路床水泥土檢測延時試驗

程君君 CHENG Jun-jun

（中鐵建科檢測有限公司，西安 710000）

0 引言

路床水泥土是道路工程中常用的路基材料之一，其力學性質和穩定性對道路的使用壽命和行車安全具有重要影響。為了更全面地了解路床水泥土的性能，特別是在長時間使用后的變化趨勢，需要開展延時試驗。

1 工程概況

本標段位于固原市原州區寨科鄉境內，線路起訖里程為K152+800～K158+962，全長6.162km。線路起點位于白路崗子村白路崗子1 號大橋0 號臺，過寨科互通立交，穿宋家洼隧道到達本標段終點K158+962 處。采用雙向四車道。主要工程量：主線路基總長2.69km，挖土方約491 萬方，填方約53 萬立方米。施工內容包括清理與挖除樹木、路基挖土方、路基填筑等。挖、裝、運、攤、平、壓全部用機械進行流水作業。現定試驗段于K157+540-K157+740 段，長200m，該試驗段試驗參數為下一步土方路基填筑施工提供技術支持、指導。

2 路床水泥土檢測延時試驗研究

2.1 試驗目的

2.1.1 確定最佳施工組織

在道路建設中，施工組織的合理性直接影響工程的質量、進度和成本。不同的施工組織可能選擇不同的材料搭配和施工工藝，而路床水泥土的質量與材料的選擇和搭配密切相關，延時試驗可以通過模擬實際使用環境，評估路床水泥土在不同材料組合下的性能變化，為選擇合適的施工組織提供數據支持；延時試驗的結果可以幫助工程師更好地理解水泥土的性能特點，從而優化施工技術方案，通過調整施工工藝和參數，提高材料利用率、降低成本，并確保工程的可持續性；不同的施工組織可能對工程進度有不同的影響，通過延時試驗，可以更好地了解水泥土在不同施工組織下的強度和穩定性，有助于合理安排施工進度，提高工程的施工效率。

2.1.2 驗證聯合作業協調性

在路床水泥土工程中，涉及到多個工種、多個施工組織的協同作業，各個組織之間的協調性直接關系到施工過程的順利進行，影響工程的進度和質量；不同的施工組織可能使用不同的設備和材料，協同使用資源是確保施工高效進行的關鍵，聯合作業協調性需要考慮設備和材料的統一標準和協同配合，且不同施工組織的工程流程可能存在交叉和耦合，協調施工流程的順暢，避免沖突和阻塞，對于提高施工效率至關重要。聯合作業協調性驗證旨在降低施工中可能出現的協同問題，減少施工風險，確保整個工程的平穩進行，且通過驗證協調性，可以及時發現和解決不同組織之間可能存在的協同問題，優化施工流程，提高施工效率，確保工程按計劃進行，同時協調性驗證有助于確保施工組織之間的配合緊密，杜絕各種不協調因素對工程質量的影響，提高水泥土工程的整體質量。

2.1.3 驗證方案的可行性

在路床水泥土工程中，存在多種施工方案，包括不同的材料搭配、施工工藝和設備選擇，為了確定最佳方案，需要對各種方案進行可行性驗證，以確保其在實際工程中的適用性；驗證方案的可行性能夠降低施工中可能出現的風險，通過在實驗室條件下模擬不同方案對水泥土性能的影響，可以及早發現問題，減少工程風險，有助于工程的順利進行。延時試驗通過模擬實際使用環境，讓水泥土在長時間內暴露于多種外部因素下，以獲取更真實的性能數據，從而驗證不同方案在實際施工中的可行性；通過延時試驗，可以選擇不同的施工方案，在相同的試驗條件下進行比較，通過比較不同方案對水泥土性能的影響，得出各方案的優劣，為方案選擇提供科學依據；方案可行性驗證需要關注方案對水泥土長期性能的影響，延時試驗可以評估水泥土在長時間使用后的性能變化，從而更全面地了解方案的可行性。

2.2 試驗開展

2.2.1 試驗背景

路床是路面結構的基礎，路床質量的優劣對路面整體穩定性及耐久性的影響至關重要，為了提高路床的整體質量，確保為路面結構提供優良的支撐，銀昆高速公路設計要求在路床頂以下80cm 深度范圍內，摻加4%-6%水泥進行穩定處理，即對全線路床、上路提進行改良處理，具體方案如下：路床采用6%水泥土填筑。水泥土路床施工完成至路床交工驗收，通常存在較長的時間間隔，短則一個星期，長則一個月左右，而且施工期間對施工工藝、施工方式、機械設備配套設施及施工工序的連貫性要求非常高，必須在規定的時間內完成，稍有不慎，處理不當，則無法挽救，只能返工處理。目前項目僅對構造物臺背回填（4%水泥土）進行施工，在對壓實度檢測時多次發現壓實度難以滿足設計要求，為此考慮水泥土施工期間，水泥土干密度是否隨著時間延長而存在“衰減”，在此期間，水泥土強度隨著齡期的增長毫無疑問會逐漸增加，而作為路床驗收的另一項關鍵性指標，壓實度是否隨齡期發生變化，變化規律如何，都是需要研究的問題。

2.2.2 試驗原理

水泥與土的相互作用中，粘結效應與混凝土類似，兩者的區別在于水泥土中的水泥漿不能填滿土顆粒間的空隙，因此聯結主要發生在顆粒間的接觸點處，顯然土的顆粒級配越好，空隙就越小，顆粒數量越多，粘結效應就越強烈。隨著水泥水化反應的深入，溶液中析出大量鈣離子，在堿性環境下能使組成土礦物中的部分二氧化硅及三氧化鋁與鈣離子進行化學反應，從而形成不溶于水的結晶化合物，增加水泥土的強度。對于天然黃土，由于其空隙很多，摻入水泥后，土顆粒周圍的凝結體不斷結晶充填到顆粒間的空隙中，并相互聯結成空間網狀結構，從而增強水泥土的強度。因此，現場拌和的水泥土施工應在水泥初凝之前完成，否則就會破壞水泥土的結構。

2.2.3 檢測內容與主要試驗設備

檢測內容主要包括界限含水率試驗、土的承載比（CBR）試驗、顆粒分析試驗以及擊實試驗；采用主要試驗設備包括液塑限聯合測定儀、標準擊實儀、路面材料強度儀、標準土壤篩以及電熱鼓風干燥箱。

2.2.4 延時試驗設計

本次試驗采取室內試驗和現場檢測相結合的方式進行，本次試驗選用現場實際使用的有代表性的土樣，其各項土工檢測指標如表1，水泥土用水泥采用寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥，各項檢測指標見表2。

表1 試驗用土各項指標檢測結果

表2 水泥各項性能指標檢測結果

為了研究水泥改良土擊實延長時間對最大干密度和最佳含水率的影響，試驗室在室內配置水泥拌合均勻的試樣，分別延遲0h、2h、4h、6h 后進行擊實，分析水泥土最大干密度與延遲時間的關系。

2.2.5 驗證方案可行性試驗設計

①測量放線。采用全站儀依據加密并復測后的樁位坐標點，每隔20m 定出該段路基的中樁、邊樁，在邊樁處插設填筑層控制標桿，在標桿上用紅油漆標出每層攤鋪厚度和寬度，并控制每層的厚度和邊緣線位置，掛線施工。

②填料要求。通過室內試驗確定6%水泥土最大干密度為1.876g/cm3，最佳含水量為13.0%左右。水泥堆放做到上鋪下墊，做好防風、雨設施，防止材料受潮、變質。控制現場貯存量，保證現場水泥用量不影響施工生產，并做到先到先用。

③碾壓。初壓先用振動壓路機重疊30cm，速度3km/h，關閉振動，碾壓一遍。復壓采用壓路機弱振動碾壓2 遍，強振動碾壓3 遍，速度3km/h，激振力為240kN，頻率25Hz～50Hz，重疊1/2 輪寬。終壓壓路機靜壓1 遍。壓路機對新舊路搭接部位壓實2 遍，復壓1 遍。碾壓順序由低到高。在水泥初凝之前（4-6 小時內）完成碾壓，并達到規定的壓實度要求（其間每碾壓一遍檢測一次壓實度，確定碾壓遍數與壓實度間的關系曲線）。表面密實平整無輪跡。對于壓路機無法壓到的位置，采用小型沖擊夯夯實，確保碾壓達到無漏壓，無死角，碾壓均勻，直至滿足設計要求為止。試驗人員隨時檢測壓實度，壓實度控制在96%以上。

④壓實度檢測。壓實度檢測采用灌砂法，每一壓實層均應檢驗壓實度，檢測頻率為每200m 每壓實度層測2處，必要時可根據需要增加檢驗點；現場檢測路床壓實度之前，需檢查標準量砂的粒徑是否符合規范要求，并按要求標定出量砂密度，挖鑿試洞時應挖至所檢壓實層底面，確保試洞尺寸符合相關要求。

3 試驗結果分析

3.1 延時試驗結果

依據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》JTG E51-2009 進行試驗，通過擊實試驗所得最大干密度與最佳含水率結果見表3 和圖1。

圖1 水泥土延遲時間和最大干密度關系圖

表3 水泥土最大干密度及最佳含水率數據

由表3 和圖1 可以看出，隨著擊實延遲時間的增長，水泥改良土的最大干密度存在時效性，隨著水泥摻入時間間隔不同，最大干密度呈現下降趨勢，在加入水泥立即開始擊實試驗時最大，之后隨著時間的增長而顯著降低，最佳含水率則隨時間的增長總體是逐漸減小的，主要是因為土體中的自由水分與水泥發生了水化反應，隨著時間的增長，自由水也會愈來愈少，含水率自然也就逐漸呈下降趨勢。本次試驗采用的是寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥，初凝時間在4～6 小時以內，現場采用路拌法進行水泥土的拌和。

3.2 方案可行性試驗結果

上路床6%水泥土壓實度檢測以灌砂法為主，每一遍碾壓后即進行壓實度檢測，以確定壓實度達到規范要求，把壓實度檢測結果記錄下來。

根據壓實度及含水率統計及松鋪系數統計得出：

試驗段第一層（20cm）填筑，平均松鋪厚度為27cm，碾壓5 遍后平均壓實度94.8%，碾壓6 遍后平均壓實度為96.7%，碾壓7 遍后平均壓實度為97.3%，平均壓實厚度為20.76cm，平均松鋪系數1.30，根據現場實際情況，按照每200m 進行畫段施工，現以K157+540-K157+740 段的時間參數以說明問題，每個施工節點撒布水泥平均時間28min，攪拌平均時間22min，碾壓平均時間85min。

試驗段第二層（20cm）填筑，平均松鋪厚度為26cm，碾壓5 遍后平均壓實度94.2%，碾壓6 遍后平均壓實度為96.5%，碾壓7 遍后平均壓實度97.2%，碾壓8 遍后平均壓實度為97.4%，平均壓實厚度為21.0cm, 平均松鋪系數1.23，根據現場實際情況，按照每200m 進行畫段施工，現以K157+540-K157+740 段的時間參數以說明問題，每個施工節點撒布水泥平均時間30min，攪拌平均時間38min，碾壓平均時間90min。

綜合分析，當土方路基松鋪為27cm 時，機械利用率高，壓實度最易得到保障，碾壓效果好。填料碾壓時含水量在最佳含水量±2%范圍內，碾壓6 遍（平均壓實度96.5%）可達到96%；碾壓7 遍（平均壓實度97.2%）可對壓實效率進行進一步保證，且按現有機械組合（兩套碾壓設備），開始施工水泥土至施工完畢耗時（最長）338min，滿足水泥土施工的時間要求（初凝時間355min，終凝時間423min）。

4 結論與建議

4.1 結論

①水泥改良土的最大干密度存在時效性：隨著擊實延遲時間的增長，水泥改良土的最大干密度呈現出時效性。在進行水泥改良后，最大干密度并非一成不變，而是隨著時間的推移發生變化。②最大干密度隨水泥摻入時間間隔的增加而下降：在不同的水泥摻入時間間隔下，最大干密度呈現下降趨勢。具體而言，水泥改良土在加入水泥后立即進行擊實試驗時，最大干密度最高。然而，隨著時間的增長，最大干密度逐漸降低。③最佳含水率隨時間的增長總體呈下降趨勢：隨著水泥摻入時間的延遲，水泥改良土的最佳含水率總體上呈現下降趨勢。最佳含水率是土體在最大干密度狀態下的含水率，其變化反映了水泥改良土隨時間演化的水化過程。④水泥的自由水與土體中發生水化反應：隨著時間的增長，土體中的自由水分與水泥發生水化反應，該反應使得自由水分逐漸減少，因而導致最佳含水率的降低。⑤試驗采用寧夏天元牌P·O42.5 緩凝水泥。該水泥具有初凝時間在4～5 小時以內的特性，為水泥土拌和提供了較好的操作性。在實際現場操作中，采用路拌法進行水泥土的拌和，整個過程包括拌和、攤鋪、碾壓等環節，總體所用時間一般在3～4 小時之間。

4.2 建議

①選擇合適的水泥品種。在進行路床水泥土檢測延時試驗前，應仔細選擇合適的水泥品種，考慮到初凝時間和硬化時間等因素，建議選擇緩凝水泥，以適應實際施工的需要。對于初次試驗，可以根據水泥的性能和實際工程條件選擇一到兩種水泥品種進行對比試驗，以確定最適合工程需求的水泥類型。②精細調控水泥摻入時間。在水泥土的拌和過程中，精細調控水泥的摻入時間至關重要。為了獲取最佳的工程性能，建議在拌和、攤鋪、碾壓等環節中掌握好水泥的加入時機，由于水泥改良土的最大干密度存在時效性，及時地摻入水泥，尤其是在路床施工開始的初期，有助于最大程度地發揮水泥的改良效果。③規范試驗操作流程。為了保證試驗數據的準確性和可比性，試驗操作流程應該規范和標準化。在進行延時試驗時，要確保試驗的具體操作步驟嚴格按照規程進行，包括樣品采集、試驗設備準備、試驗操作、數據記錄等各個環節，在試驗中要注意操作人員的專業培訓，確保其具備足夠的實驗經驗和技能，以減小人為因素對試驗結果的影響。④加強對試驗數據的綜合分析。試驗數據的綜合分析是評估水泥改良土性質的關鍵步驟。在試驗結果出來后，應該對各個時間節點的數據進行綜合分析，包括最大干密度、最佳含水率等關鍵參數的變化規律，通過充分分析試驗數據，可以更好地了解水泥改良土的性質特點，為實際工程提供有力的依據。