淺析凝灰巖在水穩基層中的應用

杜仲寶

摘要：為了探討凝灰巖在水穩基層的路用性能，在試驗室標準養護條件下對凝灰巖試件進行力學性能與體積性能方面試驗，依托海啟項目采用凝灰巖作為水穩基層材料，過程中對養生、取芯提出建議，對裂縫發展進行比較。根據凝灰巖混合料的室內試驗及在項目的使用情況看，凝灰巖可以嘗試作為水穩基層材料使用。

關鍵詞：凝灰巖;水穩基層;取芯

近年來，隨著國家生態環保政策實施，大量的石灰巖宕口因為揚塵污染等生態環保問題而關閉，造成石灰巖石料的供需矛盾日益嚴重，石灰巖難以保質保量供應，這一問題已成為當前困擾部分省市公路工程的主要難題之一。目前。尋求一種儲量豐富、質量穩定、性能優良、價格適宜，在各項性能滿足要求的石料替代石灰巖，用于水穩基層的施工，是解決當前石灰巖石料短缺、保證工程項目進度和施工質量的有效手段。

凝灰巖是一種分部廣泛的火山碎屑巖，為多孔結構、自身強度較高，在我國東南部沿海地區儲量豐富，國內已對凝灰巖作為路面墊層材料、水泥穩定機制砂、瀝青混合料材料等進行研究，研究表明對于碳酸鈣含量滿足要求且未風化的純凝灰巖礦料可作為路面墊層使用。凝灰巖作為機制砂在不同水泥劑量下的級配碎石可以滿足基層、底基層強度要求。凝灰巖顆粒形狀規則、潔凈的情況下，作為瀝青混合料的路用性能滿足現行規范要求。凝灰巖作為面層材料已在潮惠高速公路中面層的應用，作為基層材料已在浙江省多條高速公路使用，但施工過程中需關注的問題未有相關的研究，本文依托海啟項目對凝灰巖試件進行干縮試驗，并對施工過程中凝灰巖基層養生、取芯提出建議。

1 凝灰巖水穩性能試驗

在試驗室標準養護條件下對凝灰巖、石灰巖水穩力學性能與體積性能方面進行試驗，以評價凝灰巖集料在水穩基層中的使用性能，其中力學性能試驗通過不同齡期的無側限抗壓強度、劈裂強度、回彈模量進行評價;體積性能試驗通過標準養護7d后的的干縮、溫縮試驗進行評價。

1.1 力學性能試驗

（1）無側限抗壓強度。室內測得7d、14d、28d無側限抗壓強度為7.10MPa、8.29MPa、9.89MPa，表明凝灰巖水穩材料7d無側限抗壓強度能夠達到28d 的72%，基本符合水泥的水化速度。

（2）劈裂強度。凝灰巖基層7d、14d、28d 劈裂強度分別為0.43MPa、0.88MPa、1.14MPa，針對劈裂強度，參考《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）對于水穩基層劈裂強度推薦值為0.4-0.6MPa（振動成型），本次試驗劈裂強度增長明顯。

（3）回彈模量。凝灰巖7d、14d、28d 抗壓回彈模量（頂面法）分別為 1170.5MPa、4176.2MPa、3643.6MPa，7d 回彈模量略小，14d 基本達到最大。

1.2 體積性能試驗

（1）干縮試驗。試件采用靜壓法成型，試件尺寸 10cm× 10cm×40cm，標準養生7d后試驗，干縮試驗條件溫度21℃，濕度49%。結果表明試件在第8天后水分基本不再散失，分析原因主要是凝灰巖多孔結構容易吸收更多的水分，水分散失也更慢。

（2）溫縮試驗。試件采用靜壓法成型，試件尺寸 10cm× 10cm×40cm，標準養生7d后試驗，放置 105℃烘箱12h至恒重，溫縮試驗條件溫度范圍為40℃-10℃，梯度10℃，每個溫度保溫3h。結果表明凝灰巖試件溫縮變形量小于石灰巖試件

凝灰巖水穩材料7d、14d無側限抗壓強度、劈裂強度、回彈模量水平較好，基本滿足工程強度水平需要。凝灰巖水穩材料干縮、溫縮均差于石灰巖材料，分析主要由于凝灰巖水穩材料中水泥水化較慢，導致標準養生7d后體積仍發生明顯變化，這與現場取芯強度發展較慢較為匹配，結合干縮試驗結果發現凝灰巖水穩試件第9天后水分基本不再散失，因此建議凝灰巖基層的養生時間延長2-3天，以保證凝灰巖基層整體性能的進一步提升。

2 凝灰巖水穩施工

2.1 配合比設計

采用浙江產凝灰巖，按照0-4.75、4.75-16、16-25和25-31.5分為四檔，集料指標滿足規范要求。基層集料摻和比例為1#料：2#料：3#料：4#料=22：23：27：28。級配合成情況見下表：

2.2 凝灰巖水穩施工

混合料生產采用一臺徐工XC-800型連續式振動拌和穩定土拌和機。現場攤鋪采用兩臺徐工RP953E攤鋪機梯隊作業，一臺雙鋼輪壓路機靜壓（1遍）;四臺振動單鋼輪壓路機進行振動碾壓（6遍），一臺膠輪進行收光碾壓（2遍至無輪跡），壓實過程中需適當提高壓實功。

2.3 凝灰巖水穩取芯

凝灰巖水穩基層養生7天后，進行取芯檢測，部分芯樣表面不密實，孔洞較多，局部段落取芯困難，表面和底部存在不同程度的缺邊掉角現象。養生延時15天后進行取芯檢測，芯樣外觀基本密實，孔洞較少，證明芯樣外觀隨著取芯時間的延長所改觀，芯樣橫、縱切面基本密實，取芯情況見下圖。

3 水穩裂縫調查

瀝青下面層施工前，對凝灰巖水穩上基層現場裂縫情況進行調查，現場發現約110米每道，與同等條件下石灰巖基層裂縫數量相當。

4 結論

根據凝灰巖混合料的室內試驗及在項目的使用情況看，凝灰巖可以嘗試用于水穩基層施工，但施工過程中需注意以下幾點：

（1）優選破碎工藝。建議宕口開采集料的破碎工藝應為：鍔破-兩套反擊破或鍔破-圓錐-整形以減少凝灰巖集料針片狀，保證集料整體規整。

（2）延長養生時間。因凝灰巖集料多孔結構、自身強度較高，短期內凝灰巖水穩基層混合料的強度有限，為了保證基層成型效果和芯樣完整性，建議延遲取芯時間，一般在施工養生10～14天后安排取芯為宜。

（3）優選取芯設備。因凝灰巖集料自身強度較高，建議取芯時采用高強度精鋼鉆頭，取芯前在取芯筒內外側涂抹凡士林。

參考文獻：

[1] 孫忠寧，王少君，李剛，雷宇.采用凝灰巖作為路面墊層材料的試驗研究[J].中外公路，2009（03）.

[2] 於德美，吳志鴻，郭曉，張峰，邱仁輝.水泥穩定凝灰巖機制砂級配碎石路用性能[J].森林工程，2009（02）.

[3] 楊濤，鄭健龍，謝博，關宏信.凝灰巖瀝青混合料高低溫和水穩定性能試驗研究[J].公路交通科技，2016（03）.

（作者單位：南通市公路事業發展中心）