抗裂型水穩(wěn)碎石基層配合比設(shè)計(jì)及實(shí)例應(yīng)用分析

通過優(yōu)化規(guī)范中的常規(guī)級配，擬定抗裂型水泥穩(wěn)定碎石級配組成，分析級配組成設(shè)計(jì)中所需原材料的規(guī)格、要求，通過室內(nèi)試驗(yàn)對抗裂型水穩(wěn)的最佳含水率、最大干密度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度予以確定。該文結(jié)合具體的工程實(shí)例，闡述了抗裂型水穩(wěn)碎石基層應(yīng)用到試驗(yàn)路中的具體過程，以及其在抑制裂縫發(fā)生、延緩裂縫發(fā)展方面的作用優(yōu)勢，總結(jié)了科學(xué)有效的施工質(zhì)量控制方法。

抗裂型 ?水穩(wěn)碎石基層 ?配合比 ?實(shí)例應(yīng)用

中圖分類號：TU72???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??文章編號：1672-3791（2022）02（a）-0000-00

Mix Proportion Design of Crack Resistant Water Stabilized Macadam Base and Its Application Analysis

Abstract： By optimizing the conventional gradation in the specification， the gradation composition of crack resistant cement stabilized macadam is proposed， the specifications and requirements of raw materials required in the gradation composition design are analyzed， and the optimum moisture content， maximum dry density and unconfined compressive strength of crack resistant water stability are determined through indoor tests. Combined with specific engineering examples， this paper expounds the specific process of the application of crack resistant water stable gravel base to the test road， as well as its advantages in restraining the occurrence of cracks and delaying the development of cracks， and summarizes scientific and effective construction quality control methods.

Key Words： Crack resistant type; Water stabilized macadam base; Mix proportion; Example application

抗裂型水穩(wěn)穩(wěn)定性強(qiáng)、剛度強(qiáng)度性能好，是半剛性基層水穩(wěn)的主要優(yōu)勢，但與此同時也容易在實(shí)際施工中出現(xiàn)水硬性材料破壞、開裂等問題。下文對以此產(chǎn)生的問題進(jìn)行詳細(xì)論述。

1.1原材料規(guī)格與要求

水泥宜選擇產(chǎn)量穩(wěn)定且信譽(yù)度較高的生產(chǎn)廠家，選擇P.O42.5水泥，初凝時間不得少于3小時、終凝時間不少于6小時且不大于10小時。礦料多選用石灰?guī)r等材料，集料規(guī)格不少于4檔，其中1#料規(guī)格19.0～31.5 mm，2#料規(guī)格13.2～19.0 mm，3#料規(guī)格4.5～13.2 mm，4#料規(guī)格0～4.75 mm，且集料各檢測指標(biāo)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

要求集料的壓碎值低于28%，針片狀含量在15%。一號料與二號料0.075 mm通過率在1.5%以內(nèi)，三號料0.075 mm通過率在3%以內(nèi)，四號料0.075 mm通過率在15%以內(nèi)為宜。對于集料中、粒徑大小在0.6 mm以下的顆粒，應(yīng)對其進(jìn)行液塑限試驗(yàn)，以塑性指數(shù)不大于9、液限不超過28%為基準(zhǔn)，通常情況下，可以采取與砂當(dāng)量試驗(yàn)相結(jié)合的方式，控制砂當(dāng)量在50%左右，實(shí)行雙控。綜合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，抗裂水穩(wěn)與常規(guī)水穩(wěn)在原材料控制重點(diǎn)上應(yīng)放在四號料，其質(zhì)量影響混合料最終抗裂性能。

1.2抗裂型水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計(jì)

按照公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則的有關(guān)規(guī)定，相比于道路路面基層的常規(guī)級配，抗裂型水泥穩(wěn)定碎石級配控制篩孔數(shù)量減少，需嚴(yán)格控制關(guān)鍵篩孔。

對所用材料基本確定后，可以借助于試算法、圖解法等，對各類材料單級配集料之間的比例關(guān)系進(jìn)行明確，以與規(guī)范級配中值相接近為調(diào)整原則，對最終比例加以確定。在此過程中，由于篩孔對混合料的離析性具有直接影響，因而還需對26.5 mm篩孔的通過率走上限進(jìn)行重點(diǎn)考量，最大限度內(nèi)減少或避免集料在后續(xù)使用階段內(nèi)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。4.75～0.075 mm篩孔的通過率走中下限，有利于降低裂縫的形成概率，也是抗裂水穩(wěn)配合比設(shè)計(jì)中重點(diǎn)控制的范疇。

1.3確定最大干密度和最佳含水率

為了能夠?qū)⒙访媸┕がF(xiàn)場振動碾壓作業(yè)的整個過程真實(shí)地模擬出來，在室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境下，通常會選用振動壓實(shí)試驗(yàn)法，對水穩(wěn)碎石基層的最大含水率與最大干密度予以確定。保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)條件下，將水泥劑量適當(dāng)降低，在公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則規(guī)范中，推薦水泥劑量上限為4.5%，因而在確定抗裂型水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率、最大干密度時，選取2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%五組水泥劑量進(jìn)行試驗(yàn)。檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

試驗(yàn)結(jié)果

1.4力學(xué)性能試驗(yàn)

以選取的2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%五組水泥劑量，在室內(nèi)環(huán)境下展開力學(xué)性能試驗(yàn)，制取直徑150 mm×150 mm的圓柱形試件，根據(jù)公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)的要求，進(jìn)行試件的養(yǎng)生以及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室溫度20 ℃±2 ℃、相對濕度不低于95%的環(huán)境條件下，養(yǎng)生7天，養(yǎng)生的最后一天需將試件浸在水中。

通過無限側(cè)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，水泥劑量不斷增加的過程中，試件無限側(cè)抗壓強(qiáng)度也隨之提升，再持續(xù)增加水泥劑量，無限側(cè)抗壓強(qiáng)度的增長趨勢逐漸放緩，說明其受水泥劑量變化的影響在逐步下降。

2.1 ?0.075 mm以下的細(xì)集料對質(zhì)量的影響

觀察分析0.075 mm以下細(xì)集料的性質(zhì)特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，其通常具有相應(yīng)的塑性指數(shù)。若集料中粘土含量較多，抑或是0.075 mm以下土在總含量中占比較大，則會致使水泥穩(wěn)定層半剛性體干縮應(yīng)變系數(shù)隨之增加，比標(biāo)準(zhǔn)值更大，這也會在一定程度上增加水穩(wěn)碎石施工中裂縫的產(chǎn)生幾率，降低并削弱水穩(wěn)基層的強(qiáng)度性能。

2.2 含水率對延遲時間的影響

從加水、混合料拌合，到后期的碾壓壓實(shí)，水泥穩(wěn)定碎石經(jīng)歷的全部時間稱為延遲時間，通常情況下，延遲時間的長短會對水泥穩(wěn)定碎石的兩方面性能水平造成直接影響，一是強(qiáng)度，二是干密度。隨著延遲時間的增加，混合料強(qiáng)度與干密度的損失也會顯著加大。在含水量過小的情況下，若水灰比相對較大，會形成較稠的水泥漿，易于形成結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而凝結(jié)時間縮短、速度加快。反之，則所需的凝結(jié)時間會進(jìn)一步延長。在夏季施工階段，若遇到暴雨、驟雨等天氣情況，則混合料的含水率會加大，比正常含水率更高，這也在一定程度上大大延長混合料的凝結(jié)時間。待水分散失到適宜程度，即可對其進(jìn)行碾壓處理，以此使得水泥穩(wěn)定碎石基層形成相應(yīng)的強(qiáng)度。要將抗裂型水泥穩(wěn)定碎石中水泥的實(shí)效性最大化發(fā)揮出來，優(yōu)化水泥穩(wěn)定碎石各方面的性能品質(zhì)，還需與現(xiàn)場施工的實(shí)際情況、氣候環(huán)境等影響因素相結(jié)合，選擇科學(xué)可行的延遲時間，為現(xiàn)場作業(yè)提供合理指導(dǎo)。

3.1試驗(yàn)路實(shí)施

以某工程為例，選定K15+000～K18+000為抗裂型水穩(wěn)基層的試驗(yàn)路段。拌和施工控制水泥劑量在4.5%，最佳含水率在5.2%，最大干密度控制為2.388 g/cm。

3.2施工質(zhì)量控制

生產(chǎn)前檢測人員應(yīng)對材料含水率、碎石級配等內(nèi)容予以認(rèn)真檢查，填寫并下達(dá)生產(chǎn)配合比通知單。在正式生產(chǎn)作業(yè)階段內(nèi)，要求檢測人員綜合考慮氣溫、天氣以及時間段等主要因素，對實(shí)際用水量進(jìn)行適時調(diào)整。除此以外，指派專業(yè)的人員檢測、控制混合料，全方位把控級配、含水率以及水泥劑量等混合料拌和的要點(diǎn)指標(biāo)，確保滿足規(guī)定要求。針對拌和施工的整個過程，采取檢查、巡視或旁站監(jiān)督等管理方法，重點(diǎn)觀察水泥等集料的下料情況，以及混合料的顏色。

攤鋪施工過程中，要有效避免混合料發(fā)生離析，應(yīng)考慮選用雙機(jī)作業(yè)與梯隊(duì)攤鋪相結(jié)合的作業(yè)模式，控制好前后兩臺機(jī)械設(shè)備間的間隔距離，以5～8 m為宜。若無超高路段，則應(yīng)先攤鋪邊部部分，為了提高這一環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，應(yīng)控制攤鋪前機(jī)邊部走鋼絲，中部走移動鋁合金梁。后機(jī)邊部走鋼絲，中部走已攤好的水穩(wěn)碎石即可。通常情況下，兩機(jī)重疊的部分大約在15～30 cm?。在兩邊鋼絲每10 m的地方，設(shè)置一個控制樁，并帶有較好的張緊度。兩臺攤鋪機(jī)在保持勻速運(yùn)行過程中，應(yīng)盡量協(xié)調(diào)作業(yè)，無論是攤鋪機(jī)的行進(jìn)速度與振動頻率，還是攤鋪厚度與松鋪系數(shù)，均需保持統(tǒng)一。對于操作技術(shù)人員而言，應(yīng)對攤鋪速度予以精準(zhǔn)把控，避免出現(xiàn)“車機(jī)互等”的問題現(xiàn)象。一方面，避免攤鋪機(jī)在等待運(yùn)輸車的階段內(nèi)，對已鋪好斷面的平整性與壓實(shí)度造成不良影響;另一方面，防止車輛閑置時間過長，延長等待攤鋪的時間，進(jìn)而增加延遲時間。由此可見，確保前后場的步調(diào)一致、各環(huán)節(jié)間得以協(xié)調(diào)作業(yè)是十分重要的。

雙鋼輪壓路機(jī)應(yīng)緊跟在攤鋪機(jī)后面，使用振動壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)在水穩(wěn)碎石基層上進(jìn)行碾壓，通常應(yīng)控制碾壓長度在50 m～80 m范圍內(nèi)。在壓路機(jī)實(shí)際碾壓過程中，重疊寬度大約為1/2的輪寬。對于碾壓機(jī)行駛速度的控制，一般第一遍以1.5～1.7 km/h為宜，且后續(xù)碾壓保持在1.8～2.2 km/h即可。對于正常碾壓、或已完成碾壓處理的路段上，嚴(yán)禁壓路機(jī)急剎車或隨意掉頭，避免破壞或影響水泥穩(wěn)定碎石層表面。在水泥終凝前以及試驗(yàn)確定延遲時間以內(nèi)，完成所有碾壓施工工作，并確保壓實(shí)度達(dá)到指定要求，盡量避免出現(xiàn)明顯輪跡。要進(jìn)一步提高水穩(wěn)碎石基層邊緣的強(qiáng)度，應(yīng)保證一定的超寬。

養(yǎng)生階段，施工方應(yīng)暫時封閉交通，禁止人員或車輛在路面上方經(jīng)過。與此同時，采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)生，確保路面基層早期水化階段處于潮濕狀態(tài)下，防止其受高溫等外部環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)干縮、裂縫等問題現(xiàn)象。

3.3 強(qiáng)度對基層抗裂能力影響

分析研究檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該標(biāo)試驗(yàn)段內(nèi)，抗裂水穩(wěn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與裂縫間距間存在聯(lián)系，即抗壓強(qiáng)度越高，裂縫間距越小，且在相同長度段內(nèi)，裂縫形成數(shù)量也越多。因此，應(yīng)重點(diǎn)控制水泥劑量，用量不能過多，混合料強(qiáng)度不宜過高。除此以外，相比于靜壓成型試件的強(qiáng)度，振動成型試件強(qiáng)度與裂縫間距之間的相關(guān)性更為顯著。這也說明采用振動成型方式設(shè)計(jì)的混合料各種參數(shù)控制工程質(zhì)量更為合理。

試驗(yàn)路的實(shí)施，驗(yàn)證說明抗裂型水泥穩(wěn)定碎石可以抑制基層裂縫的形成，延緩裂縫發(fā)展，提高基層強(qiáng)度，提升路面承載能力，減少后續(xù)公路維修養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用支出，延長路面的使用時長。

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作者簡介：鄭志國（1979—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)榻煌üこ獭?/p>

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