旧水泥混凝土路面加铺水泥稳定碎石基层试验

陈红伟 岳学峰

从20世纪80年代初期开始,中国修筑了大量的水泥混凝土路面。目前,大部分水泥混凝土路面已经达到或超过了使用寿命;其余没有达到使用寿命的水泥混凝土路面,由于行驶车辆的严重超载、超重,路面结构也已经严重破坏,面临修复[1]。国内外应用最多的是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层[2],在加铺沥青面层之前,铺设一层水泥稳定碎石基层,作为防反射裂缝层。对水泥稳定碎石基层的各参数选取将直接影响到沥青面层的铺设质量和运营后质量,如何设计好水泥稳定碎石基层材料,是目前工程中最为关心的问题。

1 材料要求

1)水泥。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可用于拌制水泥稳定碎石混合料,宜采用强度等级不低于425号的早强、缓凝水泥,3 d胶砂强度应不小于18 MPa。水泥初凝时间应不小于3 h、终凝时间不小于6 h;终凝时间不能满足要求的,需要加入适量的缓凝剂加以调节。

2)集料(碎石)。集料颗粒中集料的压碎值应不大于30%,颗粒最大粒径不大于31.5 mm(方孔筛)。同时要求集料的均匀系数不大于10(即通过量为60%的筛孔尺寸与通过量为10%的筛孔尺寸的比值)。集料中0.6 mm以下颗粒塑性指数应不大于12。有机物含量超过2%,硫酸盐含量超过0.25%的集料,不宜使用。

碎石由岩石或砾石轧制而成,应洁净、干燥,并具有足够的强度和耐磨性。其颗粒形状具有棱角,接近立方体,不得含有软质或其他杂质。碎石的最大粒径为31.5 mm。

碎石压碎值应不大于28%,粗集料针片状含量应不大于18%(宜不大于15%)。碎石中小于0.6 mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验,要求液限小于28%,塑性指数小于6。合成级配碎石的颗粒组成应符合表1的规定[3]。

表1 水泥稳定碎石混合料中合成碎石的颗粒组成

3)水。应使用清洁并不含有害物质的水,凡饮用水皆可使用。遇有可疑水源时,应按JTJ 056的规定进行试验,应委托有关部门化验鉴定,并经工程师批准后方可使用。

2 混合料组成设计

1)取工地实际使用的碎石,分别进行水洗筛分,按颗粒组成进行计算,确定各种碎石的组成比例。要求组成混合料的级配应符合表1的规定,且4.75 mm,0.075 mm的通过量应接近级配范围的中值。2)取工地使用的水泥,按不同水泥剂量分组试验。一般水泥剂量按3.5%～6%范围,分别取4种～5种比例(以碎石质量为100)制备混合料(每组试件个数为:偏差系数10%～15%时9个,偏差系数15%～20%时 13个),用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。3)为减少基层裂缝,应做到三个限制:在满足设计强度的基础上限制水泥用量;在减少含水泥量的同时,限制细料、粉料用量;根据施工时气候条件限制含水量。施工中要求水泥剂量应不大于5.5%,碎石合成级配中小于0.075 mm颗粒含量宜不大于4%,含水量宜不超过最佳含水量的1%。4)根据确定的最佳含水量,拌制水泥稳定碎石混合料,按要求压实度(重型击实标准,98%)制备混合料试件,在标准条件下养护6 d,浸水1 d后取出,做无侧限抗压强度试验,并计算试验结果的平均值和偏差系数(Cv)。平均抗压强度 R应满足下式要求:R＞4.0 MPa(1-1.645Cv)(Cv以小数计)。5)水泥稳定碎石7 d浸水无侧限抗压强度代表值 R代应不小于设计值(在3.0 MPa～5.0 MPa范围内)。6)取符合强度要求的最佳配合比作为水泥稳定碎石的生产配合比(工地实际采用的水泥剂量应较室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%),用重型击实法求得最佳含水量和最大干密度,以指导施工。7)通过与国外沥青稳定基层常用级配及国内相关级配的比较,经过大量的马歇尔试验和强度试验,初选出沥青稳定碎石的级配及配合比设计。

3 混合料拌和与运输

1)开始拌和前,拌合厂的备料应能满足3 d～5 d的摊铺用料。混合料应在中心拌合厂拌和,可采用间歇式或连续式拌和设备。同时,在开始铺筑前,需验证用于施工混合料的配合比。2)每天开始搅拌前,应检查场内各处集料的含水量,计算当天的施工配合比,外加水与天然含水量的总和要比最佳含水量略高。同时,在充分估计施工富余强度时要从缩小施工偏差入手,不得以提高水泥用量的方式提高路面基层强度。3)每天开始搅拌之后,按规定取混合料试样检查级配和水泥剂量;随时在线检查配比、含水量是否变化。高温作业时,早晚与中午的含水量要有区别,要按温度变化及时调整。4)拌合机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料运输的办法。一定要配备带活门漏斗的料仓,成品混合料先装入料仓内,由漏斗出料装车运输,装车时车辆应前后移动,分三次装料,避免混合料离析。5)运输车辆在每天开工前,要检验其完好情况,装料前应将车厢清洗干净。运输车辆数量一定要满足拌和出料与摊铺需要,并略有富余。此外,应尽快将拌成的混合料运送到铺筑现场。运距远时,运送混合料的车箱应加以覆盖,以防水分损失过多。

4 摊铺与整型

1)摊铺前应检查摊铺机各部分运转情况,而且每天坚持重复此项工作。调整好传感器臂与控制线的关系;严格控制基层厚度和高程,保证路拱横坡度满足设计要求。2)摊铺机宜连续摊铺。如拌合机生产能力较小,应采用最低速度摊铺,禁止摊铺机停机待料。摊铺机的摊铺速度一般宜在1 m/min左右。3)在摊铺机后面应设专人消除离析现象,应该铲除局部粗集料“窝”,并用新拌混合料填补。4)混合料摊匀后,立即用平地机初步整平和整型。在直线段,平地机由两侧向路中心进行刮平;在平曲线段,平地机由内侧向外侧进行刮平。需要时再返回刮一遍。5)用轻型压路机(或振动压路机静压)立即在刚修平的路段上快速碾压一遍,以暴露潜在的不平整。再用平地机如前那样进行整型,并用上述机再碾压一遍。6)对于局部低洼处,应用齿耙将其表层5 cm以上耙松,并用新拌的水泥混合料找补平整。

5 混合料的碾压

1)每台摊铺机后面,应紧跟三轮或双钢轮压路机,振动压路机和轮胎压路机进行碾压,一次碾压长度一般为50 m～80 m。碾压段落必须层次分明,设置明显的分界标志,有监理旁站。

2)整型后,当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,立即用停振的振动压路机在全宽范围内先静压1遍～2遍,然后打开振动器均匀压实到重型标准最大干密度的98%以上为止。碾压时振动轮必须重叠。

3)碾压应遵循试铺路段确定的程序与工艺。注意稳压要充分,振压不起浪、不推移。压实时遵循:稳压(遍数适中,压实度达到90%)→轻振动碾压→重振动碾压→胶轮稳压的程序,压至无轮迹为止。碾压过程中,可用核子仪初查压实度,不合格时,重复再压(注意检测压实时间)。碾压完成后用灌砂法检测压实度。

4)在碾压过程结束之前,用平地机再整平一次,使其纵向顺适,路拱和标高符合规定要求,整平时应仔细用路拱板校正,必须将高出部分刮除,并扫出路外。对局部低洼之处,不再进行找补,留待铺筑沥青面层时处理。

6 接缝处理

1)当天两工作段的衔接处,应搭接拌和,即先施工的前一段尾部留5 m～8 m不进行碾压,待第二段施工时,对前段留下未压部分要再加部分水泥重新拌和,并与第二段一起碾压。2)应十分注意每天最后一段末端缝(即工作缝)的处理,工作缝应成直线,而且上下垂直,经过摊铺整型的水泥稳定碎石当天应全部压实,不留尾巴。第二天铺筑时为了使已压成型的稳定边缘不致遭受破坏,应用方木(厚度与其压实后厚度相同)保护,碾压前将方木提出,用混合料回填并整平。

7 养生及交通管制

1)每一段碾压完成后应立即进行质量检查,并开始养生,不得延误。2)养生方法:应将麻布或透水无纺土工布湿润,然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。在整个养生期间都应使水泥稳定碎石层保持潮湿状态,养生结束后,必需将覆盖物清洗干净。3)在养生期间如未采用覆盖措施的水泥稳定碎石层上,除洒水车外,应封闭交通,在采用覆盖措施的水泥稳定碎石层上不能封闭交通时,应限制重车通行,其他车辆车速不得超过30 km/h。一般来说,基层养生期不应少于7 d。养生期内洒水车在另外一侧车道上行驶。4)水泥稳定碎石层上立即铺筑沥青面层时,不需太长的养生期,但应始终保持表面湿润,至少洒水养生3 d。养生期满验收合格后可立即浇透层油。

[1]长安大学长寿命路面结构研究课题组.高速公路长寿命路面典型结构成套技术研究[R].西安:长安大学,2005.

[2]胡长顺,曹东伟.连续配筋混凝土路面结构设计理论与方法研究[J].交通运输工程学报,2001,1(2):57-62.

[3]JTJ 034-2000,公路路面基层施工技术规范[S].