公路基層水泥穩(wěn)定碎石試驗檢測技術(shù)分析與應用

龐小勇

（貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石的骨料一般為級配碎石，摻入適量水泥等膠凝材料，將骨料之間的空隙完全填滿，然后按照嵌擠的原理進行攤鋪與碾壓而成。水泥穩(wěn)定碎石的壓實度與密實度十分接近，結(jié)構(gòu)強度主要由嵌擠鎖結(jié)原理形成，灰漿能將骨料之間的空隙完全填充。水泥穩(wěn)定碎石通常有很高的初期強度，而且結(jié)構(gòu)強度因齡期的不斷增加進一步提高，最終形成板體，由于強度高、抗?jié)B性與抗凍性良好，在當前的公路工程建設中得到了廣泛應用。在水泥穩(wěn)定碎石基層現(xiàn)場施工中，需通過試驗檢測明確基層施工質(zhì)量，為之后的基層施工改進與調(diào)整提供可靠的參考依據(jù)。

1 原材料要求

1.1 水泥

水泥穩(wěn)定碎石基層所用水泥宜為普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥也可采用，強度等級需達到32.5 或42.5，同時要求初凝時間不能少于3h，終凝時間保持在6～10h 范圍內(nèi)。施工前，需要對水泥的細度、標準稠度、凝結(jié)時間、體積安定性和強度進行檢測。細度是指水泥材料顆粒的粗細程度；標準稠度檢測的目的在于使凝結(jié)時間與體積安定性實測結(jié)果有良好的可比性；凝結(jié)時間是指從開始加水到變?yōu)樗酀{失去可塑性的時間；體積安定性是指水泥在凝結(jié)硬化時體積變化是否均勻；強度檢測的目的在于對水泥標號進行評定，確定抗折及抗壓強度是否滿足要求[1]。

1.2 水

飲用水可直接用于混合料拌和與養(yǎng)護。對于非飲用水，需要在使用前做好檢測：pH 值不小于4.5，氯離子含量不超過3500mg/L，硫酸根離子含量不超過2700mg/L，堿含量不超過1500mg/L，可溶物含量不超過10000mg/L，不溶物含量不超過5000mg/L，此外不能有漂浮的油脂和泡沫等雜質(zhì)。

1.3 粗集料

用作穩(wěn)定材料的粗集料宜采用各種硬質(zhì)巖或礫巖加工成的碎石。對于高等級公路，需將最大公稱粒徑控制在26.5mm 以內(nèi)，對于其他等級的公路，最大公稱粒徑需控制在31.5mm 以內(nèi)。粗集料技術(shù)要求見表1，規(guī)格要求見表2[2]。

表1 粗集料技術(shù)要求

表2 粗集料規(guī)格要求

1.4 細集料

水泥穩(wěn)定基層施工用細集料應潔凈、無雜質(zhì)，且粒徑滿足級配要求。塑性指數(shù)不超過17，有機質(zhì)含量小于2%，硫酸鹽含量不超過0.25%。對于高速公路和一級公路，細集料小于0.075mm 的顆粒含量應小于15%。細集料規(guī)格要求見表3。

表3 細集料規(guī)格要求

2 工程概況

賓川至鶴慶高速公路路線起點K0+000 位于賓川縣西，設賓川樞紐立交順接賓川至南澗高速公路，路線總體走向由東南向西北，止于鶴慶縣西邑鎮(zhèn)，設西邑樞紐互通與上關(guān)至鶴慶高速公路相接，該項目實際建設里程65.6km。該項目路面基層為32cm 厚水泥穩(wěn)定碎石。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范及實際現(xiàn)場情況，將K0+890—K1+140 段的左幅作為試驗路段，長度為250m，對該段水泥穩(wěn)定碎石基層實施試驗檢測。該基層厚度為32cm，為保證施工質(zhì)量，分兩層攤鋪完成，兩層攤鋪厚度相同，均為16cm。攤鋪完成后，按規(guī)范要求連續(xù)養(yǎng)護不少于7d，然后進行相關(guān)參數(shù)的試驗檢測。項目采用的各材料物理性能為水泥標號等級32.5 級，水泥劑量為4.0%～5.0%，集料壓碎不超過26%，7d 無側(cè)限抗壓強度應達到4～6MPa，壓實度不低于98%。

3 試驗檢測

3.1 試驗步驟

第一步，從現(xiàn)場試驗路段處準確稱取1000g 樣品，按四分法進行均勻取樣。在2 個搪瓷杯中分別放置300g 樣品，然后加入600mL 氯化銨溶液，用玻璃棒連續(xù)攪拌3min，攪拌頻率按照110～120 次/min 控制。攪拌完成后，使混合液靜置10min，再用膠頭滴管吸取上部澄清液，將其移至燒杯中，并蓋好玻璃板。

第二步，用移液管從燒杯中液面以下1～2cm 處吸取10mL 懸濁液，滴到三角瓶中，再用量筒稱取50mL 標準氫氧化鈉溶液添加至三角瓶中，之后加入適量鈣紅指示劑，均勻搖晃，使溶液變?yōu)槊导t色。用滴定管吸取100mL 左右EDTA 二鈉標準液，放到滴定臺上，打開閥門，使溶液滴入三角瓶。滴定時，持續(xù)搖晃三角瓶，確保溶液混合均勻。在液體顏色從玫紅色變?yōu)樗{色后，記錄溶液用量。

第三步，根據(jù)各項試驗數(shù)據(jù)繪制相應的標準曲線，并對照溶液實際消耗量。該次水泥劑量為4.5%，滿足配合比要求。

3.2 無側(cè)限抗壓強度檢測

3.2.1 試件制備

按照規(guī)范的要求在現(xiàn)場隨機取樣，然后采用烘干法測定集料的實際含水量，并按四分法進行分料，開始制備試件。混合料質(zhì)量采用公式計算確定，稱取適當混合料放到方盤中。公式為：

式（1）中：m表示單個試件制備所需混合料質(zhì)量，g；ρ表示試件干密度；v表示試件體積；ω表示混合料的含水量；K表示基層壓實度，取標準值98%；50g表示試件制備過程中產(chǎn)生的質(zhì)量損失。

在試模下部放好下壓柱，外露2cm，然后在試模的內(nèi)表面均勻涂油，分成多次將盤中的混合料倒入試模，通常分為2～3 次完成。每次倒完混合料都要用工具將其初步插實，并保證每次倒入的數(shù)量均勻。均勻倒入混合料時，為了使試件的表面保持光滑，可在頂?shù)撞颗c內(nèi)邊緣處多用細料，并盡量使粗集料處于試件中部。

3.2.2 試件脫模

試件成型后，靜置3h 左右可以脫模。將試件放到脫模器上，開啟千斤頂使其向上提升，促使頂柱進入試模，使頂柱與試件完全對準，用千斤頂使試件退出試模。將試件取出后，應測定其質(zhì)量與高度，結(jié)果需精確至0.1mm。

3.2.3 試件養(yǎng)生

試件稱重結(jié)束后，在其外表面覆蓋塑料薄膜，然后放到養(yǎng)生室中開始養(yǎng)生。此時養(yǎng)生室應始終處在對養(yǎng)生有利的狀態(tài)，標準養(yǎng)生為7d，最后一天浸水，養(yǎng)生溫度為18～22℃。養(yǎng)生結(jié)束后，揭去塑料薄膜，再次稱取試件的質(zhì)量，隨后將其放到水槽中浸水1d，此時水槽的水應在試件頂上約2.5mm。

3.2.4 強度檢測

浸水一晝夜后，將試件取出，用抹布將多余水分擦干，測量一次質(zhì)量與高度，結(jié)果精確至0.1mm。在預先備好的壓力機上放好試件，開始抗壓試驗。在抗壓試驗過程中，以試件發(fā)生的形變?yōu)橐罁?jù)，嚴格控制試驗速率，通常情況下保持速率為1mm/min。在試件出現(xiàn)破壞后，立即記錄此刻的壓力值。在被破壞的各試件當中，選取有一定代表性的部分測定其含水量。完成以上測試后，采用公式，計算確定試件的抗壓強度：

式（2）中：Rc表示試件的抗壓強度，MPa；P表示試件被破壞時的壓力值；A表示試件受壓面的截面積。

3.3 壓實度檢測

壓實度檢測開始前應先標定灌砂筒椎體中砂的質(zhì)量，然后把基板放到壓實后的基層表面，按照基板上的預留孔位置在基層表面鑿孔，取出孔中的混合料稱重。將灌砂筒上的開關(guān)打開，使砂流進試坑，在砂停止流動后，關(guān)閉開關(guān)，稱量剩余砂的質(zhì)量。在標準公式中，代入以上實測數(shù)據(jù)，計算試坑中砂的質(zhì)量。在檢測壓實度的同時，還需測定混合料的含水量，并通過計算確定混合料的干濕密度。當壓實度的實測結(jié)果與設計要求不符時，需要在混合料中的水泥達到初凝之前，用壓路機進行補壓，在壓實的同時隨機測定壓實度。經(jīng)檢測確定壓實度與設計要求相符后，記錄壓實遍數(shù)，以此為后續(xù)施工提供指導，使基層碾壓一次成型，達到要求的壓實度。

4 過程注意事項

為保證水泥穩(wěn)定碎石基層的施工質(zhì)量，除了認真做好上述試驗檢測工作，結(jié)合賓鶴高速公路基層水泥穩(wěn)定試驗路段的經(jīng)驗總結(jié)，還要對如下要點引起高度重視：一是鋪筑前，做好底基層檢驗，并對控制樁的高程進行復核；基層混合料攤鋪開始前，需將底基層表面清掃干凈，使其整潔，同時灑適量的水將其潤濕。二是水泥穩(wěn)定混合料攪拌必須集中拌制。使用拌和設備前，做好調(diào)試，確保拌和物的水泥用量、含水量及骨料級配達到要求，并使設備可以正常運轉(zhuǎn)，拌和設備的出料量和攤鋪生產(chǎn)能力相匹配。三是在混合料攤鋪與碾壓過程中，需將攤鋪系數(shù)控制在3～5 范圍內(nèi)。在現(xiàn)場施工中，應嚴格遵循寧高勿低與寧刮勿補的基本原則，避免水泥穩(wěn)定碎石層出現(xiàn)松散現(xiàn)象。各路段施工都要在水泥達到初凝之前完成，將基層混合料碾壓完成后，盡快進行密實度試驗。如果試驗結(jié)果未能達到要求，應重新碾壓。四是基層混合料的養(yǎng)生時間應達到7d 以上。在養(yǎng)生過程中，禁止車輛進入，并每天利用灑水車進行灑水，使基層表面始終保持在濕潤狀態(tài)。五是在進行無側(cè)限試件制作時，應注意試件成型質(zhì)量的損耗，在實際操作中，每個試件可以根據(jù)情況增加一定的質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過以上分析可知，在水泥穩(wěn)定碎石基層施工中，必須認真做好試驗檢測及工藝工法。以上對水泥穩(wěn)定碎石基層的試驗檢測方式及需要注意的一些要點開展了系統(tǒng)研究，目的在于為實踐過程中的試驗檢測提供參考。