骨架密实型水泥稳定碎石防离析措施探究

周国辉

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃 庆阳 730000）

骨架密实型水泥稳定碎石结构是以粗集料颗粒相互嵌挤形成骨架，以水泥和细集料作为填料填充骨架的空隙，形成的一种骨架嵌挤且填充密实的结构。这种结构具有良好的路用性能，主要表现在抗压强度高、密实耐久、水泥用量少、抗裂性好等方面。能否充分有效发挥以上优势，关键在于级配控制和现场压实，而现场施工中级配及压实质量控制的难点在于防离析。水稳混合料离析现象会造成结构层松散，强度下降，整体性和耐久性不足，严重影响后期的路用性能[1]，防离析是目前亟待解决的一个问题。离析现象主要是由于碎石原材、混合料在装卸、运输、摊铺等环节出现大高差坡面滚动造成的，在滚动过程中，出现粗骨料大量集中地堆积在坡底，而细料则过多滞留在破面和坡顶。因此，应从碎石原材料级配稳定性、配合比优化、混合料拌合、运输、摊铺环节入手，增加混合料自身的抗离析性能，减少和消除破面滚动因素，进而实现防离析的目的。

1 原材料防离析控制

路面基层水稳碎石拌和不进行二次筛分，因此混合料级配稳定性很大程度依赖于单档碎石原材料的级配稳定性。在碎石原材级配稳定性控制方面，应从生产、运输、堆放及检测等环节加强控制。

本项目主要采取了以下措施：

1）严格筛选砂石料厂，控制厂家数量。路面单位进场后，立即组织开展原材料料场调查，严格筛查、比选，严格控制砂石加工生产设备、工艺及生产规模，控制厂家数量，并进行备案登记，不得随意变更，并提前开展备料工作，确保施工材料供应。

2）砂石材料运输车安装GPS定位监控设备，建立信息化电子围栏，监控材料来源，确保料源稳定性，中途不得二次倒运。

3）碎石在料场存放时分层堆放，设置台阶，台阶高度不大于2.5m，自卸车紧挨料堆卸料，装载机推平，严禁自卸车自料堆顶部直接往下卸料，形成集料滚落面。

4）质量检测在加强0.075mm以下颗粒含量控制的同时，还应重点检查单档集料级配的稳定性，如出现较大偏差应分析查找原因，并坚决予以消除。

2 目标配合比级配选择

目标配合比设计直接关系到水泥稳定碎石基层的骨架密实效果和施工难易程度。研究表明，采用逐级填充法和泰波n法分别进行粗细集料级配设计形成的水泥稳定碎石结构具有强度大、抗冻性好、水稳定性好、抗收缩能力强的优点[2]。但由于该级配整体偏粗，在现场施工中和易性不足，极易发生离析，不能很好形成理想的骨架密实结构，反而造成结构层整体性能下降。因此，在实际施工中既要考虑混合料的骨架性，还应考虑现场施工难易程度，综合考虑进行配合比设计。

本项目路面基层目标配合比设计选择的级配范围为《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）推荐的C-B-1，虽然该级配范围整体偏细，但实际上不影响骨架结构及密实效果，相反该级配范围窄，控制精细，均匀性好，抗离析，现场控制难度较小，混合料整体耐久性也较好。相比而言，C-B-3级配范围要求宽泛，整体偏粗，均匀性较差，施工时混合料通常离析较多，现场控制难度大，现行规范要求在能达到混合料密实要求的前提下才可选用。结合本项目所在地区干旱少雨以及重交通等级的特点，基层若采用C-B-2级配范围，级配整体偏细，较细的级配范围水泥掺量较大，容易造成基层干缩裂缝，同时也增加了产生半刚性反射裂缝的风险，对施工质量控制提出了更高的要求。因此，选择C-B-1级配范围进行目标配合比设计对减少混合料离析很有帮助。

在施工过程中，严格控制混合料级配尽量靠近目标配合比级配，确保目标配合比的指导意义，保证混合料性能。

3 振动拌和工艺

本项目积极推广新型振动拌和技术，提高水稳混合料拌和效果，减少混合料离析，提高拌和均匀性，效果良好。所谓振动拌和是指混合料在特定振幅和频率的振动作用下进行搅拌的一种拌和方式。振动拌和机采用振动与搅拌相结合方式，搅拌轴一端提供搅拌动力，另一端提供振动动力，搅拌轴和叶片在旋转搅拌的同时进行低幅高频振动，把振动能量传递给混合料，搅拌过程中，搅拌轴和叶片完全被混合料所包裹，搅拌轴和叶片的振动能量完全被混合料所吸收，因此不必再安装减振装置，设计简单实用，操作方便。振动参数如下：振幅A为1mm；振动圆频率w为201.1rad/s；振动强度D为4.13Aw1/g[3]。

振动搅拌技术通过释放激振力来强化搅拌过程，增加粗集料分散程度，减少水泥颗粒团聚，进而提高了混合料搅拌均匀性，在实体工程应用中，采用振动搅拌技术拌和的水泥稳碎石混合料，可大幅减少离析现象的发生，现场施工压实更容易，同强度条件下水泥用量降低、基层裂缝数量大幅减少[4]。

具体原因分析如下：

1）振动搅拌的激振力使得粗骨料更加均匀地分散到混合料当中，现场摊铺不易出现骨料滚动带来的离析现象（图1所示）；

2）细集料、水泥均匀包裹在粗骨料表面（图2所示），混合料整体和易性明显改善，易于压实且压实后很密实，完美地实现了理想的骨架嵌挤和细料填充密实效果；

3）水泥颗粒得到均匀分布，减少了团聚，提高了水泥的水化效率，进而在同样强度标准下降低了水泥用量；

4）水泥用量的减少有效降低了水稳混合料的收缩系数，增强了水稳混合料的抗裂性能，进而减少基层裂缝数量。

图1 摊铺接缝处离析现象较少

图2 混合料振动拌和效果

4 混合料防离析控制

混合料离析的本质原因在于混合料装卸过程形成锥形料堆或坡面，粗骨料从料堆顶部或坡面滚落分离。针对问题原因，本项目在水稳混合料装卸环节主要采取以下措施，有效减少了混合料离析：

1）在拌和站成品料仓安装方格挡板，缓解成品料锥形料堆形成带来的骨料滚动，避免成品料的离析（图3所示）。

图3 成品料仓安装方格隔板

2）装料时，采用五次装料法装料，设置明显的位置指示，按顺序依次前后移动装料，减少混合料在装车过程中由滚动产生的离析（图4所示）。

图4 五次装料法示意

3）在卸料时，在运料车尾部两侧加装“三角形”挡板，使水稳混合料整体下落，有效避免了大料滚落到摊铺机料斗，有效防止混合料中粗集料滚落堆积造成的离析（图5所示）。

图5 运料车尾部安装三角形挡板

5 现场摊铺防离析控制

在水稳混合料现场摊铺环节，因摊铺机械故障、配件不全，型号不一致等，也会造成水稳混合料摊铺离析。本项目结合质量通病治理，积极采取以下措施，有效减少混合料离析：

1）在摊铺机布料螺旋中部悬挂臂左右两侧加装反向叶片，补充搅拌。

2）布料螺旋端头与侧挡板距离不得超过25cm，减少布料螺旋端头骨料滚动造成的离析带。

3）在摊铺机的摊铺室下方增加橡胶挡板，迫使混合料徐徐整体下落，避免混合料中粗骨料滚落造成离析（图6所示）。

图6 摊铺机安装橡胶挡板防离析

4）严格控制摊铺机料斗的收料次数。摊铺机料斗收起是会造成水稳混合料坡面滚动，粗细料分离，尽量减少摊铺机料斗收料次数（图7所示）。

图7 摊铺机收料造成的离析

6 结语

离析是骨架密实型水泥稳定碎石结构质量通病之一，严重影响路用性能发挥，在施工中要强化质量意识，加强质量管控，全面细致地进行防范。

主要包括以下四个方面：

1）重视单档集料级配稳定，严格按规定频率进行筛分试验，控制单档集料级配稳定性；

2）目标配合比设计应综合考虑混合料骨架特性和现场施工难易程度，优先选择级配范围控制精细、混合料均匀性好的C-B-1；

3）推广使用振动拌和技术，提高混合料拌和均匀性和施工和易性；

4）积极采取有效措施，在水稳碎石混合料装卸运输和现场摊铺环节防止骨料滚落造成的离析。