半刚性基层(水泥稳定碎石)的路用性能研究及应用
2010-08-15张文昭
张文昭
荥阳市公路管理局,河南荥阳 450100
随着河南省高速公路的迅猛发展,国道、省道等干线公路也得到了长足发展,从而形成了河南省干线公路网络大格局。同时新技术、新材料层出不穷且广为应用。因此,干线公路创新贯穿于设计、施工和管理的全过程,新技术、新材料、新设备的应用,为河南省干线公路的快速发展提供了有力的技术支持。近年来,郑州地区干线公路基层一直采用水泥粉煤灰稳定碎石基层,从工程实践效果看,路用性能较好。尽管水泥粉煤灰稳定碎石作为基层可减缓裂缝,但它不可避免裂缝,而且要切缝,增加工程成本。随着河南省小型火力发电厂的相继下马,粉煤灰数量愈来愈少,供需矛盾日显突出,即使有也是过去已经陈腐很久的粉煤灰,其活性已大大降低,这就给我们公路工程设计及施工人员带来了新的难题,因此新型路面结构的研究,将是下一步干线公路创新的重点。
1 水泥稳定碎石基层路用性能研究
1.1 水泥稳定碎石抗裂机理研究
1)骨架密实结构水泥稳定碎石混合料的抗裂能力得到大大提高,极大地延长水泥稳定基层的开裂时间;
2)基层施工时一定要保证足够的压实度以减少基层裂缝的产生;
3)水泥稳定碎石混合料的干缩主要是通过毛细管张力作用、吸附水基分子间力作用、层间水作用及碳化收缩作用4个过程引起的宏观体积收缩。其干燥收缩值与材料刚度成反比,与含水量成正比;
4)水泥稳定碎石混合料中0.075mm 以下的细集料含量越多,混合料抵抗收缩能力越差;
5)水泥稳定类材料整体级配越细,干燥收缩越大;级配接近于悬浮结构,干缩性越大,且干缩破坏主要发生在早期;
6)严格控制水泥剂量,以减小干燥收缩。水泥含量越大,水泥碎石混合料抗裂性能越差;
7)混合料级配过粗(4.75mm 通过率29%)时基层弯沉值较大,级配较细(规范中值)时由于细集料偏多容易导致裂缝,因此建议集料级配制4.75mm 通过率为34%左右;
8)振动压实成型方式极大的提高了试件的抗压强度,密实度越大,试件干缩应变越小,故而减小基层开裂可以用增加压实功能来改善。
1.2 水泥稳定碎石混合料抗裂特性评估方法
水泥稳定碎石混合料由于具有优良的路用性能而作为高级路面的基层,但其最大的缺陷就是开裂比较严重。水泥稳定碎石混合料干燥收缩是由于其内部含水量的变化使其宏观整体体积收缩的现象。
目前,半刚性材料开裂的评价指标有干缩系数、温缩系数、干缩抗裂系数、温缩抗裂系数、干缩能抗裂系数、温缩能抗裂系数等。
1.3 水泥稳定碎石混合料抗裂工程措施
1)选择干缩、温缩性能较好的混合料组成;
2)在施工中可掺加显著降低收缩的外加剂,此类外加剂有水泥膨胀剂和水泥减缩剂,其中膨胀剂有氧化钙类、氧化铁类、氧化镁类和发泡类等;
3)设置中间层;
4)施工控制。严格控制水泥稳定基层混合料含水量及水泥用量,确保养生的质量;
5)严格控制水泥稳定混合料的级配。适量增加粗集料用量,减少4.75mm 以下集料用量,特别是0.075mm 以下细集料应严格控制;
6)水泥品种的选择。要尽量选用水化热较小的缓凝普通硅酸盐水泥,终凝时间宜在5h 左右。
1.4 水泥稳定碎石混合料配比研究
1)振动击实及振动法成型试件条件下,级配对水泥稳定碎石混合料路用性能有显著影响;
2)振动击实及振动法成型试件条件下,水泥剂量对水泥稳定碎石混合料路用性能有显著影响;
3)振动击实及振动法成型试件条件下,依据强度满足要求、抗裂能力最佳的原则进行水泥稳定碎石混合料配合比优化的结果,级配采用规范下限,综合考虑抗裂特性及强度要求,水泥剂量为4.5%~5.0%。
2 水泥稳定碎石作为路面基层的应用
为验证和充实室内试验研究成果,探索水泥稳定碎石基层混合料在现场振动压实作用下水泥稳定碎石的施工技术,2010年7月在S314 线荥阳境古荥至广武段大修工程中铺筑水泥稳定碎石基层,按照振动压实优化的级配配比,修筑5.125km,取得良好的效果。
2.1 施工时间、位置
S314 线荥阳境古荥至广武段大修工程水泥稳定碎石基层于2010年7月铺筑,铺筑路段K16+229—K21+354.436。
2.2 重型击实试验
室内重型击实试验结果:水泥稳定碎石混合料(5:95)最大干密度为2.42 g/cm3,最佳含水量为4.5%。
2.3 施工工艺
1)拌和
拌和设备:WBZ500 型、 产量400t/h。
拌和出场的混合料含水量应略大于最佳含水量(一般大于最佳含水量1%),本项目出场水泥稳定碎石混合料含水量为5.5%。
2)运输
运料车数量:20 辆(达到摊铺后返回拌和机不停机为限)左右,每车载重25t~35t。运输时必须加盖篷布,防止水分损失。
3)摊铺
为提前精准锁定即将发生异动事件,甚至是停运故障的配变设备,为运维人员主动运维、提前安排抢修工作赢得宝贵时间,有效防范配网异动风险,本文通过构建配变重过载、低电压等异常状态预警模型,能够提前7天预测即将配变异常状态的精准预测,可精确到96个时刻点。
摊铺机:ABG423 型2 台。摊铺时打料必须充足、一致,匀速行驶。
4)碾压
碾压设备:双钢轮压路机(YZC12 型)1 台、振动压路机(YZ20 型)1 台、胶轮压路机(YZ-25 型)1 台。
碾压工艺:先用双钢轮重叠1/3 轮迹静压、小振各1 遍→振动压路机中振2 遍→胶轮压路机碾压4 遍。
5)养生
3 台自喷式洒水车(8t)喷水养生,养生期间保持基层表面湿润。
2.4 总结
1)振动成型水泥稳定碎石混合料试件强度与芯样强度吻合;
2)严格按照振动法配合比设计结果进行施工裂缝明显减少;
3)通过观测表明,水泥稳定碎石混合料有好的抗裂及抗冲刷能力,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,有着优良的路用性能。
S314 线荥阳境古荥至广武段大修工程基层施工及检测结果表明,振动设计的半刚性基层材料配合比合理、设计方法可行,设计的混合料强度高、水泥剂量低、抗裂能力强。
2.5 施工注意事项
1)由于水泥稳定碎石混合料采用抗裂的骨架密实结构,混合料中0.075mm 以下的细集料含量要求不大于3%,所以对0mm~5mm的石屑要求非常严格,石屑中0.075mm 以下的细集料含量以不大于7%为宜,只有这样才能达到低水泥剂量的要求;
2)骨架密实型混合料与传统基层混合料相比级配范围较窄,施工中应尽量避免级配变异,使生产的配合比与目标配合比和实验室配合比相接近,并加大配合比的检查频率;
3)施工中水泥稳定碎石混合料含水量应控制为略高于最佳含水量。由于含水量影响到压实、强度、裂缝等诸多环节,施工中一定要注意含水量的控制;
4)防止离析。混合料中粗集料含量大,易造成混合料离析。防止离析应从选料、卸料、摊铺三个环节入手,最大限度减少离析;
5)注意碾压方式和碾压机械组合;
6)两层水稳之间摊铺前一定要撒足量大的水泥浆,以使层间结合良好;
7)加强养生。碾压结束后不宜立即洒水,应待水泥终凝后2小时进行洒水养生;
8)水泥稳定碎石含水量不宜太大,否则容易出现干缩裂缝,平整度下降;
9)水泥稳定碎石强度形成稳定后可适量放行小型车辆,这样可使基层表面浮浆脱落剥离,露出骨料,清扫干净后铺油可使层间结合更好。
3 结论
通过对水泥稳定碎石路用性能的研究探索及工程实践应用得出结论:水泥稳定碎石基层板体性好,承载能力高,有着优良的路用性能。水泥稳定碎石基层施工不用切缝,既降低工程成本,又解决了基层掺加粉煤灰的难题,但必须严格控制施工工艺,精心组织,科学管理,严格施工程序,把好原材料进场关,级配、水泥剂量及含水量控制严格,碾压及时,加强前期养生,就一定能够取得预期效果。
[1]张红春,李小重,于宁晓.平原区高速公路新技术应用与管理实践[M].北京:人民交通出版社,2006.