低剂量水泥稳定碎石基层的运用

低剂量水泥稳定碎石基层的运用摘要:水泥稳定碎石作为路面基层在高速公路上运用已非常普遍，它稳定性好、抗冻能力强、结构自成板体，施工工艺也很成熟。但收缩裂缝在施工一二月后可能大量出现,如何防治水稳基层的裂缝,令国内外专家大伤脑筋。现在淮盐高速HY-YC21做了试验段,对比了2%-5%不同水泥剂量的室内外强度和裂缝的产生情况及原因分析。供日后施工中参考。关键词：低剂量水泥稳定碎石基层级配水泥剂量强度裂缝运用1、引言水泥稳定碎石材料作为半刚性基层材料之一广泛应用于我国高速公路的基层或底基层，它具有较高的强度和刚度，板体性和稳定性好等特点，能够承受各种车辆荷载作用，并将荷载很好的分散到路面下层结构。半刚性基层存在的最主要问题就是由于材料本身的干缩和温缩所引起的收缩裂缝。研究认为，减少水泥用量，降低基层的强度和刚度能够减少基层裂缝的产生。同时又能降低工程造价。2、试验原材料与级配原材料水泥本试验所用水泥来自江苏盐城市海螺水泥厂生产的32.5复合硅酸盐水泥，对其进行水泥常规试验，各项指标符合我国水泥技术规范的要求，如表1。水泥技术指标检验表1、技术指标序号\水泥性能检验结果技术要求1出磨时安定性雷氏法检验合格雷氏夹或蒸煮法检验必须合格2细度(80s)3.2%筛余量不得＞10%3初凝时间5h20min不早于1.5h4终凝时间7h20min不迟于10h53d强度(MPa)抗折4.1；抗压22.5抗折＞2.5；抗压＞12628d强度(MPa)抗折7.8；抗压38.9抗折＞5.5；抗压＞32.52)集料

试验集料为石灰岩。根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)检验集料的压碎值；对于粒径小于0.6mm的颗粒，检验其液限和塑性指数。集料的各项性能指标如表2。集料技术指标值 表2.检测项目材料规格、、液限％塑性指数压碎值(％)视密度(g/cm3)1#料//22.82.7512#料///2.7773#料///2.7274#料23.86.6/2.689规范要求<28<9<28>2.5002.2级配本次试验选择3种级配，分别是规范集料级配范围的中值，规范级配范围偏粗级配为，以及由击实试验确定的骨架级配，级配组成情况如图1。根据各号料的筛分结果，合成3种级配，中值级配配合比例为1＃：2＃：3＃：4＃=28：27：17：28，粗级配为1#：2#：3#：4#=40：26：19：15,骨架级配为2#：3#：4#：5#=19：12：17：52(5#由1#筛分得到，粒径为19〜31.5mm)。合成级配如表3所示。图1混合料级配表3混合料设计级配与合成级配筛孔通过率级配类型31.526.5199.54.752.360.60.075中级配设计100.095.080.557.039.026.015.03.5合成100.094.782.654.342.027.213.92.5粗级配设计100.090.073.045.029.017.08.01.5合成100.092.575.243.130.614.87.51.4骨架级配设计100.0-46.938.025.615.07.51.5合成100.0-47.636.026.416.28.31.53混合料室内强度试验室内试验水泥剂量为2%〜5%（每隔0.5%为一组），3种级配共21组不同混合料进行强度试验，包括7d、28d、60d、90d无侧限抗压强度，，同时分析浸水与不浸水条件下对混合料强度的影响。在成型试件之前，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057—94）采用重型击实法确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强度试验试件，试件尺寸为①150mmxl50mm，成型好后用塑料薄膜封闭，放入标准养护室（温度25°C，湿度保持在95%以上）养护，直到龄期前一天放入水中浸泡24小时（说明不浸水的强度试验除外），第二天进行无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度试验结果与分析无侧限抗压强度在压力机上进行，不同剂量不同龄期无侧限抗压强度试验结果见表4、表5（28d、60d、90d不浸水抗压强度未给出）。以下对各影响因素进行分析。7天无侧限抗压强度值 表4、、饕度是否浸水、、2.%2.5%3.0%3.5%4.0%4.5%5.0%中级配是2.93.33.53.74.1444.6否3.03.53.84.14.34.76.1粗级配是5.34.53.93.52.72.31.9否5.25.04.24.03.42.41.9骨架级配是4.53.93.22.92.44.21.5否4.94.23.44.32.42.21.7不同龄期无侧限抗压强度值 表5不同级配强度龄期（d）中级配粗级配骨架级配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）水泥剂量对强度的影响水泥作为混和料的结合料，对其强度起着最主要的作用。从上结果可知看出，水泥剂量增加，混合料无侧限抗压强度基本上是线性增长。其它两种级配同样具有相似的规律。2） 浸水与不浸水对强度的影响强度试验中，规范要求在养生龄期的最后一天对试件进行泡水24小时，以检验水对混合料强度的影响。而路面基层实际环境条件与浸水条件相差较大，同时为说明低剂量水泥稳定碎石混合料的水稳定性，本文在浸水与不浸水条件下对无侧限抗压强度进行试验对比，可知，浸水与不浸水抗压强度相差不大，浸水强度略小于不浸水强度，两者比值都在0.9以上。3） 级配对强度的影响本次试验3种级配混合料7天强度比较（其它龄期具有相似的规律）。可以看出，在相同水泥剂量下，粗级配强度低于中值级配（除4.5％外，可能是试验中变异性导致），骨架级配低于粗级配；试验中发现，随之龄期的增加，不同级配间的强度差距有所缩小，到90天龄期时粗级配混合料强度比中值级配的小10%〜20%，骨架级配混合料强度比中值的小20%〜30%。4） 养生时间对强度的影响养生时间是混合料强度又一重要影响因素，随着养生时间的增加，伴随水泥水化进一步完全，混合料强度不断有所增长，并最后趋于稳定。本次试验对3种级配不同剂量混合料龄期养生到7d、28d、60d、90d，测其无侧限抗压强度4混合料现场强度试验根据室内的强度试验结果，在施工中的淮盐高速公路21标选取试验段，铺筑低剂量水泥稳定碎石底基层试验路，桩号为K48+948〜K49+877。试验路集料级配为中值级配和粗级配（骨架级配由于现场各号料无法合成理想级配未铺），选取4种水泥剂量（4.7%、4.0%、3.3%、2.5%），共8个小分段。施工于2005年12月9日进行，施工时对水泥剂量进行严格控制，实时通过EDTA试验对水泥剂量进行检测，发现施工中水泥剂量与设计剂量有较大偏差，如表9所示。由于施工温度较低（3°C〜8°C），养护采用塑料薄膜加麻袋双层养护措施（图12）。项目中值级配粗级配设计剂量（％）4.7； 4.0；3.3；2.54.7；4.0；3.3； 2.5实际剂量（％）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现场强度试验结果与分析施工完后15天和75天时对试验路不同分段进行钻芯取样，并切成标准试件测无侧限抗压强度，结果如表10和图13所示。可知，现场强度发展规律与室内试验的相似，强度随水泥剂量增加而线性增加，粗级配强度小于中值级配的强度，龄期增加强度也增加。而从强度变异性来看，粗级配强度变异系数大于中值级配，而且水泥剂量越低其变异系数越大，说明粗级配施工不均匀性大于中值级配，剂量低变异性也增加。现场不同龄期无侧限抗压强度值表10级配类型中级配粗级配水泥剂量/%4.8；4.2；3.7； 2.94.8；3.9；3.4；2.515d强度均值/MPa8.4；6.9；4.4；3.36.6；5.6；4.0；2.8强度代表值/MPa6.3；5.1；2.4；1.24.8；3.7；2.0；0.9变异系数/%16；16；28；3817；21；31；4275d强度均值/MPa12.6；10.5；8.6；6.810.3；8.1；7.0；4.5强度代表值/MPa8.8；8.7；5.7；4.96.6；5.5；4.6；2.8变异系数/%18；10；21；1722；20；21；23室内室外无侧限抗压强度比较室内计算强度与现场钻芯测得的强度进行比较，其结果如表11所示。可以看出，施工完成后初期，剂量较低时现场强度等于或低于室内强度，而剂量较高时现场强度高于室内强度；而随着龄期的增加，现场强度增长较大，到75天时高、低剂量混合料现场强度均大于室内强度，比室内强度大30%〜50%；同时,粗级配室外室内强度比值相对于中值级配的大。分析其原因，前期强度相对较低，可能是受施工后温度较低的影响，而随着龄期的增加，这种影响慢慢减弱；而现场强度大于室内强度主要是压实过程与压实度的影响。一方面，现场采用多遍振动压路机压实，其压实机理不同于室内静压成型，静力压实是通过对材料施加剪应力使集料颗粒间发生滑动而到达压实效果，而振动压实是通过施加激振力使集料颗粒发生“液化”重组而到达密实，因此两者差别较大；另一方面，现场灌砂法检测压实度在100〜101%左右，高于室内压实度98%；而粗级配室外室内强度比值较高，说明振动压实对粗集料的影响大于相对较细的集料。同时，从室外强度的发展情况可知，施工温度虽然较低，但只要养护措施得当，对基层后期整体强度影响不大。现场实测无侧限抗压强度与室内计算强度比较 表11级配类型中级配粗级配水泥剂量/%4.8；4.2; 3.7；2.94.8；3.9；3.4；2.515dR计/MPa6.4；5.6；4.9；3.85.4；4.4；3.8；2.8R实/MPa8.4；6.9；4.4；3.36.6；5.6；4.0；2.8R实/R计比值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计/MPa8.2；7.2；6.4；5.06.6；5.3；4.6；3.4R实/MPa12.6；10.5；8.6；6.810.3；8