公路基層材料水泥穩(wěn)定粒料施工檢測(cè)及質(zhì)量控制

摘? 要：本文以水泥穩(wěn)定粒料的收縮性能為研究對(duì)象，為了更準(zhǔn)確地驗(yàn)證水泥穩(wěn)定粒料的收縮性能，首先闡述了水泥穩(wěn)定粒料的特點(diǎn)，并結(jié)合溫縮機(jī)理，通過收縮試驗(yàn)得出養(yǎng)生和使用齡期不同對(duì)溫縮和干縮應(yīng)變的主、次地位的影響規(guī)律。一般情況下水泥穩(wěn)定粒料混合料的干縮應(yīng)變更大，因此在凍土地區(qū)基層施工中，應(yīng)注重加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高其路用性能。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定粒料;質(zhì)量控制;特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U44? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）08-0000-00

1 溫縮機(jī)理

在混合料內(nèi)，對(duì)其溫縮特性起決定作用的因素主要有2個(gè)，其一，自由水，根據(jù)冰點(diǎn)溫度劃分，可以分為重力水和毛細(xì)水，重力水結(jié)冰溫度為0℃，而毛細(xì)水則在0℃以下。其二，結(jié)合水，主要分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩大類，當(dāng)受到的引力不斷增加時(shí)，結(jié)合水的冰點(diǎn)將隨之下降。一般在-0.5℃時(shí)，弱結(jié)合水的外層便可凍結(jié)，與土粒表面越接近，則其冰點(diǎn)越低。在-20～-30℃之間，弱結(jié)合水能夠完全凍結(jié)。但相比之下，即便是在-78℃時(shí)強(qiáng)結(jié)合水依舊無(wú)法結(jié)冰。一般來(lái)講，水泥穩(wěn)定粒料的溫縮過程大致分為3個(gè)階段，各個(gè)階段收縮情況均存在一定差異，究其原因是在于混合料內(nèi)水分的不同[1]。具體如下：

（1）第一階段：溫度在0℃以上。據(jù)相關(guān)研究表明，在該階段水泥穩(wěn)定粒料混合料的應(yīng)變和溫度呈線性關(guān)系，試件的凍縮系數(shù)基本與常數(shù)相近，在此溫度區(qū)間，試件內(nèi)的自由水、結(jié)合水基本上不會(huì)產(chǎn)生任何改變，由此表明，在此階段對(duì)于試件的收縮性能水分不會(huì)造成任何影響，僅會(huì)出現(xiàn)固體物質(zhì)熱脹冷縮反應(yīng)。

（2）第二階段：溫度在0～-20℃之間。一旦溫度下降到0℃，首先凍結(jié)的是自由水，其從液態(tài)變?yōu)楸w，這種情況下，體積膨脹，將促使試件伸長(zhǎng)。除此之外，伴隨溫度的不斷降低，弱結(jié)合水最外層也將逐漸結(jié)冰，進(jìn)一步擴(kuò)大冰晶體，促使附近土顆粒的結(jié)合水膜厚度減小，加大顆粒之間的引力，此時(shí)試件發(fā)生收縮變化。在這一階段，兩方面的脹縮基本處于平衡狀態(tài)，因此，試件的收縮基本上和第一階段保持一致。

伴隨溫度的持續(xù)下降，弱結(jié)合水凍結(jié)程度加重，內(nèi)部逐步凍結(jié)，與此同時(shí)，附近土粒的結(jié)合水膜厚度仍然呈下降趨勢(shì)，并有較大吸引力出現(xiàn)在顆粒之間。此時(shí)，自由水凍脹已完成，試件只受收縮力，并出現(xiàn)迅速收縮現(xiàn)象，隨之收縮系數(shù)劇增。相比第一階段，此環(huán)節(jié)收縮系數(shù)可達(dá)到1.5倍左右。

（3）第三階段：溫度在-20℃以下。進(jìn)入第三階段之后，結(jié)合水已經(jīng)全部?jī)鼋Y(jié)，并逐步向更深層擴(kuò)展，且難度越來(lái)越大，溫縮變形速度開始變慢，溫縮系數(shù)增長(zhǎng)速度也大幅減小。但在結(jié)合水作用下，相比常溫條件下，混合料的溫宿系數(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出很多。相比第一階段，混合料在第二、第三階段的應(yīng)變和溫度關(guān)系已產(chǎn)生變化。通過上述分析可見，造成混合料溫宿系數(shù)急驟變化的主要因素在于結(jié)合水的作用。

2 收縮試驗(yàn)與分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證水泥穩(wěn)定粒料的收縮性能，本文選取多年凍土的高原地區(qū)，進(jìn)行收縮試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)置在完成鋪筑的試驗(yàn)段基層上，在環(huán)境溫度、濕度變化的情況下，連續(xù)不間斷地觀測(cè)基層的收縮情況，通過試驗(yàn)觀測(cè)，可以獲取溫度收縮和干燥收縮的綜合效應(yīng)。

選取一段較小坡度段作為試驗(yàn)段，本路段基層施工結(jié)束1月有余，首先，挖開完成鋪筑的路面一側(cè)，將基層側(cè)面露出;隨后均勻涂抹一層薄薄的水泥漿，做好補(bǔ)平處理;其次，待水泥漿干燥程度達(dá)到試驗(yàn)要求后，通過砂布進(jìn)行打磨、清理;然后，將應(yīng)變片貼在中間部位;最后，采用塑料布覆蓋試驗(yàn)段，避免受到雨水影響。

試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間定在2個(gè)階段，其一，未鋪筑瀝青混凝土面層的7月中旬;其二，瀝青混凝土面層已覆蓋完成的8月初期。在此時(shí)期，本地區(qū)白天氣溫多在15～30℃，具有較高的平均溫度，但晝夜溫差相對(duì)較大，夜間溫度甚至在0℃以下。因此在檢測(cè)時(shí)，選取具有代表性的時(shí)間段，對(duì)基層一晝夜的應(yīng)變情況進(jìn)行測(cè)定與分析。

通過觀測(cè)可知，在面層鋪筑前后，基層的應(yīng)變變化規(guī)律基本上類似，在一天內(nèi)，基層應(yīng)變值并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重凸出情況，變化呈平緩趨勢(shì)。但也發(fā)現(xiàn)，有7～8h內(nèi)存在較大應(yīng)變波動(dòng)，甚至有膨脹和收縮峰值產(chǎn)生。

相比面層，基層在鋪筑后其收縮程度更大，兩者最大差值可達(dá)到1000多微應(yīng)變，與此同時(shí)，在上述情況下，應(yīng)變最大值發(fā)生的時(shí)間也不相同。如，面層鋪筑前，最大應(yīng)變值發(fā)生在一天當(dāng)中的8～13點(diǎn)。而面層鋪筑之后，最大應(yīng)變值發(fā)生在一天當(dāng)中的凌晨3～5點(diǎn)之間。

為了更好地分析應(yīng)變情況，本文以試驗(yàn)期間本地區(qū)溫度變化情況作為參照。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，溫度變化最大的時(shí)間主要集中在一天當(dāng)中的6～12點(diǎn)之間。

經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基層在空氣中裸露時(shí)，基層應(yīng)變變化較大的時(shí)間和溫度變化較大的時(shí)間基本相同，這表明外界氣溫對(duì)基層影響大。但是，當(dāng)基層被覆蓋之后，外界溫度、濕度變化對(duì)基層應(yīng)變的影響大幅下降，且存在很大延遲性。除此之外，由于基層內(nèi)部水分散發(fā)難度較大，溫度具有較小變化情況，因此將大大減小基層的收縮應(yīng)變。上述問題的存在，均會(huì)導(dǎo)致基層總體收縮的下降。

通過以上分析可知，試驗(yàn)當(dāng)中，當(dāng)基層完工之后，進(jìn)入初步養(yǎng)生階段時(shí)，其內(nèi)部仍含有大量水分，同時(shí)還沒有被瀝青面層封閉。為了滿足基層內(nèi)部水分蒸發(fā)需求，此階段收縮主要源于基層內(nèi)部水分散失，收縮作用表現(xiàn)為“干縮為主，溫縮為輔”;在面層鋪筑之后，基層水分散發(fā)作用減弱，溫度變化成為了收縮的主要因素，所以此階段收縮以溫縮為主。整體來(lái)講，在多年凍土環(huán)境下，伴隨溫度的下降與溫差的增大，水泥穩(wěn)定粒料混合料收縮應(yīng)變將隨之增加。隨環(huán)境的變化，溫縮和干縮均會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)定性，但養(yǎng)生和使用齡期不同，兩種應(yīng)變的主、次關(guān)系將發(fā)生變化，一般來(lái)講干縮應(yīng)變更大。為了更好地控制水泥穩(wěn)定粒料收縮性能，還需做好質(zhì)量控制工作。

3 水泥穩(wěn)定粒料質(zhì)量控制措施

3.1 基層材料選擇

在選擇基層材料時(shí)，必須滿足現(xiàn)行規(guī)定要求，比如，集料應(yīng)盡可能選擇含有較少細(xì)粒粘土，且彈性模量較高的材料。若集料內(nèi)含有大量細(xì)粒粘土，則混合料的收縮應(yīng)變將越大。

3.2 混合料級(jí)配

在滿足規(guī)范要求的前提下，必須嚴(yán)控混合料級(jí)配。為了降低水穩(wěn)基層收縮開裂的機(jī)率，必須做好細(xì)料粒徑的控制工作，只有保證級(jí)配合理，才能有效改善混合料收縮性能。

3.3 水泥劑量

一般來(lái)講，混合料內(nèi)水泥用量增加，則其收縮性能也將隨之增加，因此，在基層混合料抗壓強(qiáng)度滿足規(guī)定要求的情況下，應(yīng)盡可能使用最小水泥劑量，可控制在5%～6%之間。

3.4 外加劑使用

合理使用各類外加劑，有利于降低水泥穩(wěn)定粒料的收縮系數(shù)，并抑制基層開裂，減少裂縫數(shù)量。因此，在多年凍土環(huán)境下，要合理利用抗凍劑等外加劑，有效提升基層材料強(qiáng)度及抗溫縮能力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著交通量和汽車載重量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)路面質(zhì)量提出了更高要求。水泥穩(wěn)定粒料是一種常見的公路基層材料，具有強(qiáng)度大、剛度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路建設(shè)當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于此類材料抗變形能力不足，在溫度或濕度變化過程中極易出現(xiàn)開裂問題，尤其是凍土地區(qū)，水泥穩(wěn)定粒料混合料的病害更為顯著。本文在大量試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，通過干縮試驗(yàn)，分析了多年凍土地區(qū)特殊環(huán)境下水泥穩(wěn)定粒料的收縮情況，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，以期為相關(guān)研究提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]龐小勇，付艷.公路水泥穩(wěn)定碎石層試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].黑龍江交通科技，2020，43（5）：64-65.

收稿日期：2020-07-04

作者簡(jiǎn)介：馬宏濤（1974—），男，河南宜陽(yáng)人，大專，工程師，研究方向：工程施工管理及檢測(cè)。