2013年第 6期 (总 194期)安徽建筑安徽建筑图 1水泥稳定碎石矿料级配图图 2 水泥稳定碎石矿料级配图图 3 路面水稳取芯照片图 4 路面水稳取芯照片摘要: 文章主要介绍在公路施工建设中,水泥稳定碎石基层采用骨架密实型和悬浮密实型的系统区别,并在对比过程中提出抗裂水泥稳定碎石基层概念。关键词: 骨架密实型;悬浮密实型;抗裂型水稳碎石中图分类号:U416.214文献标识码:B文章编号:1007- 7359( 2013)06- 0122- 041 概述江淮地区多年使用细集料水稳作为路面基层,公路建成后不久就发现很多裂缝。 经过几年的分析、梳理、总结,一致认为裂缝的产生主要是两种因素造成的:一是温度变化引起的热胀冷缩的温缩裂缝;二是因为水稳基层随着时间的变化自身水分慢慢减少而产生的干缩裂缝。 除上述两因素以外,还有可能是大型货车的荷载作用造成的剪切裂缝。 通过勘察百分之九十以上的裂缝都反射到了沥青面层,裂缝的存在不仅破坏了路面结构的整体性、连续性,还导致了结构强度的减弱,尤其裂缝进水后在重载车辆的反复作用下,极易造成水稳基层的晃动、位移,从而大大减少了公路使用寿命。如何减少这两种因素对水稳基层寿命的影响, 我们在S 307大修工程中做了一些有益的尝试, 做了一段常规配合比的水稳,另做了一段粗集料配合比的水稳, 通过对比取得了很好的结论。施工至今已经 3年,从完工到现在经过我们不间断细致观察,使用粗集料配合比水稳段没有发现裂缝, 而使用细集料配合比的水稳段在刚完工通车后不久就发现了裂缝,而且随着时间的延长裂缝不断的增多,不断的加粗。2 试验段铺筑研究2.1正常配合比 (悬浮密实型)2.1.1试验路概况项目部选取 S 307明亳路怀蒙段路面大修工程铺筑了悬浮密实型水稳的试验段,试验段设置如表 1所示。2.2试验路混合料设计2.2.1目标配合比设计2.2.1.1原材料采用水泥为蚌埠海螺水泥 P C32.5水泥,1- 3、1- 2、 瓜子片为姚郢碎石,石粉为凤阳武店所生产, 所用原材料均由定点厂家送样。 依据设计要求,对集料和水泥两种原材料的相关技术指标如表 2、3所示。骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石基层研究St udyonSk el et onDenseCementandSuspendDenseCementSt abi l i z edA ggr egat eofDenseFr amewor k郁培和 (安徽省怀远县公路分局 , 安徽怀远2334 00)收稿日期:2013- 11- 20交通工程研究与应用122 安徽建筑2013年第 6期 (总 194期)安徽建筑水稳混合料击实试验结果汇总表表 64 .04 .55.0重型击实法最佳含水量( %)5.35.14 .9重型击实法最大干密度( g / c m3)2.342.352.36强度平均值 (MP a )3.03.13.6Rd / ( 1- Z a Cv ) (MP a )3.13.03.5水泥剂量 (% )试验项目水稳试验段表 5试验段编号段落桩号结构AK81+ 9 7 5- K8 1+ 500右幅18c m水稳试验项目试验值相关要求石料压碎值 (% )23.4≤281#料 0.07 5mm通过率 (% )0<1.52#料 0.07 5mm通过率 (% )0<1.53#料 0.07 5mm通过率 (% )0<34#料 0.07 5mm通过率 (% )12.3<20针片状含量 (>9 .5mm )11.0≤18针片状含量 (<9 .5mm )9 .3≤1815.6<281.5<9<0.6mm颗粒液限 (% )塑性指数集料试验结果表 2水泥试验结果表 3试验项目实测数据技术要求细度 (% )//凝结时间 (mi n )初凝257≥9 0mi n终凝34 2≤600mi n安定性( mm)1.0合格标准稠度用水量 (% )//胶砂强度抗折 (MP a )3.4≥2.5(3d )抗压 (MP a )14 .9≥10.02.2.1.2级配本次设计依据《悬浮密实型水泥稳定碎石基层施工规范》的要求,进行了混合料级配选择设计。 水泥稳定碎石颗粒组成分析,如图 1所示。2.2.1.3含水量、干密度、强度试验设计级配确定后, 根据设计经验, 选用 4 .0%、4 .5%、5.0%三种水泥剂量制备混合料,采用重型击实成型法来确定各组水稳混合料的最佳含水量和最大干密度;并按压实度 (9 7 %) 制备标准试件,养护 6d浸水 1d后,进行无侧限抗压强度试验。 试验结果如表 4所示。3 偏粗型配合比 (骨架密实型)3.1试验路概况项目部选取 S 307明亳路怀蒙段路面大修工程铺筑了抗裂水稳的试验段,试验段设置,如表 5所示。3.2试验路混合料设计3.2.1目标配合比设计3.2.1.1原材料集料和水泥两种原材料的相关技术指标同正常配合比 (悬浮密实型) 。3.2.1.2级配本次设计依据《骨架密实型水泥稳定碎石基层施工规范》的要求,进行了混合料级配选择设计。 水泥稳定碎石颗粒组成分析,如图 2所示。3.2.1.3含水量、干密度、强度试验试验结果如表 6所示。根据关于《水泥稳定碎石基层施工规范》 及 S 307设计文件,7 d龄期无侧限抗压强度代表值应不小于 3.5MP a的技术要求, 结合重型击实法成型所得强度试验结果及现场施工经验,水泥稳定碎石混合料的设计水泥剂量取 4 .5%、5.0%。 正常配合比的 7 d龄期无侧限抗压强度为 4 .4MP a , 而偏粗型配合比的7 d龄期无侧限抗压强度为 3.6MP a , 前者明显大于后者, 从合成级配来比较,两种配合比的曲线都比较理想,说明了 S 307大修工程水稳施工采用偏粗型配合比也是满足预期要求的。综上所述,S 30 7大修工程偏粗型水泥稳定碎石混合料级配良好,水泥用量合适、强度性能良好,可用于水泥稳定碎石基层的施工指导。 其目标配合比的试验结果汇总,如表 7所示。3.3试验路方案和实施3.3.1试验路方案在水泥稳定碎石施工过程中发现, 采用偏粗型配合比时,水泥剂量为 4 .5%时, 石灰岩水泥稳定碎石表面会发生松散现象。 正常配合比时水泥剂量不变。 因此结合试验路中出现的问题进行水泥剂量的调整,具体的调整结果,如表 8所示。3.3.2施工工艺混合料拌和摊铺工艺基本相同,主要是碾压进行了适当调整。正常配合比:试验路段 300m (K81+ 67 5~ K81+ 9 7 5右幅)振动压路机前进静压、后退镇压 1遍 (1.5k m/ h ~ 1.7 k m/ h )振动压路机重振 3遍 (1.8k m/ h ~ 2.2k m/ h )18t ￣ 21t压路机碾压 3遍 (1.8k m/ h ~ 2.2k m/ h )振动压路机收光 1遍 (1.5k m/ h ~ 1.7 k m/ h )偏粗型配合比试验路段 525m (K81+ 9 7 5~ K82+ 500右幅)在常规压实的基础上,提高振动碾压遍数一遍。①正常配合比碾压试验结果,如表 9所示。②偏粗型配合比碾压试验结果一,如表 10所示。试验段编号段落桩号结构AK81+ 67 5-9 7 5右幅18c m水稳水稳试验段表 1水稳混合料击实试验结果汇总表表 44 .04 .55.0重型击实法最佳含水量( %)5.25.24 .9重型击实法最大干密度( g / c m3)2.352.362.36强度平均值 (MP a )3.24 .04 .4Rd / ( 1- Z a Cv ) (MP a )3.33.33.2注:试件的平均强度应满足要求:R≥Rd/ ( 1- ZaCv )水泥剂量 (% )试验项目交通工程研究与应用123 2013年第 6期 (总 194期)安徽建筑安徽建筑(下转第 149页)抽检级配范围表表 12筛孔尺寸31.526.5199 .54 .7 52.360.60.07 5料 41009 6.380.554 .233.818.48.64 .3料 31009 7 .27 9 .653.232.918.18.64 .1料 21009 8.180.152.93217 .88.94 .2料 11009 6.57 9 .354 .132.618.19 .24 .5合成级配1009 5.97 9 .853.933.817 .78.93.4抽检级配范围表表 13筛孔尺寸31.526.5199 .54 .7 52.360.60.07 5料 41009 5.77 9 .353.731.618.59 .54 .2料 31009 6.381.254 .232.419 .29 .23.9料 21009 5.980.653.13318.49 .43.7料 11009 6.882.352.132.518.69 .13.8合成级配1009 6.980.250.930.718.78.12.9水泥稳定碎石目标配合比设计结果表表 7混合料类型下列各种材料所占比例 (% )水泥用量 (% )最大干密度( g / c m3)最佳含水量(% )1#2#3#4#悬浮密实型水稳202028324 .52.365.2骨架密实型水稳223324215.02.364 .9水泥稳定碎石路方案表表 8试验段编号段落桩号结构水泥剂量AK81+ 67 5￣ 9 7 5右幅一层石灰岩4 .5%BK81+ 9 7 5￣ K82+ 500右幅一层石灰岩5.0%正常配合比碾压试验结果表最大干密度为 2.36g / c m3表 9方案类别方案压实度 (% )9 8.99 9 .29 8.89 8.59 8.59 7 .8含水量 (% )5.35.15.35.25.25.3平均值压实度 (% )9 8 .6含水量5.2方案类别最大干密度为 2.36g / c m3方案压实度 (% )9 7 .99 5.89 6.9 9 7 .85 9 8.69 8.2含水量 (% )5.45.25.55.35.45.3平均值压实度 (% )9 7 .5含水量5.4偏粗型配合比碾压试验结果一表表 10方案类别最大干密度为 2.36g / c m3方案压实度 (% )9 8 .39 8.69 7 .8 9 8.25 9 8.49 8.3含水量 (% )5.15.25.15.35.45.2平均值压实度 (% )9 8.3含水量5.2偏粗型配合比碾压试验结果二表表 11③偏粗型配合比碾压试验结果二,如表 11所示。通过以上三种方案及结果比较,三个碾压方案压实度结果看,按最大干密度 2.36g / c m3(重型击实法最大干密度) 控制,测点压实度没有出现超密现象;其中偏粗型配合比段落按照正常配合比碾压方案时,有两点压实度不满足要求, 接着改变了碾压方案,振动遍数提高了一遍,压实度都能满足要求。 建议碾压方案为偏粗型水泥稳定碎石基层碾压实施方案,为确保碾压的有序进行,合理作业长度为 30m~ 50m。3.3.3试验路检测结果3.3.3.1水泥剂量 4 .5%石灰岩检测结果 (正常配合比)抽检级配结果如表 12所示。 试验结果表明,混合料级配接近设计合成级配,满足设计要求。3.3.3.2水泥剂量 5.0%石灰岩检测结果 (偏粗型配合比)抽检级配结果如表 13所示。 试验结果表明,混合料级配也满足设计规范要求,其中 4 .7 5mm的通过率明显减少。3.3.3.3两次试验段取芯情况比较取芯位置都是在离路中线 6m左右。 正常水稳配合比情况下,7 d龄期时能取出芯样, 而偏粗型水稳配合比情况下,7 d龄期时就不能取出芯样,在 15d时基本上能取出芯样, 芯样比较完整,但是表面都比较粗糙、不光滑。 如图 3、4所示。4 结论、创新点与下一步研究计划4.1结论①水泥稳定碎石混合料级配组成对水泥稳定碎石混合料各项路用性能影响很大,不同水泥稳定碎石级配组成将决定其不同使用效果和路用性能,我国 《公路路面基层施工技术规范》(J T J 034 - 2000 ) 和 《公路沥青路面设计规范》 (J T GD- 50- 2006 )分别推荐了不同类型水泥稳定碎石混合料的级配范围,两者之间的差异较大。 同时设计规范也对水泥稳定碎石混合料的类型进行了分类,主要包括骨架密实型、悬浮密实型以及骨架空隙型三大类。 两种配合比的级配都能满足要求。②采用骨架密实型水泥稳定碎石施工时, 为了保证压实度,碾压方案的遍数要提高。③在水泥剂量为 4 .5%时, 养生完成后施工车辆通行导致水泥稳定碎石表面会发生松散现象;提高水泥剂量到 5.0%,可以明显地减少表面松散问题。 不能过早开放交通,局部覆盖土工布的地方,被车辆碾压后,表面无明显松散现象。④蚌埠地区以往施工的普通水稳基层, 从后期结果来看,反射裂缝间距在 10m~ 20m左右, 石粉含量都在 30%以上;S 307大修工程一部分路段采用的是骨架密实型水泥稳定碎石基层,目标配合比石粉含量为 21%,实际筛分石粉含量为 25%。骨架密实型水泥稳定碎石基层,从 2011年 2月 21日施工到目前,因为级配里,细集料明显降低了不少,从以后路上发展的情况来看,预计贯通性裂缝数量应该比较少, 在减少裂缝方面应该具有明显优势。4.2创新点①通过对击实试验、无侧限抗压强度试验、劈裂试验等试验研究,总结出 4 .7 5mm通过率 (偏下限) 为 25%是合理的;②通过对低温情况下路面结构取芯的监测,总结出大颗粒水稳基层在传统 7 d龄期情况下, 取芯并未成功, 在 15d时, 基本上能取成或者更长时间;③通过试验段铺筑与观测, 提出适合 S 307大修工程施工条件的抗裂水泥稳定碎石施工工艺;④通过室内研究、试验段工程,在 《公路水泥稳定碎石基层规范》的基础上推荐了抗裂水泥稳定碎石的级配范围。4.3下一步研究计划尽管我们在使用粗集料水稳试验上取得了一点有益的尝交通工程研究与应用124 安徽建筑2013年第 6期 (总 194期)安徽建筑(上接第 124页)⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥⑥试,但需要完善提高。