免養生水泥穩定碎石基層在徐州公路養護中的應用研究

馬夫恒

(徐州市公路事業發展中心 江蘇徐州 221006)

隨著普通國省干線公路交通量持續快速增長，部分公路常過早地出現各類病害，難以繼續提供舒適的行車服務。因此，需要進行各類日常小修保養措施以維持公路的正常服役性能[1]。采用傳統水泥穩定碎石對基層進行換填時，由于水穩基層的養護時間較長，一般需進行3～7 d養生后方可形成強度進而實施瀝青面層的施工作業[2]，且需要封閉施工段落進行水穩基層養生，在路況一般或交通量大的地方，封閉施工會導致交通問題，嚴重影響人們的出行。因此，有必要開發一種材料或技術能夠水泥穩定碎石基層在短時間內迅速形成強度，在保證工程質量的前提下，從而減少公路日常養護對交通運行的不利影響，有效緩解公路養護與交通運行之間的矛盾，提升道路養護的公眾滿意度[3-4]。

本文借鑒自密實混凝土的特點，研發出一種新型添加劑——免養生劑，使水穩基層能夠在短時間內迅速獲得力學性能，達到施工瀝青面層的強度要求。同時，通過免養生劑優良的膨脹性，能有效提高免養生水穩基層的抗收縮性能，以盡量減少水穩基層裂縫的產生，獲得“強度形成快、抗收縮性能強、耐久性好”免養生水穩基層，從而徹底解決水穩基層養護造成的質量與安全難題，實現水穩基層快速高質量的養護效果。

1 級配設計

1.1 原材料

本文用到的石料為石灰巖，選取4 種規格，即20～30 mm、5～20 mm、5～15 mm、0～5 mm，分別稱為1#、2#、3#、4#料。所用水泥為C42.5號。

1.2 外加劑

本文選用的免養生劑，可以使水穩基層能夠在短時間內迅速獲得力學性能，達到施工瀝青面層的強度要求，其技術指標要求如表1所示。

表1 免振免養劑技術指標

1.3 配合比設計

免養生水泥穩定碎石選擇4.5%的水泥用量，并摻入免養生劑改善水泥穩定碎石的性能。免養生劑摻量選用4%、6%、8%、10%、12%、14%這6種。試件編號根據免養生劑摻量分別為M0、M4、M6、M8、M10、M12、M14。免養生劑為外摻，摻量為水泥質量的百分比。

2 性能研究概況

為確定免養生水泥穩定碎石的性能，本文將進行無側限抗壓強度試驗、干縮溫縮試驗以及抗疲勞試驗，各項研究將同時對比免養生水泥穩定碎石與傳統水泥穩定碎石的性能差異。

試件的成型采用靜壓壓實成型，靜壓采取最大壓力值400 kN、維持2 min最大壓力值、加載速率1.0 kN/s。

2.1 無側限抗壓強度試驗

無側限抗壓強度與劈裂強度、彎拉強度等指標有很強的相關性，是水泥穩定碎石性能的重要評價指標[5]。本部分參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）中無側限抗壓強度試驗方法，并結合靜壓壓實法、靜壓成型法，進行免養生水泥穩定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d無側限抗壓強度試驗。試驗結果如圖1所示。

圖1 摻加免養生劑免養生水泥穩定碎石無側限抗壓強度

圖1 為摻加免養生劑免養生水泥穩定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d無側限抗壓強度結果。從圖中可以得到：（1）摻入免養生劑后，提高了水泥穩定碎石無側限抗壓強度，在摻量6%～8%時提升效果最為明顯。加入免養生劑，水泥穩定碎石的含水量降低，水泥的分散性變高且更為均勻，無側限抗壓強度得到提高；（2）養護時間越久，免養生水泥穩定碎石無側限抗壓強度越高。

2.2 干縮溫縮試驗

本節參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）中干縮溫縮試驗方法，結合免養生水泥穩定碎石的靜壓壓實法和靜壓成型法進行干縮溫縮試驗，試驗結果如下。

從圖2、圖3結果可以得到以下幾點。

圖2 摻加免養生劑免養生水泥穩定碎石的干縮應變變化圖

圖3 摻加免養生劑免養生水泥穩定碎石的溫縮應變變化圖

（1）暴露時間越久，免養生水泥穩定碎石的干縮應變越大。20 d左右時趨于穩定。

（2）加入免養生劑后，水泥穩定碎石的最終總應變減小。材料的膨脹應變和收縮應變隨著免養生劑摻量的增加而增加。

（3）摻加免養生劑可以減少免養生水泥穩定碎石的干縮溫縮。隨著摻量的增加效果逐漸降低。免養生劑摻量為6%～8%時效果比較明顯[6-7]。

2.3 抗疲勞性能試驗

根據前期水泥穩定碎石配合比設計結果，測試水泥穩定碎石的四點彎曲強度。選用不同初始應力比，進行水泥穩定碎石四點彎曲疲勞試驗，研究試驗過程中拉壓應變增長規律，對比拉壓應力條件下的應變和模量變化規律；對疲勞過程中拉壓應變及動態拉壓模量的特征點進行分析。

根據實驗結果得出：破壞極限拉壓應變、初始拉壓應變與初始應力比均呈現良好的線性關系，摻加免養生劑的水泥穩定碎石試件與未摻加的性能變化規律基本一致，結果差異很小，可以忽略免養生劑對水泥穩定碎石的抗疲勞性能影響。

3 工程應用及效益分析

為了更好地研究免養生水泥穩定碎石的使用性能，在徐州市賈汪區境內G206 威汕線（樁號K766+610～K766+710，上行超車道）養護工程進行了試驗路基層的鋪筑，并對試驗路基層進行了試驗檢測，檢驗免養生水泥穩定碎石實際應用情況和綜合效益。

3.1 現場施工情況

3.1.1 生產情況

免養生水泥穩定碎石確定好生產配合比，采用WCZ300 型拌合樓按照比例進行試鋪混合料的生產，采用計算機自動控制全部生產過程。生產中拌和樓各料倉集料、水、外加劑及水泥計量準確，滿足施工指導意見的要求。

一般是通過改裝料斗、調節出料速度來實現外加劑的添加功能。由于該項目拌合樓短時間無法改造出料斗，通過計算出料速度和生產料總量，采用人工添加，保證拌合過程中免養生劑穩定、均勻地出料。

3.1.2 現場運輸

對于免養生水泥穩定碎石的運輸，不可泄露、拋灑。用篷布覆蓋運料車用以防水，運輸途中與等待時均不可揭開篷布，保證含水率。

3.1.3 現場攤鋪及碾壓

現場使用1臺DTU95C攤鋪機進行攤鋪，現場檢測表明終壓含水率控制在最佳含水率附近，現場碾壓嚴格按照碾壓方案進行碾壓，如表2 所示。碾壓過程不存在粘輪、漏壓、超壓現象，水泥穩定碎石未出現推移現象。

表2 施工壓實設備組合及碾壓方案

3.1.4 攤鋪外觀

路面壓實成型后觀測，表面水泥裹覆均勻，集料未出現裸露情況，也不存在水泥粘走的情況，終壓后含水率良好，無花白料，鋪面整體均勻性較好，不存在離析現象。

3.1.5 施工后養護

基層施工完成后，無需灑水養生，采用土工布覆蓋養護24 h 即可，同時做好交通警示和防護，防止車輛誤入。

3.2 試驗路段彎沉檢測

基層施工鋪筑完成24 h后，采用《貝克曼梁測定路基路面回彈彎沉試驗方法》（T 0951-2008）對試驗路段進行了彎沉檢測，檢測結果彎沉值均小于10。

3.3 試驗路段鉆芯取樣調查

24 h現場鉆芯取樣見如圖4所示，芯樣外觀完整，無裂縫。

圖4 免養生水泥穩定碎石鉆芯取樣外觀圖

3.4 效益分析

3.4.1 經濟效益

通過計算得出，相同條件下，選擇免養生劑和免養生劑配制的免養生水泥穩定碎石層成本與普通水穩層基本相當，考慮到靜壓條件下的燃油節省量每方水穩混合料成本費減少了0.68 元，同時還減少機械維修加固費用，提高了生產效率，縮短了工期，提高了施工質量和耐久性，從多方面降低工程整體造價，因此其潛在的綜合經濟效益是可觀的。同時，免養生水泥穩定碎石是針對特殊限制條件下提出的，從整個工程經濟效益出發，考慮到其與環境的相容性，在特殊條件下采用免養生水泥穩定碎石技術是比較經濟合理的[8-9]。

3.4.2 社會效益

在施工過程中需要注意對環境的影響。水泥穩定碎石鋪筑過程中普遍采用振動壓實，噪聲影響很大。本次噪聲監測分別對試驗段施工和一般路段的施工進行了對比。從監測結果得出，一般路段碾壓時打開了振動器，噪聲平均值已超過100 dB，對周邊環境影響很大；而應用了免養生水穩技術的試驗段平均噪聲為86.3 dB，較振動壓實路段降低了15 dB，與交通高峰期的道路噪聲相當。由此可見，免養生水穩技術的環境友好性[10-11]。

4 結論

無側限抗壓強度試驗結果表明：摻加免養生劑后，水泥穩定碎石的早期強度均有明顯提升，免養生劑摻量為6%～8%時效果最佳。

干縮溫縮試驗結果表明：隨著時間的增加，試件的收縮應變均會增加，摻加免養生劑后，應變增加量略有降低，總體與普通水泥穩定碎石的差異不大。

抗疲勞試驗結果表明：摻加免養生劑的水泥穩定碎石試件與未摻加的性能變化規律基本一致，結果差異很小，可以忽略免養生劑對水泥穩定碎石的抗疲勞性能影響。

實際工程應用中效果良好，經濟效益和社會效益顯著。