水泥穩定碎石基層的澆注成型施工工藝

王曉翠,王曉利

(1.浙江建設職業技術學院,浙江 杭州 311231；2.西安科技大學建筑與土木工程學院,陜西 西安 710054)

隨著中國公路交通事業的進一步發展,公路建設對道路的施工和使用性能提出了更高的要求。半剛性基層路面結構層不但能提供重載車輛必需的承載能力,也具有良好的整體性和穩定性。但是半剛性材料的強度形成需要足夠長的時間,早期強度低,基層施工完畢較長一段時間后,才可進行路面工程的施工。同時，由于半剛性基層所用的都是收縮性較大的材料,也由于我國絕大多數道路的瀝青路面又都是薄瀝青面層,所以我國道路上瀝青路面的裂縫特別嚴重[1]。因此，我們將自行研制的氟鋁酸鈣和硫鋁酸鈣礦物相噴射水泥用于水泥穩定類基層材料,該水泥不僅具有速凝、早強特性,而且具有微膨脹性,可以加速公路施工速度,減少路基收縮問題。

浙江省多為山地,越來越多的公路建于山區之中。傳統的施工方法中心站集中廠拌法施工的廠拌設備都是安裝在固定地點作業,且裝置多,整機龐大,占地面積較大[2]。在山區修建公路時,由于場地的限制,建立攪拌站不太方便,而且施工完一段路段后,攪拌站的地點也得隨之改變,這樣勢必增加施工的難度和成本。在實體工程中,傳統的施工方法要求水泥有較長的凝結時間,以滿足施工組織的要求，而噴射水泥的凝結比普通水泥要快。因此,為了縮短施工組織時間,考慮施工工藝的改進是有必要的。鑒于此,基層材料不再采取廠拌法施工工藝,而是采取現場澆注成型施工工藝：先將骨料直接鋪到路面上,再將粘結材料澆注到骨料中,最后，通過壓路機振動壓實形成路基。

1 原材料

1.1 水泥

水泥為自行研制的氟鋁酸鈣和硫鋁酸鈣礦物相噴射水泥,各項指標見表1。

表1 噴射水泥的基本性質

1.2 石料

石料采用連續級配的石灰巖碎石。按照《公路工程集料實驗規程(JTGE42—2005)》中的實驗方法,經測定,石料的技術指標見表2,滿足《公路基層施工技術規范(JTJ034—2000)》中石料的要求。

表2 集料技術指標

2 澆注材料的試驗研究

澆注成型工藝應具有的特點是：一是澆注料漿應具有良好的流動性,以便于澆注；二是澆注材料可將高比例水凝結為固體結晶體,從而使澆注料漿在一般濃度條件下不脫水而變成固體。因此，為了滿足澆注成型的要求,澆注材料應具有含水量高、固水早強等特點。使材料水化后形成具有32個結晶水的水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)是完全能滿足上述要求的[3]。同時,為了提高漿體的流動性,并使漿體形成最佳針狀結構狀態的鈣礬石,宜在配料中加入石膏和石灰,并增大水灰比。

2.1 澆注材料的配比

為了提高漿體的流動性,同時使漿體形成最佳針狀結構狀態的鈣礬石,試驗得到澆注材料的最佳配比為：噴射水泥∶天然硬石膏∶石灰或熟石灰=50%∶35%∶15%。

2.2 澆注材料的含水量

采用澆注成型工藝要求澆注料漿的流動性較大,而由干密度擊實試驗確定的最佳含水量不能滿足澆注成型工藝所要求的流動性,因此，有必要研究并確定澆注成型工藝中澆注材料合適的含水量。

以干密度擊實試驗所確定的最佳含水量作為含水量的下限,試驗結果如表3。

表3 材料的最大干密度和最佳含水量

根據水的下限增加水的用量,為了提高拌和物的流動性,加入0.8%的減水劑(占水泥質量的百分比),然后由澆注法振動成型為Φ150 mm×h150 mm圓柱型試件,最后置于(20±2)℃的環境溫度下進行濕氣養生。到達7 d齡期時,測定試件抗壓強度,結果見表4。

表4 材料在不同含水量時的7 d抗壓強度(MPa)

由上述試驗結果可以確定,當混合料配比為5∶95時,取澆注材料的含水量為6.8%,則澆注材料的水灰比為6.8/5=1.36。

2.3 漿體的流動性和凝結時間

由于澆筑材料的水灰比高達1.36,水占水泥漿體的體積達50%～60%,所以漿體在使用時具有很好的流動性,有利于澆注成型工藝的施工。

測得澆注材料的初凝時間為35 min,終凝時間為70 min。

3 施工方法的試驗研究

3.1 試驗方案

對于澆注成型施工工藝,實驗室制定了幾種不同的成型試驗方案。

方案一：將集料一次全部加入試模內,集料振實后再將澆注料漿澆入,然后放到振動臺上進行振動成型。

方案二：將集料分批加入試模內,每層厚度約為100 mm,每次加入集料后,將集料重型擊實后再將料漿澆入重型擊實,然后再加入下一批集料,采取同樣的方法將其制成試塊。

方案三：將集料分批加入試模內,每層厚度約為100 mm,每次加入集料后,將集料振實后再將料漿灌入振實,然后再加入下一批集料,采取同樣的方法最終將其制成試塊。

方案四：同樣每層厚度約為100 mm,每次加入集料后,不再振實或壓實,直接澆注料漿,然后再加入第二批集料,再澆料漿,如此這般分批分別加入集料和料漿,最后一次振動成型。

3.2 結果與討論

試驗結果見表5及圖1～4。

表5 不同方案成型結果

方案一采取一次加料成型,澆注料漿不能很好的澆注到底部,試塊底部只有少量的料漿到達,導致試塊底部容易脫落,成型效果很差,見圖1。方案二采取了分批成型的方法,但采取重型擊實法使得澆注不夠均勻,澆注效果不夠理想,雖然能夠成型,但有些薄弱環節還是容易脫落,見圖2。方案三每次加入集料后都要先將集料振實再加入澆注料漿,集料在沒有料漿的狀態下進行振實,這使得集料離析現象嚴重,小顆粒都分布到試塊下部,大顆粒聚集到試塊上部,相當的不均勻,見圖3。方案四采取分批加完后一次振實,由于加入的料漿很大一部分已經灌入到集料中去,在振實的過程中澆注料漿對集料產生了一定的阻力,這大大減少了骨料的離析現象,見圖4。

圖1 試驗方案一結果

圖2 試驗方案二結果

圖3 試驗方案三結果

圖4 試驗方案四結果

綜合以上試驗現象及分析,確定方案四為最佳成型方案,在以下的試驗中均采取方案四成型。

4 強度試驗

將攪拌成型與澆注成型工藝制作的基層材料進行比較,進行路用性能測試的試件利用室內振動臺按方案四成型。試驗采用配合比為5∶95,將集料與澆注料漿分批裝模,澆注法成型，飽濕養生至規定齡期,然后測定不同養生齡期試件的無側限抗壓強度,試驗結果見表6。

表6 兩種工藝噴射水泥穩定碎石不同齡期的抗壓強度(MPa)

從試驗結果可以得出,采用澆注成型工藝后,雖然混合料的強度有所降低,但噴射水泥穩定碎石類基層材料3 d抗壓強度可達2.1 MPa,7 d強度可達3.2 MPa,7 d的無側限抗壓強度已達到《公路工程基層施工規范(JTJ034—2000)》中的水泥穩定碎石基層強度要求。

5 結 語

1)通過對澆注材料的研究,施工工藝的改進,將攪拌靜壓成型改為澆注振動成型,可以避免混合料的攪拌,簡化施工工藝,加速施工速度。

2)采用澆注振動成型工藝后,雖然混合料的強度有所降低,但噴射水泥穩定碎石類基層材料7 d無側限抗壓強度仍可達3.2 MPa,已達到現行《公路工程基層施工規范(JTJ034—2000)》中的水泥穩定碎石基層強度要求。

[1] 劉清芳,蔣甫,應榮華.水泥穩定碎石半剛性基層材料的抗裂性能分析[J].中南公路工程,2004, 29(2):73-77．

[2] 宣國梁,李進三.道路施工技術[M].北京：人民交通出版社,1999．

[3] 孫恒虎,劉文永.高水固結充填采礦[M].北京:機械工業出版社,1998．