免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線養(yǎng)護中的應用

張 楊程鵬飛陳 濤黃九達

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.江蘇省交通運輸廳公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京 210029）

0 引言

半剛性基層作為我國公路結構的典型層位，早期修建的公路大部分已超過其設計使用年限，路面技術狀況難以滿足現(xiàn)如今的交通需求。大部分公路已進入大中修階段，然而水穩(wěn)基層的養(yǎng)護時間較長，一般需要養(yǎng)護7 d，給社會帶來較多的負面影響［1］。因此，早強水穩(wěn)技術應運而生，國內相關學者對早強水穩(wěn)進行了相關研究。鐘凡［2］采用硫鋁酸鹽水泥和緩凝阻裂材料，制備出1 d無側限抗壓強度＞3 MPa、28 d抗壓強度＞8 MPa的水泥穩(wěn)定碎石材料。通過不同養(yǎng)生溫度、不同養(yǎng)生時間下水穩(wěn)試件的抗壓強度變化，得出面層緊跟基層施工的養(yǎng)生方式能提供較好的高溫養(yǎng)生條件，達到基層快速修補的目的［3-4］。薛文等［5］選用水泥、碎石、早強-減水劑、UEA膨脹劑等為原料，運用均勻優(yōu)化設計方法，配制自密實型基層快速修補材料，快速修復材料16 h的抗壓強度達到3.50 MPa，界面黏結強度達到0.38 MPa。梁國華［6］采用6%沸石粉、2%早強減水劑、6%膨脹劑時其強度最佳，1 d抗壓強度就達到4.99 MPa，修補材料1 d劈裂強度達到0.50 MPa以上。孫兆輝等［7］從集料級配組成、失水率、暴露時間、強度和混合料空隙率等因素探明了水穩(wěn)碎石基層的干縮特性。本研究基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石配合比設計和室內性能試驗，進行免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線養(yǎng)護中的應用分析。

1 原材料

1.1 水泥

水泥選用P.O 42.5水泥，比表面積350 m2/kg，80 μm篩篩余0.5%，標準稠度用水量28.2%，初凝時間200 min，終凝時間400 min。

1.2 免振免養(yǎng)添加劑

免振免養(yǎng)添加劑選用添加劑HL-200，以下簡稱HL-200，該添加劑的檢測結果如表1所示。

表1 免振免養(yǎng)添加劑的主要性能指標

1.3 集料

集料選用潔凈、無雜質的石灰?guī)r。

2 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石配合比設計

2.1 級配設計

依據進場材料篩分試驗結果進行級配組合設計，各檔材料質量比為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=34∶37∶5∶24。礦料級配如表2和圖1所示。

表2 水泥穩(wěn)定碎石混合料級配設計

圖1 干縮應變隨時間變化圖

2.2 最佳水泥用量和最佳含水量

采用靜壓成型法和振動成型法，測得免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石混合料的最佳水泥用量和最佳含水量。試驗結果如表3所示。

表3 最佳水泥用量和最佳含水量

2.3 水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比

結合現(xiàn)場無側限抗壓強度試驗結果，考慮免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石的原材料及施工控制存在一定程度的變異性，基于內插法，得到水泥劑量為4.2%，配合比設計結果如表4所示。

表4 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石混合料配合比結果

3 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石性能試驗

3.1 力學性能結果

3.1.1 無側限抗壓強度。室內成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的免振免養(yǎng)碎石混合料，試驗結果如表5所示。

表5 混合料無側限抗壓強度

由表5可知，水穩(wěn)碎石混合料養(yǎng)護1 d，當HL-200摻量為4%時，水穩(wěn)碎石混合料抗壓強度達到5.0 MPa，養(yǎng)護前期，隨著HL-200摻量的增加，水穩(wěn)碎石混合料的抗壓強度有所提高，表明HL-200的摻加對水穩(wěn)碎石混合料前期具有較好的早強效果。隨著養(yǎng)護齡期的延長，當養(yǎng)護齡期達到90 d時，HL-200的摻加對混合料的抗壓強度增加不明顯，甚至略微降低。

3.1.2 劈裂強度。室內成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的免振免養(yǎng)碎石混合料，試驗結果如表6所示。

表6 混合料劈裂強度結果

由表6可知，水穩(wěn)碎石混合料的劈裂強度隨著HL-200摻量的增加具有明顯的提高，且當HL-200摻量為4%時，水穩(wěn)碎石具有最佳的劈裂強度，分析原因，HL-200中的增韌組分提升了混合料的抗裂性能。

3.2 水化放熱

利用SHR-16S水化熱儀器，采用溶解熱法，探明不同摻量HL-200對水泥水化熱的影響規(guī)律。水泥水化熱試驗結果如表7所示。

表7 不同摻量HL-200的水泥漿體水化熱結果

綜上分析可知，當HL-200摻量從0%增加至6%，水泥水化放熱速率和水化放熱量增大，水化放熱峰出現(xiàn)時間縮短當HL-200摻量為6%時，膠凝漿體水化放熱速率最大，水泥水化3 d的放熱量最大，這時HL-200的堿激發(fā)組分加速了水泥中的硅酸鈣、鋁酸鈣的水化反應，可顯著提高水泥漿體的水化放熱速率，進而增加其放熱量。

3.3 干縮特性

為驗證HL-200摻量對水泥穩(wěn)定碎石干縮規(guī)律，實驗室靜壓成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的水泥穩(wěn)定碎石試件，水泥穩(wěn)定碎石干縮應變隨時間的變化情況如圖1所示。

由圖1可知，水泥穩(wěn)定碎石的干縮應變隨著成型時間不斷增大，在前14 d干縮應變增加較快，26 d后試件的干縮應變趨于穩(wěn)定。當HL-200的摻量由0%增加到6%時，干縮應變較不摻加HL-200的普通水泥穩(wěn)定碎石有明顯的降低，表明HL-200的摻加可有效減少水泥穩(wěn)定碎石的干縮。綜合免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石性能試驗，當HL-200摻量為4%時，水穩(wěn)碎石具有較好的早強和抗裂性能。

4 工程案例

4.1 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層施工工藝

4.1.1 拌和。

①混合料拌和前，確保砂石、水泥、HL-200添加劑等原材料滿足實際施工的需求。

②由于HL-200摻量較少，對添加的精度要求很高，建議采用備用水泥罐倉進行儲存，提前做好罐倉的標定和校準工作。

③混合料拌和后，按規(guī)定取混合料試樣抽查級配和水泥劑量，隨時在線檢查配比、含水量是否變化。根據天氣情況動態(tài)調整混合料的配合比。

4.1.2 運輸。

①拌和機出料應配備帶活門漏斗的料倉，由漏斗出料直接裝車運輸，裝車時車輛應前后移動，分3次裝料，避免混合料離析。

②混合料運輸車輛應覆蓋，減少水分散失和減少揚塵，確保混合料初凝前完成攤鋪壓實。

4.1.3 攤鋪。

①攤鋪前，應將底基層適當灑水濕潤。

②攤鋪前應檢查調試攤鋪機的運行狀況，控制基層厚度和高程，保證路拱橫坡度滿足設計要求。

③攤鋪機宜連續(xù)攤鋪，控制攤鋪機的攤鋪速度一般宜在1 m/min左右。

④采用兩臺攤鋪機梯隊作業(yè)，攤鋪機的螺旋布料器應有2/3埋入混合料中，在攤鋪機后面應設專人消除細集料離析現(xiàn)象。

4.1.4 碾壓。

①每臺攤鋪機后面，應緊跟雙鋼輪壓路機，一次碾壓長度一般為50～80 m。

②壓路機速度較低（建議不超過1.5 km/h），碾壓遍數(shù)比正常施工多碾壓3～5遍，具體碾壓視壓實度情況而定。

③壓路機碾壓時應重疊1/2輪寬。

4.1.5 切縫與養(yǎng)生。

①攤鋪應連續(xù)作業(yè)，如因故中斷時間超過2 h，則應設橫縫；每天收工之后，也要設置橫縫。

②橫縫應與路面車道中心線垂直設置，接縫斷面應是豎向平面。

③覆蓋養(yǎng)護1 d后，進行上面層的施工。

4.2 現(xiàn)場檢測

為了驗證免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層的施工質量，現(xiàn)場無側限抗壓強度和劈裂強度檢測結果如表8至表10所示。由檢測結果可知，現(xiàn)場檢測壓實度均值達99.5%，1 d無側限抗壓強度均值達4.80 MPa，7 d劈裂強度均值達0.58 MPa，滿足規(guī)范要求。

表8 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層壓實度檢測結果

表9 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層1 d無側限抗壓強度

表10 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層7 d劈裂強度

5 結論

本研究基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線大中修工程中的應用，得出以下結論。

①基于洋海線免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層施工，確定水穩(wěn)碎石混合料的配合比（質量比）為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=34∶37∶5∶24，水泥用量為4.2%，重型擊實得到的最大干密度為2.356 g/cm3，最佳含水量為5.2%，振動成型法得到的最大干密度為2.403 g/cm3，最佳含水量為4.8%。

②基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石力學性能試驗、水泥水化熱和水穩(wěn)碎石的干縮試驗，得出HL-200摻量為4%時，水穩(wěn)碎石具有顯著的早強和抗裂性能。

③免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層在洋海線大中修工程中的應用，現(xiàn)場檢測其壓實度均值達99.5%，1 d無側限抗壓強度均值達4.80 MPa，7 d劈裂強度均值達0.58 MPa，均滿足規(guī)范要求，具有較好的經濟和社會效益。