抗裂型水泥穩定碎石基層施工技術研究

張顯維

（山西機械化建設集團有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

半剛性基層在我國應用廣泛，但其開裂特性會降低施工質量[1]，導致路面產生不同程度的開裂，產生裂縫等早期破壞。為降低半剛性基層開裂變形，對基層混合料級配和配合比設計進行優化，在一定范圍降低水泥劑量和含水量。水泥穩定碎石是以級配碎石作骨料，采用一定數量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實。其壓實度接近于密實度，強度主要靠碎石間的嵌擠鎖結原理，同時有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙。它的初期強度高，并且強度隨齡期而增加很快結成板體，因而具有較高的強度，抗滲度和抗凍性較好。與其他類型半剛性基層相比，水泥穩定碎石基層開裂程度最低[2]，通過優化礦料級配和配合比設計，可進一步改善半剛性基層性能，減少基層反射裂縫，進而提升高等級公路路面使用性能。

優化水泥穩定碎石基層配合比設計，可配制出抗裂型水泥穩定碎石基層，不僅降低水泥劑量和含水量，還能進一步緩解基層干縮開裂。其原理是：優化礦料級配設計，利用骨料之間的嵌擠作用形成穩定的骨架結構，提升基層結構的整體穩定性，使水泥穩定碎石基層的水泥水化產物和集料良好結合，使集料均勻分布在混合料中，防止局部開裂，也提升了基層混合料的強度和路用性能。本文從原材料選擇、配合比設計入手，全面闡述抗裂型水泥穩定碎石基層的施工工序，并提出了質量控制措施。

1 抗裂型水泥穩定碎石基層原材料選擇與配合比設計

1.1 原材料選擇

抗裂型水泥穩定碎石基層混合料水泥選擇P·O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間不少于3h，終凝時間不得少于6h。水泥進場后做好儲存，防止受潮硬結，夏季施工水泥溫度不得超過50℃。水泥進場后取樣進行質量檢測，合格后方可選用。碎石最大粒徑不得超過31.5mm，碎石選擇玄武巖，使用前對碎石壓碎值、針片狀含量等指標進行檢測，試驗結果合格后進行級配設計。基層混合料用水可選用當地的人畜飲用水，并定期進行檢測。

1.2 基層混合料配合比設計

取樣進行水洗篩分，通過計算確定各粒徑碎石比例，確定礦料合成級配，具體如表1所示。

表1 礦料合成級配

按照上述礦料級配，取3.0%、3.5%、4.0%、4.5%四種水泥劑量，分別制備試件開展試驗，確定最大干密度及最佳含水量。另外，為降低基層混合料開裂，適當降低水泥劑量和含水量。嚴格控制含水量處于最佳含水量的±1%范圍內，以降低基層干縮開裂。按要求制備試件，在實驗室標準條件下進行養生，達到養生時間后開展試驗確定試件強度，試件強度不得低于設計強度。

2 抗裂型水泥穩定碎石基層施工技術

2.1 施工準備

選取抗裂型水泥穩定碎石基層試驗段，長度為200m，分別按照上述礦料級配和選定的水泥劑量準備原材料，并做好質量檢驗。現場施工選擇一臺套具有自動計量功能且精度較高的WBZ600T 型拌和設備，經標定合格后方可使用，拌和設備產量為600t/h。攪拌站配備裝載機配合作業，根據運輸距離、攤鋪機和拌合機生產能力確定運輸自卸汽車數量，并略有富余。施工現場配備1臺徐工RP952水泥穩定攤鋪機，輪胎壓路機1 臺、三輪靜力式壓路機1 臺、振動壓路機2 臺，灑水車2臺。為保證抗裂型水泥穩定碎石基層水泥劑量準確，在實驗室、攪拌站和施工現場分別配備EDTA 滴定設備，對混合料水泥劑量和含水量進行檢測。

2.2 基層混合料拌合

抗裂型水泥穩定碎石混合料拌和首先要嚴格控制拌和時間，保證水泥與集料拌和均勻。試驗路段選用的WBZ600T 型拌和設備生產能力為600t/h，攪拌筒轉速為50r/min，額定進（出）料容量為300m3，攪拌功率為55kW，卸料方式為氣動卸料。WBZ600T 型拌和設備為連續拌和設備，拌和前應準確調整拌和參數，保證出料質量。根據施工現場交通條件、施工路線走向等因素，合理確定攪拌站位置，做好場地布置、拌和設備安裝和調試。對集料、水泥、水等原材料質量進行準確統計，按比例加入保證配合比準確。高溫季節、中午大氣輻射熱較強時段適當增加用水量，早晚、陰天適當下調用水量。集料鏟裝時禁止從底部進行，一方面防止裝入雜物，另一方面底部集料含水量較高，會提高基層混合料總體含水量。嚴格控制水泥劑量，在保證基層混合料強度的前提下盡量降低水泥用量，以降低開裂。為防止竄料，在料斗上焊接鋼板，將不同粒徑的集料分隔開，拌制礦料級配準確。在進料口布置一層3cm×3cm 的方格網，防止大粒徑碎石進入拌合設備。拌制好的成品料直接通過自卸汽車運輸到施工現場，盡量避免出現堆料。

2.3 基層混合料攤鋪

為提高基層攤鋪質量，應適當降低抗裂型水泥穩定碎石基層攤鋪速度，控制在1.5~2m/min。攤鋪過程中應保證攤鋪機勻速運行，不得忽快忽慢。攤鋪機在受料過程中嚴禁自卸汽車撞擊攤鋪機，自卸汽車應掛空擋停放在攤鋪機前方，由攤鋪機頂推滾推著自卸汽車行進，同時將混合料卸到料斗內。攤鋪過程中不得出現基層混合料離析，如發現離析應人工鏟除并人工找補。攤鋪過程中開啟振動熨平板，在規定頻率下提升基層的密實度和平整度。

基層混合料攤鋪前徹底清除下承層雜物，并灑水濕潤，以防止下承層吸附基層混合料水分影響水泥水化。根據預先設定的松鋪系數確定松鋪厚度，控制基層的攤鋪厚度。一次攤鋪厚度過大會影響壓實質量，而攤鋪厚度太薄會降低生產效率。盡量避免產生縱向接縫，如一次攤鋪寬度過大應采用兩臺攤鋪機呈梯隊作業。兩臺攤鋪機前后距離為5~10m，且攤鋪速度、松鋪厚度等施工參數保持一致。在攤鋪施工中設置鋼絲基準線控制標高，通過自身調整和滑橇控制路拱橫坡度，通過傳感器控制攤鋪厚度。攤鋪作業應保證勻速連續，必須保證運料車的數量，現場可以有1~2 臺運料車等攤鋪機，攤鋪機不停機連續作業。在基層攤鋪過程中對標高與橫坡進行抽檢，及時調整攤鋪參數，及時處理局部離析或低洼位置。

2.4 基層混合料碾壓

抗裂型水泥穩定碎石基層碾壓分為初壓、復壓和終壓三步，初壓采用18~21t三輪壓路機和26t以上輪胎壓路機，碾壓1~2 遍，碾壓速度控制在1.5~1.7km/h 之間。膠輪壓路機碾壓可提高基層穩壓的平整度，消除輪跡，防止混合料堆積。三輪壓路機可用于碾壓基層邊緣部位，尤其是有路緣石的部位。復壓采用50t以上單鋼輪振動壓路機，碾壓遍數為5~6 遍，碾壓速度控制在1.8~2.2km/h 之間。復壓后應達到規定的壓實度，采用振動碾壓提升基層的密實度，使基層結構形成骨架結構。終壓采用26t 以上輪胎壓路機靜壓，碾壓2 遍以上，碾壓速度控制在1.8~2.2km/h 之間，以消除輪跡，進一步提升基層結構的壓實度。如局部缺水干燥，應適量灑水后帶水碾壓，以提高基層表面的壓實度。基層壓實完成后使用灌砂法檢測基層壓實度，如發現壓實度不足立即補壓，直到達到規定的壓實度。對橋涵兩側薄弱部位，應操作壓路機錯輪碾壓，保證基層壓實度，防止出現不均勻沉降。碾壓過程中不得漏壓，不得隨意掉頭，重點對邊緣部位進行碾壓。

2.5 基層混合料養生

基層壓實度檢測合格后即可開始灑水養生，養生過程中覆蓋麻袋、土工布等保持濕潤。根據天氣狀況，確定灑水量，灑水車采用噴霧式灑水。基層養生過程中封閉交通，防止過往車輛損耗基層，養生時間不得少于7d。

3 常見施工質量問題的處治

3.1 集料離析與處治措施

3.1.1 端部離析

抗裂型水泥穩定碎石基層大粒徑骨料含量超過70%，施工中控制不當容易產生集料離析。端部離析是最容易發生的一種離析形式，它在路面上形成大小不一的、不規則的翼狀離析，分析原因是由于集料裝載運輸過程中產生了離析，導致粒徑骨料集中產生離析。在基層混合料拌和過程中，粗細集料分離，在攤鋪機中央區域細集料較多，比較密實，表面紋理較淺；而在攤鋪機兩側粗集料較集中，細集料、瀝青含量較少，空隙率較大，表面紋理較深。。端部離析問題應該從改進集料倉和攪籠入手，在集料倉設置擋板，使混合料在擋板位置統一下落，有效解決集料離析問題。另外，采用圓形料倉、改進集料倉出料口構造，也可以有效控制離析。適當調低攪籠離地高度，使基層混合料充分拌和，也可有效控制離析。

3.1.2 帶狀離析

帶狀離析通常出現在攤鋪機兩側，寬度一般為0.5～1.0m。帶狀離析產生的原因主要是基層混合料粗集料在攪籠內集中，二次攪拌時沒有參與拌和，粗集料從攪籠縫隙散落在路面上形成帶狀離析。從防止粗集料集中入手，通過安裝反向螺旋、調整物料拍等措施可有效防止粗集料集中，從而防止產生帶狀離析。

3.1.3 局部離析

局部離析主要出現在施工縫、運料車轉換位置，主要原因是運料車內的大粒徑骨料集中，在運料車轉換位置集中撒布導致產生局部離析。施工縫位置的離析主要是由于施工工藝控制不當，廢料清除不及時、不徹底。施工中應及時清除運料車內離析材料，及時清除施工縫位置的廢料，防止產生局部離析。另外，施工過程中如發現基層表面出現局部離析，應盡快換填合格的混合料。

3.2 表面細集料抗剝落處理

基層表面細集料剝落主要是由于基層表面水分不足，壓路機反復碾壓在基層表面形成一層松散顆粒，養生后形成浮塵。過往車輛行走過程中將浮塵帶走，使基層表面細集料剝落。在基層混合料拌制過程中應嚴格控制含水量，運輸過程中覆蓋篷布，防止水分散失，運輸到施工現場后盡快進行攤鋪碾壓，防止水分過多散失，可有效防止基層表面細集料剝落。另外，在碾壓過程中適當灑水，帶水碾壓也可以減少基層表面細集料剝落。

4 施工質量檢驗

4.1 現場成型質量檢驗

抗裂型水泥穩定碎石基層養生期達到7d后，在現場進行鉆芯取樣。分別在水泥劑量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%四個試驗路段進行現場取樣，取樣后送實驗室進行強度檢測，試驗結果見表2。

表2 基層現場取樣試驗結果

根據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）中的相關要求，路面基層無側限抗壓強度值不得低于7.0MPa，劈裂強度不得低于0.65MPa[7]。根據鉆孔取芯結果，絕大多數芯樣成型質量良好，其7d 無側限抗壓強度和劈裂強度檢測結果均滿足規范要求，基層施工質量合格。

4.2 現場試件與實驗室試件檢驗結果對比

為進一步檢驗現場取樣試驗結果的準確性，將其與實驗室標準條件下養生的試件試驗結果進行對比，見表3。

表3 現場取樣和實驗室試驗結果對比分析

分析對比分析結果，得出抗裂型水泥穩定碎石現場取樣試驗結果與實驗室試件檢測結果相差不大，不同水泥劑量試樣檢測結果吻合度均在90%以上，說明現場試驗結果準確，滿足設計要求。

5 結束語

綜上所述，通過對水泥穩定碎石基層配合比設計進行優化以及對各施工工序進行質量控制，采取有效措施解決基層材料離析和表層細集料剝落等質量問題，攤鋪出抗裂型水泥穩定碎石基層。在基層施工過程中，可通過調整施工參數、施工設備構造、控制施工工序等方式預防基層混合料離析，提高基層施工質量。通過控制基層混合料含水量，調整碾壓工序，可有效控制基層表面細集料剝落。現場取樣驗證表明，試驗段抗裂型水泥穩定碎石基層成型質量良好，各主要力學性能指標滿足規范要求，現場取樣檢測結果與實驗室檢測結果吻合度在90%以上，說明基層混合料配合比設計合理，施工質量合格。