舊水泥混凝土路面加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層試驗

陳紅偉 岳學峰

從20世紀80年代初期開始,中國修筑了大量的水泥混凝土路面。目前,大部分水泥混凝土路面已經達到或超過了使用壽命;其余沒有達到使用壽命的水泥混凝土路面,由于行駛車輛的嚴重超載、超重,路面結構也已經嚴重破壞,面臨修復[1]。國內外應用最多的是在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層[2],在加鋪瀝青面層之前,鋪設一層水泥穩(wěn)定碎石基層,作為防反射裂縫層。對水泥穩(wěn)定碎石基層的各參數選取將直接影響到瀝青面層的鋪設質量和運營后質量,如何設計好水泥穩(wěn)定碎石基層材料,是目前工程中最為關心的問題。

1 材料要求

1)水泥。普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥都可用于拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料,宜采用強度等級不低于425號的早強、緩凝水泥,3 d膠砂強度應不小于18 MPa。水泥初凝時間應不小于3 h、終凝時間不小于6 h;終凝時間不能滿足要求的,需要加入適量的緩凝劑加以調節(jié)。

2)集料(碎石)。集料顆粒中集料的壓碎值應不大于30%,顆粒最大粒徑不大于31.5 mm(方孔篩)。同時要求集料的均勻系數不大于10(即通過量為60%的篩孔尺寸與通過量為10%的篩孔尺寸的比值)。集料中0.6 mm以下顆粒塑性指數應不大于12。有機物含量超過2%,硫酸鹽含量超過0.25%的集料,不宜使用。

碎石由巖石或礫石軋制而成,應潔凈、干燥,并具有足夠的強度和耐磨性。其顆粒形狀具有棱角,接近立方體,不得含有軟質或其他雜質。碎石的最大粒徑為31.5 mm。

碎石壓碎值應不大于28%,粗集料針片狀含量應不大于18%(宜不大于15%)。碎石中小于0.6 mm的顆粒必須做液限和塑性指數試驗,要求液限小于28%,塑性指數小于6。合成級配碎石的顆粒組成應符合表1的規(guī)定[3]。

表1 水泥穩(wěn)定碎石混合料中合成碎石的顆粒組成

3)水。應使用清潔并不含有害物質的水,凡飲用水皆可使用。遇有可疑水源時,應按JTJ 056的規(guī)定進行試驗,應委托有關部門化驗鑒定,并經工程師批準后方可使用。

2 混合料組成設計

1)取工地實際使用的碎石,分別進行水洗篩分,按顆粒組成進行計算,確定各種碎石的組成比例。要求組成混合料的級配應符合表1的規(guī)定,且4.75 mm,0.075 mm的通過量應接近級配范圍的中值。2)取工地使用的水泥,按不同水泥劑量分組試驗。一般水泥劑量按3.5%～6%范圍,分別取4種～5種比例(以碎石質量為100)制備混合料(每組試件個數為:偏差系數10%～15%時9個,偏差系數15%～20%時 13個),用重型擊實法確定各組混合料的最佳含水量和最大干密度。3)為減少基層裂縫,應做到三個限制:在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量;在減少含水泥量的同時,限制細料、粉料用量;根據施工時氣候條件限制含水量。施工中要求水泥劑量應不大于5.5%,碎石合成級配中小于0.075 mm顆粒含量宜不大于4%,含水量宜不超過最佳含水量的1%。4)根據確定的最佳含水量,拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料,按要求壓實度(重型擊實標準,98%)制備混合料試件,在標準條件下養(yǎng)護6 d,浸水1 d后取出,做無側限抗壓強度試驗,并計算試驗結果的平均值和偏差系數(Cv)。平均抗壓強度 R應滿足下式要求:R＞4.0 MPa(1-1.645Cv)(Cv以小數計)。5)水泥穩(wěn)定碎石7 d浸水無側限抗壓強度代表值 R代應不小于設計值(在3.0 MPa～5.0 MPa范圍內)。6)取符合強度要求的最佳配合比作為水泥穩(wěn)定碎石的生產配合比(工地實際采用的水泥劑量應較室內試驗確定的劑量多0.5%～1.0%),用重型擊實法求得最佳含水量和最大干密度,以指導施工。7)通過與國外瀝青穩(wěn)定基層常用級配及國內相關級配的比較,經過大量的馬歇爾試驗和強度試驗,初選出瀝青穩(wěn)定碎石的級配及配合比設計。

3 混合料拌和與運輸

1)開始拌和前,拌合廠的備料應能滿足3 d～5 d的攤鋪用料。混合料應在中心拌合廠拌和,可采用間歇式或連續(xù)式拌和設備。同時,在開始鋪筑前,需驗證用于施工混合料的配合比。2)每天開始攪拌前,應檢查場內各處集料的含水量,計算當天的施工配合比,外加水與天然含水量的總和要比最佳含水量略高。同時,在充分估計施工富余強度時要從縮小施工偏差入手,不得以提高水泥用量的方式提高路面基層強度。3)每天開始攪拌之后,按規(guī)定取混合料試樣檢查級配和水泥劑量;隨時在線檢查配比、含水量是否變化。高溫作業(yè)時,早晚與中午的含水量要有區(qū)別,要按溫度變化及時調整。4)拌合機出料不允許采取自由跌落式的落地成堆、裝載機裝料運輸的辦法。一定要配備帶活門漏斗的料倉,成品混合料先裝入料倉內,由漏斗出料裝車運輸,裝車時車輛應前后移動,分三次裝料,避免混合料離析。5)運輸車輛在每天開工前,要檢驗其完好情況,裝料前應將車廂清洗干凈。運輸車輛數量一定要滿足拌和出料與攤鋪需要,并略有富余。此外,應盡快將拌成的混合料運送到鋪筑現場。運距遠時,運送混合料的車箱應加以覆蓋,以防水分損失過多。

4 攤鋪與整型

1)攤鋪前應檢查攤鋪機各部分運轉情況,而且每天堅持重復此項工作。調整好傳感器臂與控制線的關系;嚴格控制基層厚度和高程,保證路拱橫坡度滿足設計要求。2)攤鋪機宜連續(xù)攤鋪。如拌合機生產能力較小,應采用最低速度攤鋪,禁止攤鋪機停機待料。攤鋪機的攤鋪速度一般宜在1 m/min左右。3)在攤鋪機后面應設專人消除離析現象,應該鏟除局部粗集料“窩”,并用新拌混合料填補。4)混合料攤勻后,立即用平地機初步整平和整型。在直線段,平地機由兩側向路中心進行刮平;在平曲線段,平地機由內側向外側進行刮平。需要時再返回刮一遍。5)用輕型壓路機(或振動壓路機靜壓)立即在剛修平的路段上快速碾壓一遍,以暴露潛在的不平整。再用平地機如前那樣進行整型,并用上述機再碾壓一遍。6)對于局部低洼處,應用齒耙將其表層5 cm以上耙松,并用新拌的水泥混合料找補平整。

5 混合料的碾壓

1)每臺攤鋪機后面,應緊跟三輪或雙鋼輪壓路機,振動壓路機和輪胎壓路機進行碾壓,一次碾壓長度一般為50 m～80 m。碾壓段落必須層次分明,設置明顯的分界標志,有監(jiān)理旁站。

2)整型后,當混合料的含水量等于或略大于最佳含水量時,立即用停振的振動壓路機在全寬范圍內先靜壓1遍～2遍,然后打開振動器均勻壓實到重型標準最大干密度的98%以上為止。碾壓時振動輪必須重疊。

3)碾壓應遵循試鋪路段確定的程序與工藝。注意穩(wěn)壓要充分,振壓不起浪、不推移。壓實時遵循:穩(wěn)壓(遍數適中,壓實度達到90%)→輕振動碾壓→重振動碾壓→膠輪穩(wěn)壓的程序,壓至無輪跡為止。碾壓過程中,可用核子儀初查壓實度,不合格時,重復再壓(注意檢測壓實時間)。碾壓完成后用灌砂法檢測壓實度。

4)在碾壓過程結束之前,用平地機再整平一次,使其縱向順適,路拱和標高符合規(guī)定要求,整平時應仔細用路拱板校正,必須將高出部分刮除,并掃出路外。對局部低洼之處,不再進行找補,留待鋪筑瀝青面層時處理。

6 接縫處理

1)當天兩工作段的銜接處,應搭接拌和,即先施工的前一段尾部留5 m～8 m不進行碾壓,待第二段施工時,對前段留下未壓部分要再加部分水泥重新拌和,并與第二段一起碾壓。2)應十分注意每天最后一段末端縫(即工作縫)的處理,工作縫應成直線,而且上下垂直,經過攤鋪整型的水泥穩(wěn)定碎石當天應全部壓實,不留尾巴。第二天鋪筑時為了使已壓成型的穩(wěn)定邊緣不致遭受破壞,應用方木(厚度與其壓實后厚度相同)保護,碾壓前將方木提出,用混合料回填并整平。

7 養(yǎng)生及交通管制

1)每一段碾壓完成后應立即進行質量檢查,并開始養(yǎng)生,不得延誤。2)養(yǎng)生方法:應將麻布或透水無紡土工布濕潤,然后人工覆蓋在碾壓完成的基層頂面。在整個養(yǎng)生期間都應使水泥穩(wěn)定碎石層保持潮濕狀態(tài),養(yǎng)生結束后,必需將覆蓋物清洗干凈。3)在養(yǎng)生期間如未采用覆蓋措施的水泥穩(wěn)定碎石層上,除灑水車外,應封閉交通,在采用覆蓋措施的水泥穩(wěn)定碎石層上不能封閉交通時,應限制重車通行,其他車輛車速不得超過30 km/h。一般來說,基層養(yǎng)生期不應少于7 d。養(yǎng)生期內灑水車在另外一側車道上行駛。4)水泥穩(wěn)定碎石層上立即鋪筑瀝青面層時,不需太長的養(yǎng)生期,但應始終保持表面濕潤,至少灑水養(yǎng)生3 d。養(yǎng)生期滿驗收合格后可立即澆透層油。

[1]長安大學長壽命路面結構研究課題組.高速公路長壽命路面典型結構成套技術研究[R].西安:長安大學,2005.

[2]胡長順,曹東偉.連續(xù)配筋混凝土路面結構設計理論與方法研究[J].交通運輸工程學報,2001,1(2):57-62.

[3]JTJ 034-2000,公路路面基層施工技術規(guī)范[S].