低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層的運(yùn)用

低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層的運(yùn)用摘要:水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層在高速公路上運(yùn)用已非常普遍，它穩(wěn)定性好、抗凍能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)自成板體，施工工藝也很成熟。但收縮裂縫在施工一二月后可能大量出現(xiàn),如何防治水穩(wěn)基層的裂縫,令國(guó)內(nèi)外專家大傷腦筋?，F(xiàn)在淮鹽高速HY-YC21做了試驗(yàn)段,對(duì)比了2%-5%不同水泥劑量的室內(nèi)外強(qiáng)度和裂縫的產(chǎn)生情況及原因分析。供日后施工中參考。關(guān)鍵詞：低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配水泥劑量強(qiáng)度裂縫運(yùn)用1、引言水泥穩(wěn)定碎石材料作為半剛性基層材料之一廣泛應(yīng)用于我國(guó)高速公路的基層或底基層，它具有較高的強(qiáng)度和剛度，板體性和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠承受各種車輛荷載作用，并將荷載很好的分散到路面下層結(jié)構(gòu)。半剛性基層存在的最主要問題就是由于材料本身的干縮和溫縮所引起的收縮裂縫。研究認(rèn)為，減少水泥用量，降低基層的強(qiáng)度和剛度能夠減少基層裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)又能降低工程造價(jià)。2、試驗(yàn)原材料與級(jí)配原材料水泥本試驗(yàn)所用水泥來自江蘇鹽城市海螺水泥廠生產(chǎn)的32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，對(duì)其進(jìn)行水泥常規(guī)試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)符合我國(guó)水泥技術(shù)規(guī)范的要求，如表1。水泥技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)表1、技術(shù)指標(biāo)序號(hào)\水泥性能檢驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求1出磨時(shí)安定性雷氏法檢驗(yàn)合格雷氏夾或蒸煮法檢驗(yàn)必須合格2細(xì)度(80s)3.2%篩余量不得＞10%3初凝時(shí)間5h20min不早于1.5h4終凝時(shí)間7h20min不遲于10h53d強(qiáng)度(MPa)抗折4.1；抗壓22.5抗折＞2.5；抗壓＞12628d強(qiáng)度(MPa)抗折7.8；抗壓38.9抗折＞5.5；抗壓＞32.52)集料

試驗(yàn)集料為石灰?guī)r。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE42-2005)檢驗(yàn)集料的壓碎值；對(duì)于粒徑小于0.6mm的顆粒，檢驗(yàn)其液限和塑性指數(shù)。集料的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2。集料技術(shù)指標(biāo)值 表2.檢測(cè)項(xiàng)目材料規(guī)格、、液限％塑性指數(shù)壓碎值(％)視密度(g/cm3)1#料//22.82.7512#料///2.7773#料///2.7274#料23.86.6/2.689規(guī)范要求<28<9<28>2.5002.2級(jí)配本次試驗(yàn)選擇3種級(jí)配，分別是規(guī)范集料級(jí)配范圍的中值，規(guī)范級(jí)配范圍偏粗級(jí)配為，以及由擊實(shí)試驗(yàn)確定的骨架級(jí)配，級(jí)配組成情況如圖1。根據(jù)各號(hào)料的篩分結(jié)果，合成3種級(jí)配，中值級(jí)配配合比例為1＃：2＃：3＃：4＃=28：27：17：28，粗級(jí)配為1#：2#：3#：4#=40：26：19：15,骨架級(jí)配為2#：3#：4#：5#=19：12：17：52(5#由1#篩分得到，粒徑為19?31.5mm)。合成級(jí)配如表3所示。圖1混合料級(jí)配表3混合料設(shè)計(jì)級(jí)配與合成級(jí)配篩孔通過率級(jí)配類型31.526.5199.54.752.360.60.075中級(jí)配設(shè)計(jì)100.095.080.557.039.026.015.03.5合成100.094.782.654.342.027.213.92.5粗級(jí)配設(shè)計(jì)100.090.073.045.029.017.08.01.5合成100.092.575.243.130.614.87.51.4骨架級(jí)配設(shè)計(jì)100.0-46.938.025.615.07.51.5合成100.0-47.636.026.416.28.31.53混合料室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)水泥劑量為2%?5%（每隔0.5%為一組），3種級(jí)配共21組不同混合料進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，包括7d、28d、60d、90d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，，同時(shí)分析浸水與不浸水條件下對(duì)混合料強(qiáng)度的影響。在成型試件之前，根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ057—94）采用重型擊實(shí)法確定不同混合料的最佳含水量和最大干密度。在最佳含水量下成型強(qiáng)度試驗(yàn)試件，試件尺寸為①150mmxl50mm，成型好后用塑料薄膜封閉，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度25°C，濕度保持在95%以上）養(yǎng)護(hù)，直到齡期前一天放入水中浸泡24小時(shí)（說明不浸水的強(qiáng)度試驗(yàn)除外），第二天進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在壓力機(jī)上進(jìn)行，不同劑量不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5（28d、60d、90d不浸水抗壓強(qiáng)度未給出）。以下對(duì)各影響因素進(jìn)行分析。7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值 表4、、饕度是否浸水、、2.%2.5%3.0%3.5%4.0%4.5%5.0%中級(jí)配是2.93.33.53.74.1444.6否3.03.53.84.14.34.76.1粗級(jí)配是5.34.53.93.52.72.31.9否5.25.04.24.03.42.41.9骨架級(jí)配是4.53.93.22.92.44.21.5否4.94.23.44.32.42.21.7不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值 表5不同級(jí)配強(qiáng)度齡期（d）中級(jí)配粗級(jí)配骨架級(jí)配5.0%4.5%3.5%2.5%5.0%4.5%3.5%2.5%5.0%4.5%3.5%2.5%76.14.43.73.35.34.53.52.34.53.92.92.1287.56.75.24.06.35.74.33.15.85.24.02.8608.17.55.84.36.66.04.53.46.15.74.43.1908.58.16.24.46.86.34.83.76.55.94.63.31）水泥劑量對(duì)強(qiáng)度的影響水泥作為混和料的結(jié)合料，對(duì)其強(qiáng)度起著最主要的作用。從上結(jié)果可知看出，水泥劑量增加，混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本上是線性增長(zhǎng)。其它兩種級(jí)配同樣具有相似的規(guī)律。2） 浸水與不浸水對(duì)強(qiáng)度的影響強(qiáng)度試驗(yàn)中，規(guī)范要求在養(yǎng)生齡期的最后一天對(duì)試件進(jìn)行泡水24小時(shí)，以檢驗(yàn)水對(duì)混合料強(qiáng)度的影響。而路面基層實(shí)際環(huán)境條件與浸水條件相差較大，同時(shí)為說明低劑量水泥穩(wěn)定碎石混合料的水穩(wěn)定性，本文在浸水與不浸水條件下對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，可知，浸水與不浸水抗壓強(qiáng)度相差不大，浸水強(qiáng)度略小于不浸水強(qiáng)度，兩者比值都在0.9以上。3） 級(jí)配對(duì)強(qiáng)度的影響本次試驗(yàn)3種級(jí)配混合料7天強(qiáng)度比較（其它齡期具有相似的規(guī)律）?？梢钥闯觯谙嗤鄤┝肯?，粗級(jí)配強(qiáng)度低于中值級(jí)配（除4.5％外，可能是試驗(yàn)中變異性導(dǎo)致），骨架級(jí)配低于粗級(jí)配；試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨之齡期的增加，不同級(jí)配間的強(qiáng)度差距有所縮小，到90天齡期時(shí)粗級(jí)配混合料強(qiáng)度比中值級(jí)配的小10%?20%，骨架級(jí)配混合料強(qiáng)度比中值的小20%?30%。4） 養(yǎng)生時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響?zhàn)B生時(shí)間是混合料強(qiáng)度又一重要影響因素，隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加，伴隨水泥水化進(jìn)一步完全，混合料強(qiáng)度不斷有所增長(zhǎng)，并最后趨于穩(wěn)定。本次試驗(yàn)對(duì)3種級(jí)配不同劑量混合料齡期養(yǎng)生到7d、28d、60d、90d，測(cè)其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度4混合料現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)室內(nèi)的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，在施工中的淮鹽高速公路21標(biāo)選取試驗(yàn)段，鋪筑低劑量水泥穩(wěn)定碎石底基層試驗(yàn)路，樁號(hào)為K48+948?K49+877。試驗(yàn)路集料級(jí)配為中值級(jí)配和粗級(jí)配（骨架級(jí)配由于現(xiàn)場(chǎng)各號(hào)料無法合成理想級(jí)配未鋪），選取4種水泥劑量（4.7%、4.0%、3.3%、2.5%），共8個(gè)小分段。施工于2005年12月9日進(jìn)行，施工時(shí)對(duì)水泥劑量進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)時(shí)通過EDTA試驗(yàn)對(duì)水泥劑量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)施工中水泥劑量與設(shè)計(jì)劑量有較大偏差，如表9所示。由于施工溫度較低（3°C?8°C），養(yǎng)護(hù)采用塑料薄膜加麻袋雙層養(yǎng)護(hù)措施（圖12）。項(xiàng)目中值級(jí)配粗級(jí)配設(shè)計(jì)劑量（％）4.7； 4.0；3.3；2.54.7；4.0；3.3； 2.5實(shí)際劑量（％）4.8； 4.2；3.7；2.94.8；3.9； 3.4； 2.5偏差（％）+0.1；+0.2； +0.4；+0.4+0.1；-0.1；+0.1；0.04.1現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析施工完后15天和75天時(shí)對(duì)試驗(yàn)路不同分段進(jìn)行鉆芯取樣，并切成標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表10和圖13所示?？芍?，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律與室內(nèi)試驗(yàn)的相似，強(qiáng)度隨水泥劑量增加而線性增加，粗級(jí)配強(qiáng)度小于中值級(jí)配的強(qiáng)度，齡期增加強(qiáng)度也增加。而從強(qiáng)度變異性來看，粗級(jí)配強(qiáng)度變異系數(shù)大于中值級(jí)配，而且水泥劑量越低其變異系數(shù)越大，說明粗級(jí)配施工不均勻性大于中值級(jí)配，劑量低變異性也增加。現(xiàn)場(chǎng)不同齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值表10級(jí)配類型中級(jí)配粗級(jí)配水泥劑量/%4.8；4.2；3.7； 2.94.8；3.9；3.4；2.515d強(qiáng)度均值/MPa8.4；6.9；4.4；3.36.6；5.6；4.0；2.8強(qiáng)度代表值/MPa6.3；5.1；2.4；1.24.8；3.7；2.0；0.9變異系數(shù)/%16；16；28；3817；21；31；4275d強(qiáng)度均值/MPa12.6；10.5；8.6；6.810.3；8.1；7.0；4.5強(qiáng)度代表值/MPa8.8；8.7；5.7；4.96.6；5.5；4.6；2.8變異系數(shù)/%18；10；21；1722；20；21；23室內(nèi)室外無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較室內(nèi)計(jì)算強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)鉆芯測(cè)得的強(qiáng)度進(jìn)行比較，其結(jié)果如表11所示。可以看出，施工完成后初期，劑量較低時(shí)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度等于或低于室內(nèi)強(qiáng)度，而劑量較高時(shí)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度高于室內(nèi)強(qiáng)度；而隨著齡期的增加，現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度增長(zhǎng)較大，到75天時(shí)高、低劑量混合料現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度均大于室內(nèi)強(qiáng)度，比室內(nèi)強(qiáng)度大30%?50%；同時(shí),粗級(jí)配室外室內(nèi)強(qiáng)度比值相對(duì)于中值級(jí)配的大。分析其原因，前期強(qiáng)度相對(duì)較低，可能是受施工后溫度較低的影響，而隨著齡期的增加，這種影響慢慢減弱；而現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度大于室內(nèi)強(qiáng)度主要是壓實(shí)過程與壓實(shí)度的影響。一方面，現(xiàn)場(chǎng)采用多遍振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，其壓實(shí)機(jī)理不同于室內(nèi)靜壓成型，靜力壓實(shí)是通過對(duì)材料施加剪應(yīng)力使集料顆粒間發(fā)生滑動(dòng)而到達(dá)壓實(shí)效果，而振動(dòng)壓實(shí)是通過施加激振力使集料顆粒發(fā)生“液化”重組而到達(dá)密實(shí)，因此兩者差別較大；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度在100?101%左右，高于室內(nèi)壓實(shí)度98%；而粗級(jí)配室外室內(nèi)強(qiáng)度比值較高，說明振動(dòng)壓實(shí)對(duì)粗集料的影響大于相對(duì)較細(xì)的集料。同時(shí)，從室外強(qiáng)度的發(fā)展情況可知，施工溫度雖然較低，但只要養(yǎng)護(hù)措施得當(dāng)，對(duì)基層后期整體強(qiáng)度影響不大?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與室內(nèi)計(jì)算強(qiáng)度比較 表11級(jí)配類型中級(jí)配粗級(jí)配水泥劑量/%4.8；4.2; 3.7；2.94.8；3.9；3.4；2.515dR計(jì)/MPa6.4；5.6；4.9；3.85.4；4.4；3.8；2.8R實(shí)/MPa8.4；6.9；4.4；3.36.6；5.6；4.0；2.8R實(shí)/R計(jì)比值1.31；1.23；0.90；0.691.22；1.27；1.05；1.00平均值7.4；6.2；4.6；3.86.0；5.0；3.9；2.875dR計(jì)/MPa8.2；7.2；6.4；5.06.6；5.3；4.6；3.4R實(shí)/MPa12.6；10.5；8.6；6.810.3；8