骨架密实型水泥稳定混合料成型方法试验研究

发表时间:2019/6/27   来源:《防护工程》2019年第7期   作者:康敏
[导读] 应加强对工程材料、水泥稳定碎石配合比设计及其施工管理等各方面进行控制,以保证水泥稳定碎石基层的施工质量。
乐山市公路机械化养护中心  四川乐山  614000
  摘要:骨架密实型水泥稳定碎石能够提高基层强度,提高基层抗裂缝能力。介绍了骨架密实型水泥稳定碎石混合料配合比材料选择要求,振动成型与静压成型试验方法对比,并根据现场施工的角度,对水泥稳定碎石混合料的振动成型试验检测进行了阐述及检测评估。
  关键词:水泥稳定碎石;骨架密实型;试验成型方法;试验检测
  
  
  1、引言
  水泥稳定混合料组成的半刚性基层、底基层,具有良好的整体特性和稳定性,具备力学强度高、整体承载能力强、抗疲劳特性好等优点,适宜作为沥青混凝土面层的下承层,在我市当前的地方国省干线公路建设中广泛应用。然而,随着公路项目建成后交通量的增大和重载车辆的增多,以裂缝问题为主的道路病害问题也逐渐体现出来,沥青混凝土路面裂缝一直是路面病害之一,而路面基层开裂反射到沥青路面的反射裂缝又是路面裂缝的主要因素,这在很大程度上也限制了水泥稳定类半刚性基层的应用。
  水泥稳定混合料在强度形成过程中,受集料、级配、水泥的成分和剂量、含水量、最大干密度等因素影响,这些因素也影响裂缝的形成,特别是材料级配和水泥剂量的控制对裂缝的产生影响最大。根据研究表明,骨架密实型水稳碎石在提高抗裂性方面具有较好的效果,将材料级配影响因素大大减少。而水泥作为粘合剂,水泥剂量越大,则水泥稳定碎石基层温缩、干缩变形也更大,更易产生裂缝。如何通过合理的材料级配和水泥用量来达到工程设计目的,并尽可能减少裂缝,在试验检测中水泥稳定混合料成型方法的不同,结果也有差异。当前,《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)推荐水泥稳定混合料采用振动成型试验方法,而公路施工技术规范、试验规程规定的是静压成型试验方法,两种成型方式对强度结果影响较大,为此,我们依托项目进行了一定尝试和研讨。
  2、实体工程技术要求
  本文依托项目为省道103线乐山市夹江至峨眉段路面改建工程,二级公路,长11.47公里。水泥稳定碎石基层采用骨架密实型结构,设计要求7天无侧限抗压强度为3.0Mpa。同时,要求水泥用量一般为3-5.5%,当达不到强度要求时应尽可能通过调整级配组成来达到满足强度的要求,从而减少收缩裂缝的产生。
  3、水泥稳定级配碎石组成设计及试验设备和参数选定
  3.1碎石材料
  骨架密实型结构主要靠粗集料形成骨架,对材料级配要求高,一般要分为4级或5级料。该项目采用的是峨眉山市九里镇产石灰石轧制的碎石,根据以往经验和现场供料情况,碎石材料按4级分类:碎石19-31.5mm,碎石4.75-19mm,碎石2.36-4.75mm,石屑0-2.36mm。通过试验测定,集料的压碎值、筛分、含水量、相对密度、吸水率以及石屑中小于0.075mm以下的颗粒含量和塑性指数等多项指标均满足设计文件要求,可以用于工程中。
  通过对各级材料的分析,初步确定水稳碎石中各种集料用量比例,然后本着提高粗集料含量,减少细集料含量,级配曲线尽可能走中值的原则进行适当调整,特别注意关键筛孔的控制,最终确定了各集料的用量比例,设计要求的级配范围和各种集料用量比例见下表。
  表1  水泥稳定碎石设计要求的级配范围
 
  表2  人工合成颗料级配
  
 
  3.2水泥
  该项目水泥采用的是峨眉山市峨胜集团水泥厂生产的P. O32.5硅酸盐水泥(缓凝型),进行水泥常规试验得到各项指标(见表2)。经检验,试验所用水泥符合P. O32.5水泥技术要求。
  表3  水泥物理力学性能指标
 
  3.3试验设备情况
  静压法采用万能压力机,振动成型法采用振动压实成型机,其他试验设备满足无机结合料稳定土的无侧限抗压强度试验方法规定。
  振动成型压实机为天津东正测控技术发展有限公司生产,DZ-08型压实机,推荐静压力1900N、激振力6800N-6900N、振动频率28-30Hz。
  4、水泥稳定碎石无侧限抗压强度对比试验
  4.1成型方法。静压法按无侧限抗压强度试验方法进行(T0805-94);振动成型试验方法由于没有部颁试验规程,在试验室按《公路沥青路面设计规范》(JTG D50--2006)附录A介绍的试验方法进行。
  4.2密度的确定。静压法采用无机结合料稳定土击实试验方法求得。振动成型法采用表面振动压实仪法来确定密度。
  4.3振动压实时间确定。两种压实成型方法都为标准试件,试件尺寸Φ15╳15cm。根据实际摸索,振动成型法大约采用振动压实30秒的时间(其中机械起动并达到规定振幅需5秒),试件均可达到规定标准高度要求。
  4.4对比试验结果。
  按最佳含水量和计算的密度制备试件。进行强度试验时,作为平行试验的试件数量及强度偏差符合试验规程的规定。为加强对比试验可比性,两种成型方法分别共制作了4个不同水泥剂量的试件,试件在标准温度(20℃)和湿度(相对湿度大于90%)条件下保湿养生6天,浸水1天,测试其无侧限抗压强度。试验数据见表4。
  表4  静压法与振动成型法试件的无侧限抗压强度表
 
  从无侧限抗压强度试验的两种成型方法所得的试验数据可以看出:一是无论静压法或振动成型法,随着水泥用量的增加,强度基本按正比例增长;二是振动成型法实测强度大于静压法,在3-4.5%水泥用量范围内,强度增长幅度基本一致,与水泥用量关系不大;三是传统重型击实试验确定的最大干密度较表面振动压实仪法确定的密度要小,在实际施工检测中很容易出现超压情况,即压实度大于百分之百。
  5、实体工程对比试验
  为进一步验证试验室对比试验结果,在所依托项目水稳基层施工过程,采用同样的水泥稳定混合料同时进行静压法和振动成型法进行对比试验。根据使用振动压实机械的经验,与试验室振动压实时间不同的是将振动压实时间调减为25秒,由于机械起动并达到规定振幅需5秒,实际振动压实时间约20秒,能保障试件达到规范要求的高度。实际检测数据见表5。
  表5  实际施工静压法与振动成型法试件的无侧限抗压强度表
 
  6、结论
  水泥稳定碎石骨架密实型结构由于水稳性好,承载力强,早期强度高等优点,是高等级公路基层的首选。在水泥稳定碎石配比设计阶段采用击实与静压法成型试件,与实际施工中压路机的碾压效果差别较大,据此设计出的水泥稳定碎石水泥用量偏大,且降低了半刚性基层材料的抗裂性能。而振动成型法由于能更好地模拟压路机的压实效果,据此确定的最佳含水量与水泥用量更加合理,也更经济。对比试验主要结论如下:
  1、振动成型法试件成型脱模后,从试件外观情况上看更加密实,粗集料颗粒之间的嵌挤、排序更合理,紧密地嵌固在一起。而采用同样混合料由静压法制备的试件,从试件外观情况上有个别碎石被压破的情况。
  2、在使用相同的混合料、同等条件下制备的试件,振动成型法试件强度较静压法试件强度高,强度增长幅度较大,以振动成型法来检测混合料无侧限抗压强度更符合现场实际、更加合理。
  3、通过对施工路段现场钻取的成型芯样进行轴心抗压强度试验,强度值在6.3-10.8Mpa之间,与振动成型法试验强度基本吻合。反算求得的最大干密度也与实际采用的干密度基本一致。
  4、在现场施工中,材料的变异性是普遍存在的,应加强对工程材料、水泥稳定碎石配合比设计及其施工管理等各方面进行控制,以保证水泥稳定碎石基层的施工质量。
  参考文献:
  [1]  JTG D50--2006,公路沥青路面设计规范[S].
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  [3]  JTG E51-2009,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].
  [4]  沈刚,陈崇驹.骨架密戴型水泥稳定碎巨基层配吕比设计与施工工艺研究[J].上海公路,2007,3:5~7,14.
  [5] 杨瑞华,许志鸿,李宇峙等.水泥稳定碎石基层级配研究[J].公路工程, 2007, 32(4): 76~78.
  [6] 李德章.骨架密实型水泥稳定碎石混合料试验研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2008年8月第31卷第8期:1306~1309.
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