骨架密實型水泥穩(wěn)定級配碎石細集料級配控制

曹 泓

(1.北黑高速公路建設指揮部;2.黑龍江省交通科學研究所)

骨架密實型水泥穩(wěn)定級配碎石細集料級配控制

曹 泓1，2

(1.北黑高速公路建設指揮部;2.黑龍江省交通科學研究所)

在北黑高速公路基層水泥穩(wěn)定級配碎石生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)石屑作為細集料對混合料的級配控制起到關鍵性作用，為保證水泥穩(wěn)定級配碎石的質(zhì)量，提出了適用、可靠石屑單檔集料級配控制范圍。

骨架密實型;水泥穩(wěn)定級配;級配控制

路面基層做為路面結構的重要組成部分，能夠為面層提供穩(wěn)定的支撐作用，使整個路面結構受力均勻，使各個結構層發(fā)揮各自的作用。基層無側限抗壓強度只有2.0～4.0 MPa，強度的貢獻來自于兩部分，一是集料之間的嵌擠作用，二是水泥起到的膠結作用。以往有一些工程人員簡單的認為只要基層滿足強度要求就可以了，沒有充分考慮基層的干縮、溫縮等性能，因此忽視了級配對基層強度和收縮性能的影響，簡單地通過調(diào)整水泥用量來控制混合料的強度。在實際的操作中，一些施工單位為保證基層的完整性，做到7 d能夠鉆取出完整的芯樣，甚至將水泥用量增大到7% ～9%，膠凝材料的增加使混合料的干縮、溫縮系數(shù)都要大幅度增大，導致基層開裂增多。杜絕以上問題發(fā)生的最有效方法是嚴格控制基層混合料的級配，細集料對整個混合料的級配控制起到了關鍵性的作用，用于道路基層的石屑如果級配不良，會導致基層混合料不容易滿足規(guī)范規(guī)定級配要求，摻配比例不合理等問題。

1 石屑級配不良問題分析

由于我國目前的《公路路面基層施工技術規(guī)范》(JTJ 034－2000)以及《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50－2006)都只規(guī)定基層(包括底基層)可選用的級配范圍，但是都沒對單檔材料的級配做出明確的規(guī)定。在實際生產(chǎn)中，由于沒有對單檔材料的級配做出明確的規(guī)定，便出現(xiàn)了基層級配不良，級配調(diào)整困難，級配比例不合理等一系列問題。

北黑高速公路全線的路面上基層使用水泥穩(wěn)定級配碎石，設計強度為大于3.5MPa。級配控制使用我國《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50－2006)規(guī)定的級配范圍，見表1。

表1 骨架密實型水泥穩(wěn)定級配碎石級配

在備料開始階段，發(fā)現(xiàn)有些施工單位進場的石屑偏粗，為保證有足夠的細集料填充形成密實結構，保證基層的強度和承載能力，經(jīng)過反復調(diào)整，石屑的用量從25%左右增加到40%左右，才能使合成級配滿足表1規(guī)定的級配要求。

2 配合比設計與結果分析

由于機械設備使用狀態(tài)，原材的干濕程度等因素的影響，使得同一料場在不同時期生產(chǎn)的石屑級配會有較大改變。在配合比設計階段對某料場生產(chǎn)的集料，進行三次取樣，得到的篩分結果如表2。

表2 石屑取樣篩分結果

從以上篩分結果中可以看出，樣本1與樣本3級配比較合理，而樣本2石屑偏粗。

使用取樣三次取樣的石屑分別調(diào)整集料比例，以滿足表1規(guī)定級配范圍，見表3。

表3 配合比設計級配范圍

采用振動成型工藝進行振動擊實試驗與無側限抗壓強度試驗，水泥劑量均使用設計值4.5%，水泥為黑河恒基水泥公司生產(chǎn)P·C32.5水泥，試驗結果如表4。

表4 擊實與無側限抗壓強度試驗結果

使用樣本2石屑，為保證填充，石屑用量達到40%，合成級配4.75 mm通過率已經(jīng)超出級配上限，干密度和強度都要小于級配1與級配3。說明材料級配不夠良好，材料壓實困難。

水泥穩(wěn)定級配碎石生產(chǎn)中，石屑偏粗會帶來以下后果。

(1)為滿足級配要求，保證有足夠數(shù)量的細集料來填充骨架結構的空隙，就必須增大石屑的摻量，細集料的增加直接導致整個基層混合料的骨架結構減弱，承載能力與抗疲勞能力降低。

(2)在材料的組成上由于控制混合料級配當中2.36～4.75 mm之間礦料數(shù)量差主要體現(xiàn)在細集料(石屑)上，增大石屑的用量又導致2.36～4.75 mm之間礦料的數(shù)量增大，導致材料壓實困難，干密度降低，室內(nèi)試驗的無側限抗壓強度降低。

(3)由于某一檔材料的用量增大，使各檔集料之間的比例變得不協(xié)調(diào)，與料場集料生產(chǎn)的自然比例之間差距增大，材料的購進出現(xiàn)問題。生產(chǎn)過程中，可能出現(xiàn)單一冷料倉上料無法保證生產(chǎn)拌和速度的現(xiàn)象，從而級配發(fā)生較大改變。

(4)過粗的石屑由于塑性指數(shù)低，導致混合料的黏聚性差，生產(chǎn)中在振動壓路機壓實作用下容易出現(xiàn)混合料松散，壓實困難的問題。

3 細集料級配控制措施

北黑項目基層水泥穩(wěn)定級配碎石生產(chǎn)使用四檔集料混合進行生產(chǎn)，即19～31.5 mm，9.5 ～19 mm，4.75 ～9.5 mm，0～4.75 mm(石屑)。假設集料生產(chǎn)其他三檔集料都比較理想，不存在混料的現(xiàn)象，那么4.75 mm以下的四個篩孔的通過率都由石屑來控制。生產(chǎn)中石屑的用量為20%～30%，采用用量中值與級配要求通過率的乘積并結合集料生產(chǎn)的實際情況來確定各篩孔的通過率要求，石屑級配控制的推薦值見表5。

表5 石屑各篩孔通過率控制建議值

通過對北黑項目其他標段石屑的取樣結果、配合比設計中強度和干密度以及生產(chǎn)中的和易性進行綜合評價，發(fā)現(xiàn)表5提出的技術指標切實可行，如果使用超出表5規(guī)定范圍的石屑，無論進行室內(nèi)試驗還是實際攤鋪生產(chǎn)，各項性能都不太理想。

為保證集料潔凈，同時防止料場將集料生產(chǎn)過程中除塵得到的回收粉添加到石屑當中，應當嚴格控制0.075 mm的通過率不應過大。根據(jù)文獻，降低0.075 mm的通過率，還能有效減小基層的收縮變形。

4 生產(chǎn)中的建議

(1)細集料的質(zhì)量是影響水泥穩(wěn)定級配碎石合成級配、強度、收縮特性及水穩(wěn)定性的關鍵，生產(chǎn)中必須重視細集料級配控制，保證合成級配曲線合理，各檔集料的用料比例協(xié)調(diào)。

(2)應盡量避免使用不滿足所推薦級配要求的細集料進行水泥穩(wěn)定級配碎石生產(chǎn)，如果石屑過粗應當要求料場加強和改善破碎工藝，以提高0.6 mm以下顆粒數(shù)量。

(3)如果石屑過細，特別是0.075 mm通過率過大，會增大基層收縮開裂的可能，應要求料場加強集料生產(chǎn)工程中除塵，保證所生產(chǎn)集料潔凈，以達到減少基層收縮。

［1］田林.骨架—密實型水泥穩(wěn)定級配碎石抗裂特性的研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學博士學位論文，2011.

［2］馮德成，陳亮亮，魏文鼎.集料比表面積計算在水泥穩(wěn)定砂礫配合比設計中的應用［J］.公路，2010，(12):151－155.

［3］李新海.水泥穩(wěn)定材料養(yǎng)生期收縮特性研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，2010.

［4］齊建國.高等級公路半剛性基層材料的抗裂性能研究［J］.黑龍江交通科技，2009，(9):83－84.

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