水泥稳定碎石基层的施工工艺

水泥稳定碎石基层的施工工艺

摘要：通过江苏省205国道新沂改线西南段工程水泥稳定碎石基层的施工实践，详细阐述了水泥稳定碎石基层施工中的材料、生产、摊铺、碾压等环节的施工及质量控制的关键步骤，以及应注意的几个问题。
关键词：水泥稳定碎石 施工 质量控制
水泥稳定碎石是近几年新兴的用于高等级公路底基层、基层施工的一种半刚性路面结构型式。作为沥青混凝土的下承层,因其具有良好的板体性、水稳性和抗冻性，力学强度可视需要而调整以及整体承载能力强等优点,正逐渐受到设计部门和建设单位的青睐。但因其材料级配、水泥剂量,摊铺碾压、离析处理、成活时间及工后养生在实际施工中较难控制，稍有不甚,就会产生裂缝，厚度、强度不能满足设计要求等缺陷，导致沥青面层龟裂破坏,造成不可估量的损失，使许多施工企业谈之色变。本文通过我实习期间在单位几个月来施工水泥稳定碎石的经验进行总结,及通过阅读资料和规范 ，重点介绍了水泥稳定碎石施工中的材料控制、生产拌制、摊铺碾压等环节的施工及质量控制。
  205国道纵横我国东部沿海地区，联系着东北、华北、华东、华南等大几经济区域，是一条重要的南北向公xx通道。该线在徐州境内北起自苏鲁交界的韩庄，南止于徐宿交界的新开河桥。205国道新沂改线西南段的建设，改变了205国道从新沂穿城而过的局面，避免了过境车辆对城区正常生产生活秩序的干扰，同时也保证了205国道的正常交通。该项目的建设不仅减少对新沂市政建设的影响，给城市留有充分的发展空间，提高城市的中心地位，以利于新沂市的可持续发展，也是京沪高速公路畅通最强有力的保障，为建设徐连经济带发挥重要作用。 205国道新沂改线西南段按四车道一级公路标准设计，采用整体式路基，路基宽度26.0米，其中单向行车道宽3.75米，左侧路缘带0.75米，硬路肩3.0米（含右侧路缘带0.5米），土路肩0.75米，中央分隔带2.0米。路面结构上面层为4cm沥青混凝土AC-13，中面层为5cmAC-16中粒式沥青混凝土，下面层为7cmAC-25粗粒式沥青混凝土；1cm厚沥青中砂下封层，36cm水泥稳定碎石基层，20cm石灰土。
一、水泥稳定碎石作用原理
　　水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。水稳水泥用量一般为混合料3%∽7%，7天的无侧限抗压强度可达1.5∽4.0%mpa，较其他路基材料高。水稳成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。
　　根据交通部《公路路面基层施工技术规范》规定，我市几条道路中采用的水泥稳定碎石均属中粒土，由于水稳中含有水泥等胶凝材料因而要求整个施工过程要在水泥终凝前完成，并且一次达到质量标准，否则不易修整。因而施工中要求加强施工组织设计和计划管理，增加现场施工人员的紧迫感和责任感，加快施工进度，加大机械化施工程度，提高机械效率。水稳的施工方法也符合现代化大规模机械化发展的方向。因而水稳在公路工程中的应用会得到很快推广。
二、材料要求
　　水稳材料主要由粒料和灰浆体积组成。粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成。
1、水泥
水泥作为集合料的一种稳定剂，其质量对集料的质量是至关重要的，施工时选用终凝时间较长，标号较低的水泥。为使稳定土有足够的时间进行拌和、运输、摊铺、碾压以及保证其具有足够的强度，不应使用快凝水泥、早强水泥以及受潮变质水泥。按合同要求本标段使用由业主指定的水泥厂家提供的优质免检水泥：徐州市淮海325号普通硅酸盐水泥。
2、混合材料
　　混合材料分活性和非活性两大类。活性材料是指粉煤灰等物质，可与水泥中析出的氧化钙作用。非活性材料是指不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿物材料，对这类材料的品质要求是材料的细度和不含有害的成分。
粉煤灰质量标准               表1
项　目     粉煤灰品质技术条件
（GB1596-79）     水工混凝土掺用粉煤灰技术暂行规定
烧失量（%）
含水量（%）
三氧化硫含量（%）
细度（0.08ＭＭ筛筛除）（％）
需水量比（水泥胶砂需水量比）（％）　　　     ＜8
＜1
＜3
＜8
＜105     ＜12

＜3.5
＜12
3、集料
　　应用人工集配碎石，道路工程用做底基层时集料的最大粒径不应超过40mm，颗粒组成范围，用表2中1号级配，用做基层时，集料的最大粒径不应超过30mm，颗粒组成应在表2所列2号级配范围内。
适宜用做水泥稳定集料的颗粒组成范围           表2
编号     1     2
通过下列筛孔（mm）的重量百分比（%）     100     100      
    90~100     90~100     100
    75~90     75~90     90~100
    50~70     50~70     60~80
    30~55     30~55     30~50
    15~35     15~35     15~30
    10~20     10~20     10~20
    0~7     0~7     0~7
液限 （%）     ＜25     ＜25
朔性指数     ＜6     ＜6
　　石料的磨耗值不超过35%，石料的压碎值不超过30%
4、水
　　通常适合于饮用的水，均可拌制和养护水稳。如对水质有疑问，要确定水中是否有对水泥强度发展有重大影响的物质时，需要进行试验。从水源中取水制成的水泥砂浆的抗压强度与蒸馏水制成的水泥砂浆抗压强度比，低于90%者，此种水不许用于水稳施工。
三、水稳混合料组成设计
水泥稳定碎石其组成设计大体步骤，如图1所示。

　　采用水泥、粉煤灰、稳定碎石、砂、石屑等筑路材料作为水泥稳定碎石基层。
　　首先，实验室通过经过一定数量的原材料试验，进行配合比设计、击实实验，确定最大干密度和最佳含水量。然后以此配比制成试件，试件在规定温度条件下保湿养护6天，浸水1天后，进行无侧限抗压强度实验。
　　下图为水泥4%、粉煤灰10%、级配碎石86%的重型击实试验报告

　　经实验得知：
⑴经过对集料为砂、碎石、水泥和集料为粉煤灰、碎石、水泥的两种配比试验，结果发现掺加粉煤灰的水泥稳定混合料不仅其和易性较好，而且试块容易成型，成型后的试块外观较好，7天平均强度也较高。
⑵不同配比灰土试件，7天无侧限抗压强度在1.0mpa左右；而不同配比水稳试件7天无侧限抗压强度在4～7mpa之间（采用325号普通水泥，水泥掺量5%～6%）
⑶不同配比灰土试件经几次冻融循环后，抗压强度几乎没有；而掺有水泥和粉煤灰的不同配比的水稳试件，经10次冻融循环后，仍可测得一定的强度。
　　通过观测、分析不同配比的灰土基层板体性教差，干缩、温缩系数大，这样的基层表层受水浸泡后强度降低，在行车荷载反复作用下，容易被面层材料啃噬成粉末状，极易被渗进的水混合成泥浆流走，逐渐使面层脱空，造成油面沉陷、龟裂、脱落，这就是沥青路面病害产生的主要原因。而由水泥、粉煤灰、碎石、砂、石屑等组成的水稳基层，具有强度高、面层薄、板体性、水稳定性、抗冻性好等特性，正好弥补了灰土基层的缺陷，从而大大提高沥青混凝土道路的使用寿命。
四、水稳施工方法简介

施工中注意的问题:
1、厂拌设备的选型。拌和设备的质量直接影响混合料拌和的质量,而拌和设备的好坏的关键就要看其骨料、粉料、水等各种物料的配合比精度是否能够得到保证,本标段选用WBC300型稳定土厂拌设备。该设备采用电磁调速控制系统,能较好的保证各种物料的配合比,且拌和均匀,性能稳定。
  2、严格控制水泥剂量。水泥剂量太小,不能保证水泥稳定土的施工质量;而剂量太大,既不经济,还会使基层的裂缝增多、增宽,从而引起沥青面层的相对应的反射裂缝。所以,必须严格控制水泥用量,做到经济合理,精益求精,以确保工程质量。
  3、混合料的含水量控制。厂拌混合料现场,每天由后场专职试验人员在早上、中午、下午分别测定各种集料的含水量,根据施工配合比设计的最佳含水量指标,结合当天的气温、湿度、运距情况确定混合料拌和时的用水量。在前场负责检测压实度的专职试验人员,在混合料摊铺整型过程中亦及时测定混合料的含水量,及时指挥压路机碾压,力求在最佳含水量条件下碾压,尽量避免由于含水量过大出现“弹软”、“波浪”等现象,影响混合料可能达到密度和强度,增大混合料的干缩性,使结构层容易产生干缩裂缝;或由于含水量偏小使混合料容易松散,不易碾压成型,也会影响混合料可能达到的密度和强度。所以只有严格按规范施工,加强每一施工环节的质量控制,才能保证施工质量。
4、混合料的运输应避免车辆的颠簸,以减少混合料的离析。在气温较高、运距较远时要加盖毡布,以防止水分过分损失。摊铺、碾压时，摊铺系数1.3∽1.5之间(正常速度下英格索兰摊铺机为1.3、徐工摊铺机为1.5、且摊铺系数与摊铺机的行使速度也有关)，施工中必须贯彻“宁高勿低、宁刮勿补”的原则， 全部施工工程力争在水泥终凝时间前完成。碾压完毕立即做密实度试验，若试验结果达不到标准重新进行碾压。
  5、混合料摊铺接缝的处理。接缝有纵向接缝和横向接缝两种,当摊铺机宽度足够时,整幅摊铺时不存在纵缝接缝问题。当摊铺机的摊铺宽度不足时,采用2台摊铺机一前一后同步向前摊铺混合料,并一起进行碾压,这样也可以避免纵向接缝。由于本标段结构物较多,一般情况下都以两结构物间为一施工段落,避免了横向接缝,如有特殊,需设置横向接缝,其处理方法是将摊铺机附近及其下面未经压实的混合料铲除,将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成一横向垂直向下的断面,摊铺机返回到压实层的端部,用木垫板垫至虚铺高度,再摊铺新的混合料,继续下一步施工。
  6、混合料的压实。混合料经摊铺机摊铺成型后,即可用压路机碾压,碾压长度需根据施工现场的实际情况确定,如果实测混合料的含水量高于最佳含水量,且气温较低时可适当延长碾压长度,如果混合料已接近最佳含水量且温度较高蒸发快时,应缩短碾压长度,确保在最佳含水量时进行碾压。为了保证基层压实度，缩短延迟时间，应采用大吨位的压路机组合，一般组合形式为：
初压：振动压路机1台（CA30型），前静后振1遍。
复压：振动压路机2∽3台（YZJ-18型），前振后振各1遍。
终压：30T胶轮压路机2台，各稳压1遍。
无超高路段由边到中碾压，在保证边部压实的同时要防止混合料侧相位移，碾压速度一般为1.8∽2.2Km∕H ；压路机换档要平顺，严禁急刹车拉动、推挤结构层；压路返回。在摊铺机方向换档位置要错开形成齿状且原路返回。
  7、混合料的养生。对已完成碾压并经压实度检测合格后应立即进行养生,不能延误。养生可用不透水的塑料薄膜覆盖或用湿砂覆盖进行养生,也可用沥青乳液进行养生,还可以在完成的基层上即时做下封层,利用下封层进行养生,同时也可在已完成混合料直接洒水养生。按技术规范养生期应不小于7d,在养生期间应由专人负责限制车辆行驶,除洒水车外,绝对禁止重型车辆行驶。本标段采用两种方法养生,加盖塑料薄膜和洒水车进行养生。
五、质量检验
实验检测是工程质量管理的重要环节和手段，客观、准确、及时的检测数据是指导、控制和审定施工质量的科学依据。水泥稳定碎石基层施工中，因水泥材料的固有特性，质量检测工作尤为重要，所以要加强用数据指导生产的观念，搞好质量控制。
1、拌合场原材料质量检测
材料名称检测项目检测目的频度质量标准水泥物理性能确定水泥是否适用料源变化或怀疑质量不稳定时在规定范围内碎石颗粒分析确定级配符合要求2000m3。
2、个样品符合碎石单
级配要求液限塑性指数测定小于0.6mm，颗粒液限、塑性指数同上。
3、混合料的检测
检测项目频率按质量标准试验方法备注级配上下午各一次在规定范围内输送带上取样筛分水泥测量，每2小时1次±0.5EDTA法滴定及总量较核粉煤灰剂量，每天1次或必要时在规定范围内输送带上取样筛分计算含水量每2小时1次或必要时，最佳含水量±2快速炒干法换算标准含水量均匀性随时观察色泽均匀，无现象目测，据经验判断
4、摊铺现场检测
检测项目频度质量标准试验方法备注压实度每碾压段2处据规范灌砂法称量后迅速检查含水量（酒精燃烧法）抗压强度上下午各1组3-5kpa静后成型，养生时浸水24小时摊铺后，碾压前，随机取样，室内成型
5、检测中应注意的问题
（1）进行水泥剂量测定时，所用的氯化铵应采用当天所配制的溶液，当天配制当天用完以免影响试验精度。
（2）水泥稳定碎石的击实试验中，如果无峰值点应加密试验找出最高点作为最大干密度值。
（3）在进行无侧限抗压强度现场随机取样时，每点所取混合料制备一个抗压试件，不应将点取样混合后制备抗压试件。
（4）试件养生后质量损失应符合要求（不超过10g）若干次平行试验的偏差系数CV（%）应不大于20%，否则应作废或作为不合格处理。
（5）压实度试验中应经常检验标准砂的密度，混合料控出后应立即进行含水量试验（温槽烧失法），可事先分别用烘干法，温槽燃烧法，炒锅法三种方法作对。
六、水稳几个问题的探讨
1、加强施工管理，加大机械化施工程度
　　由于水稳施工要求时间紧迫，同时要求一次达到质量标准，否则形成板体不易修整。所以必须加强施工管理，加大机械化施工程度，形成大规模、标准化作业方式，才易满足水稳的施工要求。
2、掺加粉煤灰的水稳易于施工后期强度高。
　　从已采用的两种配合比（一种含粉煤灰，一种不含）集料的使用情况来看，掺加粉煤灰的效果较好。这是因为只加砂的混合料需水量较大，干缩也大，在夏天高温干旱条件下施工极易出现裂缝，另外在振动式压路机碾压过程中极易翻浆，不利压路机作业。而粉煤灰混合料对改善其和易性，降低水化热温升均有显著效果。掺加粉煤灰，可提高水温的后期强度，粉煤灰的活性及球形颗粒表面光滑，在水稳中可减少骨料之间摩阻力，相应减少拌合物用水量，可改善水稳的和易性。粉煤灰使水稳产生强度的同时也发生一部分热量，但为数甚微，从而起到减少温度裂缝的作用。另外，在水稳中掺加一定数量的粉煤灰也可抑制碱骨料反应。掺加粉煤做路基，既处理了电厂排泄的废弃物，节约了土地资源，减少了对环境的污染，又降低了工程造价，不失为一种利国利民的良策
3、水泥用量用水量的控制
在拌和水稳时水泥用量一定要控制准确，用量太少减少胶凝作用，用量太大加大水化热反应温度，极易形成裂缝，另外在振动式压路机振动时，极易形成一层水泥浆覆盖在水稳表面，阻止水稳水化热的挥发，不利于压路机作业。
七、结束语
通过205国道新沂改线西南段工程中水泥稳定碎石的施工，我们不难发现，水泥稳定碎石的级配对其强度是非常重要的，级配的好坏对水泥剂量的使用多少具有绝对的控制作用。另外，组织协调施工机械的好坏也是保证工程质量的重要手段。同时，要根据不同的地区差异，因地制宜确定不同的级配，采取不同的配合比。只有不断的总结经验，才能在水泥稳定碎石施工中对各项技术指标进行更好的控制。