對石灰與粉煤灰穩定粒料基層施工的幾點認識

吳建兵 鄭 磊

隨著我國公路運輸建設日益走向規范化和定型化,半剛性基層瀝青路面已成為高等級公路設計的主要形式,石灰、粉煤灰穩定粒料(以下簡稱二灰碎石)半剛性基層具有耐久性好、強度高、成本低等優點,在高速公路、一級公路和其他等級道路中被廣泛的應用。故加強對二灰碎石基層性能的認識,加強施工過程中的質量管理,對控制公路的質量和使用性能等有著重要的意義。

1 二灰碎石基層的特點

1)二灰碎石有兩種類型,一種是懸浮型,二灰與集料各占50%,粒料懸浮于二灰混合料之間。懸浮型對粒料沒有級配要求,施工很方便。另一種是密實型,集料占二灰碎石混合料總重量的80%以上,二灰混合料占12%～20%,密實型二灰碎石集料必須有良好的級配,二灰混合料與集料中小于4.75mm的顆粒組成基體材料,必須有足夠的基體材料才能達到設計的壓實度,而這對混合料的強度和耐久性很重要,但如果基體霉爛過高,則密實型混合料轉變為懸浮型混合料;如基體材料過少,則混合料的密實度達不到要求,施工時易產生離析現象,配合比的設計應在保證強度與混合料不離析的情況下,嚴格控制二灰的含量以及集料中4.75mm粒徑以下的細集料含量。懸浮型二灰碎石混合料就強度而言與密實型二灰碎石混合料無明顯差別,但懸浮型二灰碎石混合料的干縮性比密實型二灰碎石混合料大,也較容易沖刷,因此目前公路設計的二灰碎石基層大都是密實型,密實型二灰碎石基層的滲透性小,空隙率小,并具有冰凍穩定性好,干縮性小等特點,適宜集中機械拌料,機械攤鋪,有利于保證施工質量與工期要求。2)基層必須能夠承受路面傳遞下來的行車荷載的反復作用,而不產生過高的殘余變形和疲勞拉彎破壞,這就需要基層有足夠強度和與路面相匹配的整體剛度,各種基層材料相比較,二灰碎石的整體強度和剛度最高,可使路面具有良好的承載力。3)雨季時,水可能從瀝青路面的裂縫或兩側路肩等處滲透到基層中,地下水位相對基層較高的地段,水分有可能通過毛細管進入基層,使基層處于潮濕狀態,隨著基層中的水分不斷增加,致使路基的強度急劇下降,從而導致瀝青路面過早損壞,縮短了公路的使用壽命。因此路面基層必須選用水穩定性好的材料,實踐證明,就目前使用的各種基層材料而言,二灰碎石的水穩定性最好。

2 二灰碎石基層施工的質量控制

2.1 二灰碎石的材料要求

石灰中氧化鈣、氧化鎂的含量,對二灰碎石的強度有明顯的影響。要選用Ⅲ級以上(鈣、鎂含量大于70%)生石灰應在使用前7 d～10 d內充分消解,每噸生石灰用水量約為500 kg～800 kg,不宜過早,否則石灰中鈣鎂含量將會衰減,消解后,如果較長時間內暫不使用,應用塑料布或其他材料覆蓋,隔斷空氣與雨水。

粉煤灰中的氧化物(SiO2,Al2O3,Fe2O3)含量要大于70%,燒失量小于20%(有的國家規定小于10%,我國采用的粉煤灰達不到這個指標)的粉煤灰本身不具有水硬性,粉煤灰與消石灰混合后,在加水后,粉煤灰中的氧化物具有活性,與消石灰中的氫氧化物能發生水化發應,生成水化物形成強度,粉煤灰中的氧化物含量越高,形成的強度也越高,粉煤灰要選用細灰(0.3mm篩孔通過量90%,0.075mm通過量70%),細石灰的活性強,同樣的二灰配合比,細灰比粗灰形成的強度高10%以上,另外,粉煤灰的含水量不宜超過35%。

二灰的粗集料應選用不含泥土和風化巖的、具有良好級配的石料,壓碎值小于30%,沒有影響化學作用的有機質或化學物質,碎石的最大粒徑不超過37.5mm。

二灰碎石拌和及養生用水均為能飲用的水。

2.2 二灰碎石配合的設計

配合比的設計將直接影響二灰碎石的強度,在一定的范圍內石灰用量的增加可提高二灰碎石的強度,試驗證明使得強度最高的二灰配比為:石灰∶粉煤灰的比例范圍在1∶4～1∶2之間,超過這個范圍的石灰用量無論增加或減少,其強度都明顯地降低。另外,二灰碎石中級配碎石的含量必須大于80%,且小于0.075mm的粉料應力求接近于零,以減小集料的表面積,減小二灰的損耗,否則對強度有較大的影響。二灰碎石的7 d無側限抗壓強度必須達到設計和規范要求。

2.3 二灰碎石基層施工的溫度

溫度愈高,二灰碎石強度增長愈快,溫度低,強度增加緩慢,養生的時間長。因此二灰碎石最好能在夏、秋季施工,如因各種原因不能在較高氣溫施工,但最低的施工溫度在5℃以上,并在第一次冰凍(-3℃～5℃)到來前一個月完成。

2.4 二灰碎石拌和

1)二灰碎石混合料應采用集中拌和方法進行,使用強制拌法連續集中拌和,禁止使用路拌法。2)集料拌和時的配合比必須準確,根據設計配合比換算成施工配合比,各種成分允許偏差范圍如下:集料:±2%重量比;粉煤灰:±1.5%重量比;石灰:±1%重量比;水:±2%按最佳含水量。在拌和時,應對混合料的含水量、灰劑量進行有效的控制。含水量偏大,碾壓困難,影響基層平整度;含水量偏小,對二灰碎石的強度有影響。考慮到混合料運輸、攤鋪過程中水分損失,拌和時用水量最好比測定最佳含水量略低1%～2%,以保證碾壓時接近最佳含水量。在拌和二灰碎石混合料之前,宜先將石灰和粉煤灰按比例拌和成二灰混合料,然后再直接將二灰摻加到集料中,拌10mm孔篩。

2.5 二灰碎石的攤鋪與碾壓

1)基層的平整度對瀝青面層的平整度有很大的影響,特別是薄瀝青路面,它的平整度主要取決于基層的平整度,因此二灰碎石的攤鋪最好采用攤鋪機攤鋪,攤鋪速度要均勻、連續,盡量避免不良現象。一般攤鋪前先鋪筑試驗段,以確定二灰碎石機械攤鋪的松鋪系數,施工的集料配合比例,標準施工方法等,確保二灰碎石基層的質量。碾壓應先用輕型壓路機穩壓后,再用重型壓路機碾壓。2)由于混合料在拌和、運輸和攤鋪過程中有可能發生“離析”現象,在攤鋪過程中易形成“集料窩”,局部的集料窩在碾壓后除影響平整度外,還極易使路面產生早期病害。故在二灰碎石攤鋪時,應派專人消除“集料窩”,集料窩可采用好料進行換填。3)半剛性基層上為薄瀝青面層,特別是半剛性材料的含水量偏大時,半剛性基層會產生干縮裂縫。施工碾壓時半剛性材料基層的含水量愈大,竣工后半剛性路面的干縮裂縫愈嚴重。新鋪半剛性基層,隨著混合料水分的減少,產生的干縮應力愈慢。在壓實完成的前幾天,混合料的抗拉強度低,容易產生干縮裂縫,由于材料的應力松弛性質和材料強度隨齡期增長,材料的抗應變能力將增強。

2.6 接縫處理

二灰碎石攤鋪最好全幅攤鋪,避免縱縫處理,如只能半幅施工,縱縫應采用垂直接縫,拼縫時接縫處松散的混合料必須清除干凈,并灑水濕潤,橫向施工縫處理同縱縫。

2.7 二灰碎石基層的養生

雖然密實型二灰碎石基層的干縮性小,但初期7 d～14 d的養生很重要,在此期間必須保證其表面處于濕潤狀態,養生期間要實行交通管制。如果不及時養生,就會產生橫向干縮裂縫,或養生結束后因陽光暴曬,氣候干燥也會產生裂縫,保護好基層在攤鋪面層前不開裂,對公路質量的保證有重要意義。

2.8 二灰碎石主要質量的驗收

壓實度檢測:二灰碎石碾壓結束后應及時對其壓實度進行檢驗,如評定不合格必須再碾壓。強度檢測:7 d齡期時進行鉆孔取芯樣,應能取出成型的芯樣,28 d齡期必須取出完整的芯樣,否則應查找原因,進行返工處理。

[1] 田 濤,吳 軍.二灰穩定碎石道路基層的配合比設計及施工[J].山西建筑,2008,34(19):267-268.