振動成型法設計半剛性基層混合料的施工技術

顏小虎

1 半剛性基層存在的問題

1)室內成型方式與現場碾壓方式不匹配。眾所周知,室內試驗要準確、有效地預測與控制現場施工質量,應滿足兩個最基本的條件,首先要求試件成型方式能夠最大限度地模擬基層施工條件,使室內成果與基層實際應用效果有可比性;其次要求各種性能評價指標切實反映基層在其服務環境下的服務質量。如今現場大量使用振動壓路機及輪胎壓路機,而室內卻采用重型擊實法確定最佳含水量及最大干密度,用靜壓法試件強度作為設計標準控制水泥劑量。由此衍生出一系列問題:重型擊實法確定的最佳含水量及最大干密度作為現場振動壓實度的控制指標是否合適;混合料分別在靜壓與振動作用下其力學特性或許不同,那么用何種成型方式制作的試件的強度來控制現場質量更有效;用靜壓法進行室內研究所優化的配合比在振動壓實條件下路用性能是否最優。2)質量控制指標單一。規范對混合料路用性能要求相對簡單。除原材料性質外,對混合料只要求7 d齡期的飽水無側限抗壓強度達到要求即可,而對混合料抗裂能力既無標準試驗方法,也沒有評價指標,這就使得設計或施工時只注重提高強度,甚至有可能導致強度過大;至于由此造成的許多負面影響(剛度過大、抗裂能力差等)卻很少引起重視。3)壓實度標準偏低。壓實度達到較高標準對水泥穩定碎石混合料強度、抗裂能力及抗疲勞能力的提高均有顯著作用。壓實度的增加可以大幅度提高半剛性材料強度,與此相適應,在較低的膠結料劑量下即可滿足強度要求,而膠結料劑量的降低則可以顯著提高水泥碎石混合料的抗裂能力;另一方面,壓實度的提高可以大大減少水泥碎石混合料中的微裂隙,從而提高水泥碎石混合料抗疲勞能力。

針對以上問題,二(連浩特)—廣(州)粵境懷集至三水段高速公路的水泥穩定碎石基層的配合比設計采用了振動成型法的骨架密實結構混合料,本文結合該工程的施工,對采用振動成型法設計的水泥穩定碎石混合料的施工工藝及質量控制進行了探討、總結。

2 水泥穩定碎石混合料設計

2.1 混合料級配

本工程的基層混合料設計是參照JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范,根據以往水泥穩定碎石振動成型法設計與施工技術研究的成果,并結合本工程的特點提出的。采用振動試驗成型的水泥穩定碎石混合料級配應滿足表1的要求。

表1 水泥穩定碎石級配范圍要求

與JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范相比,該級配主要有以下幾點優化和調整:1)級配合成中主要考慮了19 mm,9.5 mm,4.75 mm控制篩孔,級配范圍更窄,現場控制更為嚴格;2)增加了9.5 mm～19 mm的顆粒含量,通過本工程的應用發現對減少離析起到積極的作用。

2.2 配合比設計方法及步驟

1)取工地使用的符合要求的水泥和確定骨架密實結構的合成級配碎石,按設計要求,分別選取4個～5個水泥劑量,用振動試驗法(采用激振力6 800 N、靜壓力1 900 N、振動頻率30 Hz、振動時間2 min)分別確定各水泥劑量混合料的最佳含水量和最大干密度。2)以不同水泥劑量,分別根據振動試驗法確定的最佳含水量和98%的最大干密度,拌制水泥穩定碎石混合料,并按振動成型方法制備規定數量試件,在標準條件下養生6 d,保水24 h后取出,測定不同水泥劑量下混合料的無側限抗壓強度。3)水泥穩定碎石7 d無側限抗壓強度代表值R代不小于設計值。4)根據拌和樓穩定性、試件抗壓強度等要求,論證地選取符合強度要求的最佳配合比作為水泥穩定碎石的生產配合比。5)混合料配合比設計應注意事項:a.為減少基層裂縫,應做到3個限制。即:在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量;在合成級配滿足要求的同時限制細集料、粉料用量;根據施工時氣候條件限制含水量。b.在規定的水泥劑量范圍內,強度如達不到設計要求,應采取調整級配和更換料源等綜合措施,不得單純采用提高水泥劑量的方式。

2.3 本工程采用的水泥穩定碎石的級配

本工程混合料采用的級配見圖1。

3 施工技術

1)混合料的廠拌。水泥穩定粒料拌合樓在生產水泥穩定粒料前,先測出石屑和碎石含水量,再調定混合料的用水量,使其略大于最佳值的0.5%～1.0%,以補償施工過程中水分蒸發損失,水泥劑量的控制要比實驗室確定的最佳水泥劑量提高1.0%。實驗人員隨機抽檢水泥劑量,一個工作臺班不少于6次;

2)碾壓方案。采用兩種碾壓組合方案來對比其壓實效果,兩種碾壓和壓實效果見表2,由表2可知,采用大噸位的壓路機對壓實度的提高起到積極作用,故本工程采用方案2為碾壓方案。

表2 兩種碾壓方案壓實效果對比表

4 施工控制

1)由于采用振動成型法施工,若集料的壓碎值和針片狀含量偏大,在壓實過程中,很多的骨料將被壓碎,影響基層的性能,所以集料的壓碎值和針片狀指標應滿足碎石質量要求。2)級配控制。要求混合料級配中關鍵篩孔19 mm,4.75 mm通過率分別控制在±7%,±5%以內,并且0.075 mm篩孔的通過率不能超過目標級配的1%,生產的實際配合比隨機抽樣中不得出現單側現象。3)含水量控制。因采用振動成型法設計的混合料的最佳含水量相比采用重型擊實法設計混合料的最佳含水量要少約1%,因此在施工中,加強對含水量的控制非常重要。4)運輸。在氣溫較高、運距較遠時要加蓋苫布,以防止水分過多損失。5)攤鋪。由于混合料采用骨架密實結構,粗集料相對較多,離析較難控制,在攤鋪時應注意嚴格按照攤鋪工藝要求操作,控制攤鋪箱中的料位,避免經常收斗等操作;在攤鋪機后應派專人觀察攤鋪料的離析情況,發現有粗料集中等離析情況時,立即填補細料,或將粗料挖除,補充均勻的混合料。6)灑水養生。因為混合料中的含水量較普通的重型擊實法設計混合料的用水量少,水分散失對其混合料強度形成的影響更大,所以應加強灑水養生。

[1] JTG D50-2006,公路瀝青路面設計規范[S].

[2] JTJ 034-2000,公路路面基層施工技術規范[S].

[3] 蔣應軍.水泥穩定碎石收縮裂縫防治研究[D].西安:西安公路交通大學博士學位論文,2001.

[4] 沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[5] 張嘎吱.考慮抗裂性能的水泥穩定類材料配合比設計方法研究[D].西安:西安公路交通大學博士學位論文,2001.

[6] 李少康,李 端,樊 波.半剛性基層瀝青路面的車轍成因及防治措施[J].山西建筑,2009,35(9):283-284.