广西地区不同岩性的水泥稳定碎石基层设计施工探讨

2020-03-01黄家镇陈宁

西部交通科技 2020年10期

黄家镇陈宁

摘要：文章根据广西目前常用的水泥稳定碎石基层石灰岩、花岗岩材料，分别进行集料指标、混合料级配、混合料水泥剂量、无侧限抗压强度的相关对比分析，并结合现场碾压成型效果，提出广西地区石灰岩、花岗岩水泥稳定碎石基层的相关设计施工要点，为广西高速公路因地制宜地选用基层材料进行设计施工提供借鉴。

关键词：广西;岩性;水泥稳定碎石;基层;设计施工

0 引言

广西桂东、桂西、桂中、桂南、桂北地区等高速公路路面建筑材料偏差较大，桂南地区的钦州、防城港等地区花岗岩较多，石灰岩相对较少，而南宁、崇左、北海等地区石灰岩较多;桂北（桂林）、桂西（河池、百色等）地区石灰岩储量较多，并有一定数量的辉绿岩和玄武岩;桂东地区（贵港、玉林、梧州、贺州）具有储量较多的石灰岩、少量质量较优的玄武岩。整体来看广西区内的高速公路路面石料储量较为丰富，但随着近年来环保压力逐渐加大，石场数量在减少，整体高速公路路面工程所能使用的材料仍处于供不应求状态。特别是沿海的钦州、防城港地区由于花岗岩较多，与高速公路路面结构设计中基层、底基层材料采用石灰岩材料的要求不符，但舍近求远弃用花岗岩材料显然不切实际。因此本文通过对比石灰岩和花岗岩集料指标、水稳混合料设计级配、混合料水泥剂量、抗压强度以及现场的成型效果，提出不同岩性的水泥稳定碎石基层配合比设计要点，为广西地区因地制宜地使用水泥稳定碎石基层材料提供参考。

1 不同岩性水泥稳定碎石基层配合比设计

本次所设计的水泥稳定碎石配合比水泥均采用普通硅酸盐PO42.5水泥，相关指标均满足《公路路面基层施工实施细则》（JTG/TF20-2015）相关要求。

1.1 不同岩性的集料指标对比

本次选用钦州地区花岗岩和上思地区的石灰岩进行相关指标对比。

由表1的结果可知，选用的花岗岩集料和石灰岩集料的关键指标均满足《公路路面基层施工实施细则》（JTG/TF20-2015）的相关要求，但花岗岩由于其自身强度高且脆，集料加工应选择三级破碎组合方式，防止其针片状颗粒含量过大，影响使用效果。

1.2 不同岩性的水稳基层混合料级配设计对比

本次水泥稳定碎石基层配合比设计，水泥剂量统一采用5%，集料分别采用石灰岩和花岗岩进行相关设计。充分考虑花岗岩集料属于酸性集料，且水泥和花岗岩细集料形成的胶浆作为胶结材料，与粗骨料的水化反应效果不如石灰岩细集料与水泥形成的胶浆，因石灰岩石粉碳酸钙具有晶核效应，且能参与水泥水化，因此石灰岩石粉和凝灰岩石粉对水泥水化程度的贡献率大于花岗岩玄石粉。同时，花岗岩细集料和水泥形成胶浆粘结早期强度也不如石灰岩细集料和水泥形成胶浆。其主要原因是在两种细集料控制<0.075mm颗粒含量均为10%左右的情况下，亚甲蓝MB值花岗岩细集料明显大于石灰岩的亚甲蓝MB值，因此说明花岗岩细集料中黏土成分略多于石灰岩细集料，导致强度略低。因此配合比设计应充分考虑花岗岩细集料和石灰岩细集料的特性，为减少由于细集料特性导致的水泥稳定碎石混合料的强度差异，并根据现行的《公路路面基层施工实施细则》（JTG/TF20-2015），花岗岩水稳基层混合料采用C-B-3粗型骨架嵌挤级配，石灰岩水稳基层混合料集料采用C-B-1级配，分别进行配合比设计，设计结果见表2和表3。

从表2的结果可知，石灰岩集料所设计的水泥稳定碎石基层混合料最大干密度小于花岗岩集料所设计的水泥稳定碎石基层混合料，说明石灰岩相比花岗岩更易压实;石灰岩集料所设计的水泥稳定碎石基层混合料最佳含水量小于花岗岩集料所设计的水泥稳定碎石基层混合料最佳含水量，说明石灰岩保持水分的能力强于花岗岩，这也更利于减少后续水分散失过快导致的温缩开裂;从7d无侧限抗压强度的结果可知，石灰岩集料所设计的水泥稳定碎石细级配混合料强度略大于花岗岩集料所设计的水泥稳定碎石粗级配混合料强度，整体相差不大，说明级配能适当弥补花岗岩集料早期强度不足的特点;同时由于花岗岩水稳混合料的早期强度上升慢，也就意味着后续洒水养护时间要延长，应保证后期强度增加所需的用水量，减少温缩开裂风险。

从表3合成级配对比结果可知，花岗岩集料采用C-B-3粗型骨架嵌挤级配相比石灰岩集料采用C-B-1级配4.75mm筛孔以上粗集料用量增加8%左右，使得花岗岩早期强度低和取芯困难的特点得到一定程度的弥补，这与采用细级配的石灰岩水泥稳定碎石混合料和采用粗型级配的花岗岩水泥稳定碎石混合料的强度基本接近的现象不谋而合，由此针对花岗岩集料，为满足其早期强度问题，更宜设计，粗型的骨架嵌挤结构级配。

2 广西某已通车项目不同岩性的水稳基层应用情况

2.1 现场成型效果对比分析

本次现场对比采用某已通车项目的花岗岩和石灰岩水泥稳定碎石基层，现场取芯检测相关数据，具体见表4和图1。

从表4和图1的取芯检测结果可知，花岗岩水稳基层芯样和石灰岩水稳基层芯样均比较完整，整体芯样在水泥剂量相近的情况下（石灰岩水稳混合料水泥剂量为4.9%、5.0%;花岗岩水稳混合料水泥剂量为4.8%、4.9%），强度也较为接近（石灰岩水稳混合料7d无侧限抗压强度为5.2MPa、花岗岩水稳混合料7d无侧限抗压强度为5.1MPa）。

2.2 现场碾压工艺对比

由于花岗岩水稳基层混合料和石灰岩基层混合料板结效果稍差，在碾压环节中，为减少碾压的影响并考虑其偏差性，对碾压组合方式做适当对比调整，具体见表5。[KH-*1/1]

从表5两种岩性的水稳基层混合料碾压组合方式对比可知，整体上两种岩性的水稳基层混合料的碾压总遍数相同，只是在复压阶段花岗岩水稳基层混合料采用先强振后弱振的方式，防止先弱后强导致成型板结效果不佳，表层10cm左右厚度内密实度不佳，影响成型效果。

3 结语

本文根据广西目前常用的水泥稳定碎石基层石灰岩、花岗岩材料，分别进行集料指标、混合料级配设计、混合料水泥剂量、无侧限抗压强度的相关对比分析，并结合现场碾压成型效果，提出广西地区石灰岩、花岗岩水泥稳定碎石基层的相关设计施工要点，得出以下结论：

（1）花岗岩集料对于水稳基层混合料的选用，应选择颗粒形状较好的集料，因为花岗岩由于其自身强度高且脆，集料加工应选择三级破碎组合方式，防止其针片状颗粒含量过大，影响使用效果。

（2）花岗岩水稳基层混合料宜采用C-B-3粗型骨架嵌挤级配进行设计;石灰岩水稳基层混合料集料宜采用C-B-1级配进行设计，保证各自早期强度能尽快形成。

（3）花岗岩水稳混合料的早期强度上升慢，宜延长后续洒水养护时间7d，保证后期强度增加所需的用水量，减少温缩开裂风险;石灰岩水稳混合料的早期强度上升较快，且石灰岩具有较好保水效果，正常养护7d即可。

（4）花崗岩水稳混合料在复压阶段宜采用先强振后弱振的方式，防止先弱后强导致成型板结效果不佳，影响压实效果。

参考文献：

[1]张力嘉，李智，谢冬喜.骨架密实型水稳基层的施工质量影响因素分析[J].广东公路交通，2015（4）：28-30.

[2]周鸿煜，李家和，王云东，等.不同岩性机制砂对混凝土力学性能的影响研究[J].混凝土世界，2018（4）：54-57.