抗裂水泥稳定碎石基层施工质量控制

文　瑞

摘要:高速公路路面基层大部分采用水泥稳定碎石基层,但配合比与施工质量控制不好,易产生裂缝等质量隐患,造成严重后果。文章以郑州至石人山高速公路路面五标水泥稳定碎石基层施工为例,介绍了它的配合比、施工质量控制等工作对水泥稳定碎石基层裂缝的控制。

关键词:振动法;抗裂水泥稳定碎石;施工质量控制;公路路面

中图分类号:U415

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0123-02

要保证水泥稳定碎石的抗裂性能,首先应通过混合料的配合比设计予以保证。静压法设计混合料配合比的主要缺点是最大干密度过小、水泥剂量过大、级配不良、压实度偏小、强度低,如需提高强度,所需水泥剂量增大,易产生干缩性裂缝,缝宽也越大。新近推广的振动法设计混合料的配合比区别于重型击实与静压成型,它是采用振动压实仪确定最大干密度,后用振动压实仪成型试件,作为室内试验设备,它能更好的模拟现场压实情况,通过调节它的激振力和频率可以达到现场压路机的压实效果。振动法配合比设计的主要特点是最大干密度大、水泥剂量低、强度高、干缩小,因此这种接近骨架密实型的粗级配具有较好的抗裂性能以及提高强度的最优效果。

一、项目概述

郑州至石人山高速公路路面五标(K56+730～K67+800)全长11.07km,采用四车道高速公路标准建设,设计速度120公里/小时,路基宽度28米。其主要工程有:4cm厚改性沥青混凝土上面层,6cm厚改性沥青混凝土中面层,10cm厚沥青稳定碎石下面层,改性乳化沥青下封层,36cm厚水泥稳定碎石基层,18cm厚水泥稳定碎石底基层等。水泥稳定碎石基层K66+800～K67+800采用静压法设计配合比施工,K56+730～K66+800采用振动法优化后的设计配合比施工。

二、水泥稳定碎石基层混合料振动成型配合比设计

(一)原材料性质分析

1.水泥。水泥作为稳定剂,其质量至关重要,尤其是对基层的干缩裂缝、温缩裂缝而言,除了尽量使用水化热低,终凝时间较长的水泥外,水泥品牌的选用应考虑其质量稳定性、生产数量、运距等各种因素,要选用抗折强度较大的水泥,因为抗折强度越大,混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大,就越不易产生温缩裂缝。快硬水泥、早强水泥以及受潮变质的水泥严禁使用。

2.石料。水泥稳定碎石基层的强度主要依靠碎石本身的强度、石料的嵌挤锁结作用和水泥材料的稳定胶结作用而形成的,就碎石而言应满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)的规定,此外,经过大量的试验总结,同时考虑到施工控制的可行性,碎石的针片状含量应<15%,含泥量控制在2%～3%以内,吸水率不大于3.0%,坚固性不大于12%,软石含量不大于5%。

3.水。不用含有机杂质的水,凡人畜饮用水及其它清洁无化学物质、无污染的水均可使用。

(二)混合料配合比设计

本项目联合了天津市市政工程设计研究院进行了振动法优化配合比的设计,混合料级配设计计算见表1及图1,确定的各种混合料最佳含水量、最大干密度结果见表1:

(三)目标配合比设计结果

目标配合比设计结果见表3,从工程经济性和现场拌和、施工工艺考虑,基层上部水泥稳定碎石的水泥剂量确定为3.5∶100,基层下部水泥稳定碎石的水泥剂量确定为3.0∶100。

三、施工质量控制要点

施工质量控制与《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)中的相关规定一致,需注意以下几点:

(一)质量控制要点

质量控制的项目、频率和质量标准基本与《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)中的相关规定一致,需特别指明的是水泥稳定碎石基层龄期7～8d应能取出完整的钻件(钻件尺寸φ15),上基层与下基层必须连接取出。

(二)拌和控制要点

混合料要经过试拌、检测、调整后正式拌和,应加强原材料筛分检测频率,严格控制级配,每3小时筛分一次,并根据筛分结果及时调整原材料比例,施工过程中,每施工3公里时随机取料在室内振动成型试件,进行强度试验。在施工过程中水泥剂量增加0.5%,含水量视天气及运距而定增加0.5%～1.0%。

(三)摊铺控制要点

摊铺前应将表面清扫干净,并洒水润湿,通过总结大量的施工经验来看,下基层施工时在底基层喷洒水泥浆,上基层施工时也在下基层表面喷洒水泥浆,这种方式从连接效果来看是比较合适的(水灰比C∶W=1∶3)。摊铺机挡板前加钢板避免上下离析。

(四)碾压控制要点

振动法设计的水泥稳定碎石基层混合料的碾压包括初压、复压和终压,碾压共计6～7遍:初压可使用胶轮压路机或振动压路机静碾压1遍;复压使用振动压路机振动碾压4遍;终压可使用胶轮压路机或振动压路机静压1～2遍。严格控制碾压时的含水量,施工碾压时含水量越大,结构层越易产生干缩裂缝。碾压后的基层表面粗糙、均匀,不出现起皮、光滑现象。

(五)养生控制要点

每一段碾压完成并经压实度检测合格后,立即进行养生,采用土工布覆盖养生,覆盖前洒足水,而且时间不宜少于7d。合理的养生既是保证水泥稳定碎石强度的需要,又是减少和避免干缩裂缝的措施,如果铺筑后养生不及时或忽干忽湿,导致水分散失较快,干缩应力急剧增大而此时的抗应变能力还较低,就易产生干缩裂缝,并随时间增长裂缝增加。

(六)对离析现象的控制

1.避免原材料离析现象的发生。

2.混合料装车要前后移动,避免形成锥体造成混合料离析。

3.对摊铺现场出现的离析,派专人进行处理,局部挖除换填均匀的混合料,禁止补洒细集料处理。

4.保证摊铺机料槽内混合料在螺旋器2/3高度处,尽量避免摊铺离析。

(七)强度与基层裂缝间距的关系对比

本项目通过对振动成型与静压成型的水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度与裂缝间距关系对比(如图2所示)可知水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度与裂缝间距有较显著的相关关系。抗压强度越高,裂缝间距越小,即相同长度段裂缝数量越少。说明为提高半刚性基层抗裂能力,不宜采用提高水泥剂量的途径增加强度。另一方面,与静压成型试件强度相比,振动成型试件强度与裂缝间距相关关系更为显著。

四、结论

本项目采用振动成型方式设计的水泥稳定碎石基层级配组成与静压成型方式设计结果相比水泥剂量降低1%～1.5%,强度提高1.5～2倍,相同水泥剂量下,振动成型试件干缩抗裂系数是静压成型条件下的1.5倍,表明振动成型材料抗裂及抗冲刷能力大幅度提高,且此种混合料在振动压实作用下施工的基层弯沉值小,表明基层板体性好,承载能力高。水泥稳定碎石基层均匀、密实、强度、厚度等均满足规范及设计要求。

参考文献

[1]公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)[S].北京:人民交通出版社,2000.

[2]宋兴.水泥稳定碎石基层的施工控制[J].公路交通技术,2004,(4).

[3]周诚喜.水泥稳定碎石基层抗裂机理的微观分析[J].上海公路,2005,(2).

[4]李美江.道路材料振动压实特性研究[D].长安大学硕士学位论文,2002.

[5]候建军,刘宇,等.岭南高速公路面层施工技术指南[M].岭南高速公路有限责任公司,2006.

作者简介:文瑞(1980-),男,陕西延安人,中交集团二公局萌兴公司工程师,研究方向:公路工程施工技术管理与质量管理。