公路基層材料水泥穩定粒料施工檢測及質量控制

摘? 要：本文以水泥穩定粒料的收縮性能為研究對象，為了更準確地驗證水泥穩定粒料的收縮性能，首先闡述了水泥穩定粒料的特點，并結合溫縮機理，通過收縮試驗得出養生和使用齡期不同對溫縮和干縮應變的主、次地位的影響規律。一般情況下水泥穩定粒料混合料的干縮應變更大，因此在凍土地區基層施工中，應注重加強質量控制，提高其路用性能。

關鍵詞：水泥穩定粒料;質量控制;特點

中圖分類號：U44? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）08-0000-00

1 溫縮機理

在混合料內，對其溫縮特性起決定作用的因素主要有2個，其一，自由水，根據冰點溫度劃分，可以分為重力水和毛細水，重力水結冰溫度為0℃，而毛細水則在0℃以下。其二，結合水，主要分為強結合水和弱結合水兩大類，當受到的引力不斷增加時，結合水的冰點將隨之下降。一般在-0.5℃時，弱結合水的外層便可凍結，與土粒表面越接近，則其冰點越低。在-20～-30℃之間，弱結合水能夠完全凍結。但相比之下，即便是在-78℃時強結合水依舊無法結冰。一般來講，水泥穩定粒料的溫縮過程大致分為3個階段，各個階段收縮情況均存在一定差異，究其原因是在于混合料內水分的不同[1]。具體如下：

（1）第一階段：溫度在0℃以上。據相關研究表明，在該階段水泥穩定粒料混合料的應變和溫度呈線性關系，試件的凍縮系數基本與常數相近，在此溫度區間，試件內的自由水、結合水基本上不會產生任何改變，由此表明，在此階段對于試件的收縮性能水分不會造成任何影響，僅會出現固體物質熱脹冷縮反應。

（2）第二階段：溫度在0～-20℃之間。一旦溫度下降到0℃，首先凍結的是自由水，其從液態變為冰晶體，這種情況下，體積膨脹，將促使試件伸長。除此之外，伴隨溫度的不斷降低，弱結合水最外層也將逐漸結冰，進一步擴大冰晶體，促使附近土顆粒的結合水膜厚度減小，加大顆粒之間的引力，此時試件發生收縮變化。在這一階段，兩方面的脹縮基本處于平衡狀態，因此，試件的收縮基本上和第一階段保持一致。

伴隨溫度的持續下降，弱結合水凍結程度加重，內部逐步凍結，與此同時，附近土粒的結合水膜厚度仍然呈下降趨勢，并有較大吸引力出現在顆粒之間。此時，自由水凍脹已完成，試件只受收縮力，并出現迅速收縮現象，隨之收縮系數劇增。相比第一階段，此環節收縮系數可達到1.5倍左右。

（3）第三階段：溫度在-20℃以下。進入第三階段之后，結合水已經全部凍結，并逐步向更深層擴展，且難度越來越大，溫縮變形速度開始變慢，溫縮系數增長速度也大幅減小。但在結合水作用下，相比常溫條件下，混合料的溫宿系數仍遠遠高出很多。相比第一階段，混合料在第二、第三階段的應變和溫度關系已產生變化。通過上述分析可見，造成混合料溫宿系數急驟變化的主要因素在于結合水的作用。

2 收縮試驗與分析

為了進一步驗證水泥穩定粒料的收縮性能，本文選取多年凍土的高原地區，進行收縮試驗研究。根據試驗規定，結合現場實際情況，將試驗場設置在完成鋪筑的試驗段基層上，在環境溫度、濕度變化的情況下，連續不間斷地觀測基層的收縮情況，通過試驗觀測，可以獲取溫度收縮和干燥收縮的綜合效應。

選取一段較小坡度段作為試驗段，本路段基層施工結束1月有余，首先，挖開完成鋪筑的路面一側，將基層側面露出;隨后均勻涂抹一層薄薄的水泥漿，做好補平處理;其次，待水泥漿干燥程度達到試驗要求后，通過砂布進行打磨、清理;然后，將應變片貼在中間部位;最后，采用塑料布覆蓋試驗段，避免受到雨水影響。

試驗檢測時間定在2個階段，其一，未鋪筑瀝青混凝土面層的7月中旬;其二，瀝青混凝土面層已覆蓋完成的8月初期。在此時期，本地區白天氣溫多在15～30℃，具有較高的平均溫度，但晝夜溫差相對較大，夜間溫度甚至在0℃以下。因此在檢測時，選取具有代表性的時間段，對基層一晝夜的應變情況進行測定與分析。

通過觀測可知，在面層鋪筑前后，基層的應變變化規律基本上類似，在一天內，基層應變值并沒有出現嚴重凸出情況，變化呈平緩趨勢。但也發現，有7～8h內存在較大應變波動，甚至有膨脹和收縮峰值產生。

相比面層，基層在鋪筑后其收縮程度更大，兩者最大差值可達到1000多微應變，與此同時，在上述情況下，應變最大值發生的時間也不相同。如，面層鋪筑前，最大應變值發生在一天當中的8～13點。而面層鋪筑之后，最大應變值發生在一天當中的凌晨3～5點之間。

為了更好地分析應變情況，本文以試驗期間本地區溫度變化情況作為參照。觀測發現，溫度變化最大的時間主要集中在一天當中的6～12點之間。

經試驗檢測發現，當基層在空氣中裸露時，基層應變變化較大的時間和溫度變化較大的時間基本相同，這表明外界氣溫對基層影響大。但是，當基層被覆蓋之后，外界溫度、濕度變化對基層應變的影響大幅下降，且存在很大延遲性。除此之外，由于基層內部水分散發難度較大，溫度具有較小變化情況，因此將大大減小基層的收縮應變。上述問題的存在，均會導致基層總體收縮的下降。

通過以上分析可知，試驗當中，當基層完工之后，進入初步養生階段時，其內部仍含有大量水分，同時還沒有被瀝青面層封閉。為了滿足基層內部水分蒸發需求，此階段收縮主要源于基層內部水分散失，收縮作用表現為“干縮為主，溫縮為輔”;在面層鋪筑之后，基層水分散發作用減弱，溫度變化成為了收縮的主要因素，所以此階段收縮以溫縮為主。整體來講，在多年凍土環境下，伴隨溫度的下降與溫差的增大，水泥穩定粒料混合料收縮應變將隨之增加。隨環境的變化，溫縮和干縮均會表現出一定的規定性，但養生和使用齡期不同，兩種應變的主、次關系將發生變化，一般來講干縮應變更大。為了更好地控制水泥穩定粒料收縮性能，還需做好質量控制工作。

3 水泥穩定粒料質量控制措施

3.1 基層材料選擇

在選擇基層材料時，必須滿足現行規定要求，比如，集料應盡可能選擇含有較少細粒粘土，且彈性模量較高的材料。若集料內含有大量細粒粘土，則混合料的收縮應變將越大。

3.2 混合料級配

在滿足規范要求的前提下，必須嚴控混合料級配。為了降低水穩基層收縮開裂的機率，必須做好細料粒徑的控制工作，只有保證級配合理，才能有效改善混合料收縮性能。

3.3 水泥劑量

一般來講，混合料內水泥用量增加，則其收縮性能也將隨之增加，因此，在基層混合料抗壓強度滿足規定要求的情況下，應盡可能使用最小水泥劑量，可控制在5%～6%之間。

3.4 外加劑使用

合理使用各類外加劑，有利于降低水泥穩定粒料的收縮系數，并抑制基層開裂，減少裂縫數量。因此，在多年凍土環境下，要合理利用抗凍劑等外加劑，有效提升基層材料強度及抗溫縮能力。

4 結語

綜上所述，隨著交通量和汽車載重量的不斷增長，對路面質量提出了更高要求。水泥穩定粒料是一種常見的公路基層材料，具有強度大、剛度高、穩定性好等優點，在我國公路建設當中得到了廣泛應用。然而，由于此類材料抗變形能力不足，在溫度或濕度變化過程中極易出現開裂問題，尤其是凍土地區，水泥穩定粒料混合料的病害更為顯著。本文在大量試驗研究成果的基礎上，通過干縮試驗，分析了多年凍土地區特殊環境下水泥穩定粒料的收縮情況，并提出了相應的質量控制措施，以期為相關研究提供參考。

參考文獻

[1]龐小勇，付艷.公路水泥穩定碎石層試驗檢測技術的應用分析[J].黑龍江交通科技，2020，43（5）：64-65.

收稿日期：2020-07-04

作者簡介：馬宏濤（1974—），男，河南宜陽人，大專，工程師，研究方向：工程施工管理及檢測。