基層應采用骨架密實結構型水泥穩定碎石混合料。

骨架密實型水穩混合料的特點：① 骨架級配嵌擠能力強，整體強度高、強度隨齡期增長而不斷增長，抗裂性能好、穩定性及耐久性優[2]。② 采用振動壓實法進行最大干密度和最佳含水率的確定，粗集料不易被擊碎，級配不退化，模擬現場施工壓實方式。③ 水穩混合料中粗集料多，易于形成骨架，具有較高的內摩阻力,而且粘聚力強。④ 采用振動壓實成型方法進行配合比的設計，水泥用量低，節約經濟成本。⑤ 施工工藝與傳統基層施工類似，重視水穩混合料基層的壓實。

1混合料配合比組成設計

1.1原材料技術要求

(1) 水泥。水穩混合料采用的水泥初凝時間應不小于3 h、終凝時間應不小于6 h；受外界影響變質的水泥不宜采用；不應使用早強水泥，早強水泥的水化熱比較大，對溫縮不利；如果采用散裝水泥，水泥應入罐7 d后，待安定性合格方可使用；夏季高溫時，散裝水泥入罐溫度不能高于50 ℃，否則應采取降溫措施。本項目采用安徽省鳳陽縣中都水泥有限公司生產的P.C32.5級緩凝型普通硅酸鹽水泥，初凝時間為270 min，終凝時間為410 min；3 d抗折強度為3.5 MPa,28 d抗折強度為7.6 MPa；3 d抗壓強度為16.4 MPa，28 d抗壓強度為40.1 MPa。

(2) 粗集料。水穩混合料中的粗集料，應使用硬質巖石經二級反擊破軋碎生產而成，且應進行除塵。其碎石應具有足夠強度、表面粗糙、潔凈、棱角性好、無風化、無雜質。壓碎值應小于26%，9.5 mm顆粒以上針片狀含量應小于15%，4.75 mm顆粒以上針片狀含量應小于20%；本項目采用安徽蕭縣丁里鎮孫小林子石料場生產的碎石，壓碎值為19.5%，9.5 mm顆粒以上針片狀含量為8.5%，4.75 mm顆粒以上針片狀含量為10.2%。

(3) 細集料。水穩混合料中的細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質，具有一定強度。石屑應與粗集料同一塘口碎石加工生產而成，過細的顆粒應篩除，生產過程中應具有脈沖布袋式抽吸設備，確保0.075 mm通過率小于13%，砂當量不小于55%。小于0.6 mm的顆粒液限小于28%，塑性指數小于9。本項目采用的石屑與碎石均為同一廠家、同一塘口生產加工而成，其0.075 mm通過率為11.3%，砂當量為62%，小于0.6 mm的顆粒液限為15.7%，塑性指數為1.8。

1.2混合料配合比組成設計

水穩混合料配合比設計要求：采用骨架密實型，集料最大粒徑不大于31.5 mm，大于4.75 mm的含量不低于70%；采用靜壓法成型的試件，7 d浸水抗壓強度代表值為3.0～4.0 MPa；以振動壓實法確定的最大干密度和相應最佳含水率作為施工過程中的壓實質量控制；確定水穩混合料的延遲時間及其對強度的影響；水穩混合料抗凍性的探索；設計組成應方便施工，即粗細集料離析少，施工和易性好。

(1) 礦料級配的合成設計。骨架密實型水穩混合料的綜合路用性能受礦料級配影響很大，尤其是抗裂、抗凍及抗沖刷等性能。在配合比相關級配的組合過程中，應對其進行科學合理的優化，最大粒徑過大或整體級配越粗，混合料表面就越容易離析；整體級配越細，其干燥收縮也就越大，且破壞主要在早期發生；細集料含量越多，水穩混合料的干密度及強度越大，但是抗沖刷性和抗裂性能越差；0.075 mm以下粉料含量越多，水穩混合料的抗裂效果越差。施工過程中應加強對原材料及礦料級配的控制，盡可能的減少細集料用量；在減少含泥量的同時，應該嚴格限制細料及粉料用量。實踐表明，優化水穩混合料的級配可以明顯增加水穩混合料的密度、強度和耐久性，減少水泥用量，提高抗裂性和抗沖刷性能，節約經濟成本[3]。

結合濟祁高速公路永城至利辛安徽段水穩混合料基層施工實踐經驗，要求組成混合料的級配應符合表1所示規定的范圍。按五種碎石規格備料，取工地實際使用的碎石，分別對其水洗篩分，按碎石顆粒計算確定各礦料的比例組成。在混合料的合成級配擬合過程中，4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm的通過率應接近礦料級配范圍的下限；在優化礦料合成級配中，4.75 mm的通過率將起著非常重要的作用，其通過率為22%～30%時為最佳，不應大于30%，因為4.75 mm以上顆粒是構成骨架的主要部分[4]；9.5 mm通過率為50%左右時，混合料將呈現出良好的級配形態，并且表面不容易離析；2.36 mm的通過率為20%左右較為適宜；0.6 mm以下含量越少越好；石屑中小于0.075 mm的部分粉塵應嚴格限制，不應大于13%，否則會影響抗裂效果。各檔碎石摻配比例及合成級配結果，如表1所列。

表1　骨架密實型水穩基層礦料級配范圍、摻配比例及合成級配設計結果

經設計確定礦料的標準級配在施工過程中不得隨意更改。施工過程中應加強跟蹤檢測，嚴格控制進場材料質量及混合料的級配，如遇材料發生變化并經檢測礦料級配或混合料的性能指標不符合設計要求時，應及時調整，使其質量符合要求并保持相對穩定，必要時重新進行水穩混合料配合比的組成設計。

(2) 最大干密度和最佳含水率確定。按表1計算的各種材料的組成比例，分別按3.0%、3.4%、3.8%、4.2%、4.6%五種水泥劑量，配置間隔為1%的5種不同含水率的水穩混合料，靜置浸潤后，按文獻[6]規定，分別進行標準重型擊實及振動壓實試驗，確定其最大干密度和最佳含水率，其試驗結果如表2所列。使用振動壓實儀成型水穩混合料試件時，其振動壓實時間為120 s，振動頻率為30 Hz，振幅為1.4 mm[5]。從表2試驗結果可以看出，振動壓實法所取得最大干密度大于重型擊實試驗結果很多，最佳含水量小于重型擊實試驗結果，兩者其最大干密度試驗結果的比值在1.01～1.03之間。這說明采用振動壓實法確定的最大干密度和相應的最佳含水率作為施工現場壓實質量的控制是科學合理的，符合配合比設計要求及骨架密實型水穩混合料的特點。

(3) 無側限抗壓強度。根據標準重型擊實及振動壓實法取得的最大干密度與最佳含水率，分別計算、配置、成型混合料試件，測其高度與質量后進行標準養生(溫度20 ℃±2 ℃、濕度95%以上，恒溫保濕養生6 d，浸水1 d)后進行無側限抗壓強度試驗，其試驗結果如表2所列。可以看出，振動壓實試驗結果大于重型擊實結果，其7 d抗壓強度代表值結果比在1.92～2.03之間。根據設計要求，采用靜壓法成型試件其7 d抗壓強度的代表值為3.0～4.0 MPa，在滿足基層各項力學指標的前提下，盡量減少水泥用量，以達抗裂性能要求。實際上按照振動壓實法成型的混合料試件在水泥劑量為3%時，都已經高于設計強度要求了，但是考慮到在大面積施工過程中，原材料波動偏大，水穩拌和樓、現場攤鋪精度欠穩定，且為冬季施工等綜合因素，在滿足強度的基礎上，同時結合施工技術規范及配合比設計要求，最終確定水泥劑量為3.8%，最大干密度為2.410 g/cm3,最佳含水率為4.8%。

表2　振動壓實與重型擊實法各項試驗技術指標結果

(4) 耐久性。采用凍融循環試驗確定適宜的水泥穩定碎石材料，探索骨架密實型水穩混合料在潮濕冰凍條件下的使用性能[6]，并對其抗凍性進行評價。將試件標準養生至28 d，飽水后，放入-18 ℃冰柜中，凍結16 h后，取出再放入20 ℃恒溫水槽中融化8 h，如此反復經過5個凍融循環后，在飽水狀態下，進行無側限抗壓強度試驗[7]。按靜壓法成型的混合料試件，測得凍融循環后的飽水抗壓強度為5.6 MPa，未凍融循環經飽水后28 d抗壓強度為6.9 MPa，其抗凍強度損失為81.16%；按振動壓實法成型的混合料試件，凍融循環后的飽水抗壓強度值為6.4 MPa，未凍融循環經飽水后28 d抗壓強度為7.8 MPa，其抗凍強度損失為82.05%。由此可表明在多次凍融循環反復作用下，水穩混合料具有良好的抗凍性，不影響其基層的使用強度。

(5) 混合料的延遲時間。由于水泥穩定碎石混合料，從加水拌和到碾壓終了的時間對其強度和所能達到的干密度有較明顯的影響，延遲時間愈長，混合料的干密度和強度損失愈大[8]。為確定現場施工水穩混合料的延遲時間，進行了延遲時間的強度試驗。水泥劑量為3.8%時，分別通過2 h、4 h、6 h采用靜壓法成型的水穩混合料試件，測定其7 d的強度代表值分別依次為3.2 MPa 、3.0 MPa 、2.9 MPa，由此表明6 h強度不能滿足設計規定強度要求。水穩混合料基層在施工過程中，應充分考慮并預防可能發生的一切不利因素(如運距、車輛及設備故障等)，從現場拌和到碾壓終了的時間應控制在4h以內,不得超過6 h，以確保工程實體質量。

2水穩混合料施工技術要求

骨架密實型水穩混合料的施工應采用流水作業法，混合料的拌和、運輸、攤鋪、碾壓及養生各工序間應緊密銜接。特別要注意縮短混合料從加水拌和到完成碾壓終了的時間不超過4 h。水穩混合料基層施工最低氣溫應在5 ℃以上；雨季施工時，應勿使水泥和混合料遭受雨淋，降雨時應停止施工，對已經攤鋪的水穩混合料應盡快碾壓密實成型。

2.1水穩混合料的拌和

水穩混合料的拌和應均勻一致，無明顯粗細集料離析現象。施工過程中應嚴格控制混合料的含水量，含水量過大，容易產生干縮裂縫及“彈簧”現象；含水量過小，則混合料不容易被碾壓密實[9]；因此，混合料每天攪拌前，應先認真檢查各種集料的含水量，計算施工過程中的水份損失及當天的施工配合比，混合料的含水量應比最佳含水量略高0.5%～1%。每天開始攪拌后，應認真檢查混合料的級配和水泥劑量是否符合配合比設計要求，是否均勻穩定。正式生產后，應隨時在線檢查配合比、含水量的變化，如有改變，應做相應調整。高溫季節施工，混合料的含水量應根據溫度氣候條件的變化及時調整。拌和樓控制系統要逐盤自動計量和打印水泥及各礦料的用量，并定期對拌和稱量設備進行校核。

2.2水穩混合料的運輸

水穩混合料的運輸車輛應采用大噸位自卸車，用篷布全部覆蓋，以減少含水量損失，其數量應滿足拌和樓出料和攤鋪需要，且略有富余，不得加高廂板，槽邦。裝料前應認真檢查其性能是否良好，車廂是否清洗干凈。運輸車輛必須均勻裝載混合料，從拌和機向運料車上放料時，每卸一斗混合料，汽車應前后移動，分三次裝料[10]，以減少混合料的離析。混合料運至現場，應一次性將混合料緩慢卸入攤鋪機中，盡快攤鋪、碾壓成型，減少停頓。如果運輸車輛中途出現故障，必須以最短時間排除，以確保水穩混合料在初凝時間內攤鋪壓實，否則必須予以廢棄。

2.3水穩混合料的攤鋪

水穩混合料的攤鋪是基層施工過程中的重要環節。本項目采用兩臺攤鋪機梯隊作業施工攤鋪，一次性碾壓密實。為確保路面的平整度和厚度滿足規范及設計要求，攤鋪機兩側以走鋼絲形式作為引導高程控制方式，收料斗兩側應固定擋皮，防止混合料豎向和橫向離析及漏料現象。攤鋪前應先檢查攤鋪機的各部件的運轉情況，攤鋪機應調整至最佳的工作狀態，其螺旋布料器應有2/3埋入混合料中，調整好傳感器臂與鋼絲的控制線，嚴格控制水穩基層厚度和標高。攤鋪機的攤鋪應緩慢、連續、均勻不間斷的攤鋪，攤鋪速度控制在2.5 m/min左右予以調整，禁止攤鋪機停機待料現象。沒有壓實的水穩混合料，施工人員不得進入踩踏。兩臺攤鋪機的速度、松鋪系數、路拱橫坡度、平整度及振動頻率等均應保持一致，其接縫應平整、密實。在攤鋪機的后面應設專人消除混合料的離析現象，鏟除局部的粗集料“窩”并采用新拌水穩混合料填補。

2.4水穩混合料碾壓

水穩混合料的壓實是基層質量的重要保證，應合理選擇壓路機組合方式和碾壓步驟，嚴格遵循碾壓程序及施工工藝，做到穩壓充分，振動不起浪、不推移。壓路機要緊跟攤鋪機的后面，一次性碾壓長度控制在40～60 m之間，輪跡應重疊1/2輪寬，每層最大壓實厚度不大于20 cm。碾壓段落應井然有序、界線分明，確保不漏壓。在碾壓過程中，按照穩壓→弱振動碾壓→強振動碾壓→膠輪穩壓的順序進行。在初壓時，壓路機應做到同進同退；換擋宜在碾壓好的路段上，且應平順，不應拉動水穩混合料。在碾壓過程中，要重視膠輪壓路機對水穩混合料的搓揉和橫向碾壓的嵌擠作用，可顯著增加成型后水穩基層的密實性和密水性。碾壓應在水泥初凝之前完成，直至混合料表面無明顯輪跡為止。終壓結束后，應立即檢測壓實度，對于不合格的測點應立即進行復壓，直到全部測點符合要求為止。

2.5養生及交通管制

水穩混合料基層碾壓成型后應立即開始養生。采用雙層透水無紡土工布保濕養生，用人工覆蓋在碾壓完成的層面上，2 h后用灑水車灑水，再用塑料薄膜覆蓋養生。養生期間應定期灑水，在7 d內應保持水穩結構層處于濕潤狀態，在28 d內應進行正常養護，以滿足強度持續增長的需要。灑水車養生時，其噴頭應做成噴霧式，不得采用高壓式噴管，以免破壞水穩結構層；每天灑水的次數視溫度氣候而定，整個養生期間應始終保持水穩結構層表面濕潤狀態，不應過濕或忽干忽濕。養生期一般應不少于7 d，灑水車在另一側車道上行駛，工人手持水帶灑水養生。不得用濕黏土，塑料編制物覆蓋。養生結束后或者進入下一道工序施工時方可移走覆蓋物，且必須將其覆蓋物清除干凈。在養生期間應該封閉交通，以避免車輛荷載對路面水穩結構層產生破壞。

3水穩混合料的質量控制

水泥劑量的測定應在拌和機拌和后取樣，并在10 min內進行滴定試驗；水泥用量的檢測除用滴定法外，還必須進行總量控制校核，每天記錄施工實際水泥用量、集料用量及實際工程量，計算校核水泥劑量檢測的準確性。水穩混合料的級配篩分除在拌和機皮帶上取花白料進行篩分試驗外，還可以抽取水穩混合料，配合水泥劑量，采用水洗篩分或燃燒法測定。水穩混合料無側限抗壓強度檢驗應在拌和場按規定方法取樣制備試件。壓實度檢查應在終壓結束后立即進行，對于小于規定值的測點應立即進行處理，直到全部測點符合規定要求為止。

4結束語

本文通過結合施工實踐經驗，對骨架密實型水穩混合料的配合比組成設計及施工過程作了相關分析論述，從而獲得了一整套較為完整的技術方案，以供借鑒和參考。本項目在實施過程中，通過對施工過程中的各個關鍵環節進行了有效監控，有效地提高路面水穩混合料基層的強度和路面使用性能，取得了良好的效果。

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收稿日期：2016-03-10；修改日期：2016-03-22

作者簡介：謝銳(1978-)，男，安徽淮北人，安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司工程師．

中圖分類號：U414.1

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)02-0266-04