骨架密实型水泥稳定碎石级配试验对横向裂缝的控制.docVIP

从100条到1条 ——骨架密实型水泥稳定碎石级配试验对横向裂缝的控制 广西南宁至百色高速公路主线全长188km，设计的路面结构中水泥稳定碎石层厚度达60cm。 这是第一次在广西采用骨架密实型级配，骨架密实水泥稳定碎石基层必须以沥青路面设计，施工规范及基层施工规范为指导，结合广西气候、原材料、施工机械等实际情况，对骨架密实型水泥稳定碎石的水泥和碎石材料、混合料设计及施工质量控制进行试验研究，以得出采用骨架密实级配方法对控制横向裂缝方面的重要作用。 从原材料开始 骨架密实型水泥稳定碎石层的原材料即碎石和水泥。碎石为广西分布较多的石灰石，饱水抗压强度80MPa～100MPa，颚式粗碎和反击式二次破碎粒型较好，针片状少，压碎值一般为16%～23%，液限为15%～20，塑性指数为1～4.水泥选用的是复合硅酸盐水泥，初、终凝时间要求分别在3h、6h以上，但凝结时间过长的水泥质量不是很稳定。经过15次水泥试验、基层所有的初凝时间在2小时10分钟至3小时20分钟之间，终凝时间在3h至4.5h之间，没有出现因水泥凝结时间而影响基层质量的现场。 科学设计混合料 确定级配曲线 级配是可以设计的，要求在给定的骨架密实级配范围内作调整。材料分3级堆放掺配，并统一确定一条级配曲线，同时明确控制点31.5mm、4.75mm、0.075mm筛孔的通过量容许偏差范围±3%，控制碎石级配的变异，减少离析，形成均匀的骨架密实型结构。在一定范围内集料中≤4.75mm筛孔的细料含量越多，水泥稳定集料的强度及干密度越大，但抗冲刷和抗裂开能力越差。该级配曲线明显减少细料含量，不追求高强度，更强调抗冲刷能力。前期试验采用了沥青设计规范推荐的表面振动压实仪代替普通的击实试验，实际效果不理想，其后的一系列试验仍旧采用了重型击实法。 水泥计量5%～6%最适宜 在水泥计量方面，南宁至百色高速公路基层设计强度要求不小于4.5MPa，5%～6%的水泥剂量是最适宜的。由于强度是随水泥剂量增加而增大的，强度过高会导致刚度较大，易使混凝土面层在温度坡差的作用下有较大的翘曲变形，必须采取额外的施工工艺和措施来加以控制，因此选定的混合料配合比为水泥∶集料=5∶100. 严控含水量 关于含水量，由于实验采用的水泥剂量为5%，从基层配合比设计角度看，95%的保证率时要求施工现场的混合物含水量控制在3.2%～5.3%。含水量过低和过高都对强度不利，尤其是偏于时对强度的影响更大。南宁至百色高速公路的基层施工在高温风大天气下进行，因此混合物的含水量在出料口应控制在4%～4.5%。含水量过高会导致碾压成型时发生推挤，影响平整度，施工碾压时的含水量多一个百分点对基层干缩应变的影响相当于水泥剂量增加2倍～3倍。 用实验确定延迟时间 延迟时间对混合料强度的影响取决于水泥及集料性能。按照《公路路面基层施工技术规范》，采用厂拌法施工时延迟时间为2h,对水泥的初、终凝时间要求适当放宽（见图2）。虽然试验用的水泥初凝时间为2小时15分钟，终凝时间为3h，但是从图2中可知，强度基本上在延迟时间为2h～3h后才有明显损失，2h后最大干密度才具聚降。在南宁至百色高速公路，考虑到目前的大规模机械化施工，水泥稳定碎石混合料从加水拌合到碾压结束的作业时间应控制在2h～3h之间。 抗冲刷试验不可缺 南宁至百色高速公路对基层的要求主要不是强度或承载力方面，而是刚度和足够的抗冲刷能力。在高速高压水流的反复作用下，基层顶面极易被冲刷而产生细粒与高速水流的混合液，一部分从接缝或裂缝渗出路面，另一部分则在后方板块下形成脱空及错台。目前国内关于公路工程尚无基础的抗冲刷试验方法及评定标准，我国的水电规范SD105的含砂水流试验方法较为接近实际情况。试验方法采用SD105-82，试验条件为试件28自然养护、磨损面积0.038mm、累计冲磨时间1.5h。试验结果见表1. 从表1中可以看到，抗冲刷能力随水泥剂量的增大而增加，掺2%粉煤灰的混合料磨损率高而抗冲磨强度低，即抗冲刷能力较差。相关研究亦表明，影响稳定集料耐冲刷能力的关键因素是结合料（水泥和沥青）的含量，而级配和压实度也会对此产生一定影响。抗冲刷性能与材料中细料含量密切相关，故二灰碎石及掺砂的水泥稳定碎石的耐冲刷能力较差，这两者为3级（较耐冲刷）材料。南宁至百色高速公路对基层使用厂拌5%～6%的水泥稳定碎石为2级（耐冲刷）材料，仅次于1级耐冲刷材料（含混凝土及6%以上沥青混凝土）。 水泥剂量 试验项目 6% 6.5% 5.5%+2% 粉煤灰 6.0%+2% 粉煤灰 磨损率/h 3.421 3.678 4.795 4.304 抗冲磨强度h/ / 0.293 0.272 0.212 0.241 表1：水泥稳定碎石抗冲刷试验