DB61T-砂岩水泥稳定碎石施工技术规范编制说明

ICS93.080XXXDB61陕西省地方标准DB61/×××—2019砂岩水泥稳定碎石施工技术规范TechnicalspecificationsforConstructionofSandstoneCementStabilizedmacadam（编制说明）2019—××—××发布2019—××—××实施陕西省市场监督管理局   发布《砂岩水泥稳定碎石施工技术规范》编制说明1工作简况1.1任务来源“十二五”期间，我省新建高速公路1700公里，新、改建干线公路4000公里，新、改建农村公路约4万公里，公路里程发展迅速，筑路材料的需求量非常庞大。且“十二五”纲要重点提出强化环保意识，发展绿色公路技术。基于这一政策要求，我国公路建设中对生态及环境保护的要求逐年加大。陕西省内大量石料厂面临环保资质不符合要求，石灰岩料场大范围关停整顿，优质筑路材料石灰岩的价格一路水涨船高，公路建设成本逐年加大。此外，陕西省交通厅发布了关于“采用项目沿线筑路材料，充分合理开发利用自然资源”的相关文件。为发掘陕北地区富含的砂岩矿藏，在保证路面质量的前提下，降低筑路成本，有必要对砂岩水泥稳定碎石进行研究。现行公路行业规范中暂无对砂岩水泥稳定碎石的相关规定：《公路路面基层施工技术规范》（JTJO34-2000）中对基层技术指标要求较为宽泛，无法保证砂岩水泥稳定碎石基层施工质量；陕西省地方标准《垂直振动法水泥稳定碎石设计施工技术规范》（DB61/T529-2011）仅规定了石灰岩质及花岗岩质的水泥稳定碎石基层的施工要求，不适用于砂岩水泥稳定碎石基层的施工质量控制。砂岩水泥稳定碎石基层在陕北地区应用过程中易出现碾压控制不当、基层“镜面”等问题，因此，砂岩水泥稳定碎石的设计、施工及质量控制方法等亟待制定。根据陕西省质量技术监督局下发的《陕西省质量技术监督局关于下达2016年地方标准制修订项目计划的通知》，由西安公路研究院主持承担陕西省地方行业标准《砂岩水泥稳定碎石施工技术规范》的起草工作。1.2主要工作过程2016年6月由西安公路研究院向陕西省质量技术监督局提出申请的《砂岩水泥稳定碎石施工技术规范》标准获得陕西省交通运输厅批准立项。本标准制订任务下达后，西安公路研究院积极组织，成立标准编写小组，明确标准编写任务。由于本地标来源的科研项目中实体工程由陕西路桥集团路面工程有限公司负责，对砂岩水泥稳定碎石（底）基层施工工艺及质量控制具有重要作用。故本标准参与单位中增加陕西路桥集团路面工程有限公司。编制组在对国内外相关技术标准充分调研的基础上，开始起草标准，并于2017年9月完成了标准初稿。接着各编写人员就标准内容反复进行了认真讨论，并邀请相关领导和知名专家提供建设性的意见和建议。而后编制组就专家提供的意见和建议，分析比对，借鉴其他地方标准经验、查阅资料，向国内工程建设单位一线技术人员了解现状，确定标准草案，经多次修改完善于2019年9月形成了标准征求意见稿。2019年9月底通过网络、信函等方式向同行业、省内外有关方面专家征求意见。2019年12月将征集到的所有意见进行归纳汇总，逐条提出处理意见，形成了《地方标准送审稿》。1.3起草组成员及其所作的主要工作起草组组长：。主要工作：对标准编制进行全面审核；参与室内试验，对一些关键指标进行研究；组织定期召开标准编制讨论会议，研究进展和实施深度，并根据标准编制进展情况对下阶段重点工作进行布置。起草组副组长：。主要工作：对标准编制进行全面审核；负责室内试验，对一些关键指标进行研究。起草组成员：。主要工作：参与编制本标准；负责试验段现场指导，对一些关键指标进行研究。起草组成员：。主要工作：参与试验段现场指导；参与试验段现场指导与室内试验，对一些关键指标进行研究。起草组成员：。主要工作：参与编制本标准；参与试验段现场指导与室内试验，对一些关键指标进行研究。2标准编制原则和主要内容2.1标准编制原则本标准的编制重点为砂岩在水泥稳定碎石基层中的技术指标及施工工艺，立足于我省陕北地区公路建设及砂岩水泥稳定碎石应用现状，以陕西省交通厅科研项目《陕北地区砂岩水泥稳定碎石基层的路用性能及施工技术研究》（项目编号：15-06k）科研成果为依据，积极采用国内外先进标准与规范，遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则，重点突出砂岩水泥稳定碎石基层的适用条件、材料要求、配合比设计及施工工艺及质量控制验收要求，注重标准的指导性、合理性、可操作性，能广泛适用于陕西省砂岩水泥稳定碎石基层的设计和施工，以降低公路建设中的原材料成本，保证路面施工质量。2.2主要技术内容本地方标准包含以下主要内容：0前言、1范围、2规范性引用文件、3术语和定义、4材料要求、5施工机械、6配合比设计、7水泥稳定碎石施工8施工质量检查与验收、9附录。2.3与原标准主要差异情况本标准为首次发布。3试验验证3.1试验（或验证）准确度、可靠性、稳定性的分析和说明本标准根据陕西省砂岩料场及砂岩水泥稳定碎石实际应用情况，制定了砂岩水泥稳定碎石的设计及施工技术标准；针对砂岩的原材料指标，尤其是砂岩用于水泥稳定碎石的抗冻性要求，以及砂岩水泥稳定碎石的配合比设计、施工、质量管理与验收进行规定。本标准重点对原材料中砂岩技术要求进行规定，明确砂岩水泥稳定碎石配合比设计应采用垂直振动试验方法，规定砂岩水泥稳定碎石的矿料级配范围、压实度及强度代表值，细化目标配合比及施工设计方法；提出了砂岩水泥稳定碎石施工设备的具体要求，明确了施工工艺和质量检验及验收要求。本标准在制定期间，采用现场调研、室内试验、试验段调整、实体工程应用等手段，对砂岩水泥稳定碎石的各项技术指标进行多次修正、分析，对配合比设计流程及施工设备、工艺等进行严格控制、调整、确保各项技术标准在准确度、可靠性、稳定性方面均有定量评价。经验证，本标准技术要求下的砂岩水泥稳定碎石基层的力学性能和路用性能良好，经济效益和社会效益尤为显著。3.2试验结果综述3.2.1砂岩水泥稳定碎石适用条件本标准基于黄延高速公路扩能工程进行砂岩水泥稳定碎石基层及底基层研究，黄延高速公路扩能工程为陕西省高速公路“十二五”规划的重点建设项目，公路全线为六车道标准，砂岩水泥稳定碎石作为高速公路（底）基层，实际应用效果显著，因此，完全适用于陕西省各等级新建和改扩建公路。3.2.2术语与定义本标准规定，砂岩水泥稳定碎石必须采用垂直振动试验方法进行室内试件的成型，以进行砂岩水泥稳定碎石配合比设计。本标准对垂直振动击实仪、垂直振动试验方法、垂直振动击实试验方法及试件垂直振动成型方法进行明确定义。采用重型击实法与垂直振动击实法进行击实结果，比较黄延高速室内最大干密度和现场振动碾压干密度，分析垂直振动法的适应性。结果见表1。表1垂直振动击实法和重型击实法试验结果重型击实法垂直振动击实法现场实测压实度K（％）wo（%）ρdmax（g/cm3）wo（%）ρdmax（g/cm3）wo（%）ρdmax（g/cm3）7.52.2146.72.2616.72.227100.634100.919100.298.1由表1可知，若以垂直振动压实法确定的干密度为标准，基层压实度为98.1～98.5％。若以重型击实法确定的干密度为标准，基层压实度为100～101％，均出现超百现象。因此，振动压实标准与现场振动压路机的击实功更吻合。根据室内试验，静压法成型的砂岩水泥稳定碎石试件后含水率损失率为14.1%~18.2%，振动法成型试件后含水率损失率为1.2%~1.5%。这主要是由于静压法与实际工程振动压路机碾压方式不匹配、击实功与实践中大吨位振动压路机不匹配。在成型过程中，水分的流失带走部分细集料和结合料，降低了砂岩水泥稳定碎石的力学强度。振动成型试件的抗压强度是静压成型试件强度的1.82倍。振动法成型试件的劈裂强度是静压法成型试件1.82倍。鉴于此，本标准明确规定砂岩水泥稳定碎石基层应采用垂直振动试验方法。3.2.3材料标准4.2中明确规定了水泥技术要求，要求水泥3d抗折强度不低于3.5MPa，28d抗折强度不低于6.5MPa；3d抗压强度不低于17MPa，28d抗折强度不低于42.5MPa。标准4.3.2中规定粗集料加工完，应采用振动筛加传输带方式装车，严禁二次倒运砂岩粗集料，生产运输过程中应加强对砂岩粗集料的覆盖，以保证砂岩粗集料干燥。这是出于控制碎石表面粉尘含量的考虑，砂岩磨耗值较高，在拌和、运输、摊铺、碾压过程中，砂岩会产生大量的粉尘。标准4.3.5提出细集料应采用采石场破碎石料时通过6mm的筛下部分，当采用砂岩作为细集料时应采用圆筒滚动筛控制其粉尘含量，试验证明该方法较不加滚筒、加3mm滚筒控制粉尘含量效果更优。由于自身成型方式限制，砂岩存在易风化、裂缝发育成熟、抗冻性差等特性，力学强度及冻融后力学强度均与石灰岩及花岗岩等优质石料相比有较大差距。课题《陕北地区砂岩水泥稳定碎石基层的路用性能及施工技术研究》的研究报告6.1.3明确规范：砂岩原材料的质量控制指标为孔隙率、坚固性试验后岩石饱水抗压强度、吸水率、岩石饱水抗压强度、集料压碎值。本标准4.3.3中规定砂岩粗集料的压碎值为不高于27%。根据陕西省地方标准《垂直振动法水泥稳定碎石设计施工技术规范》（DB61/T529-2011）中针对石灰岩碎石和花岗岩碎石粗集料的压碎值要求为≤25%，结合项目中砂岩碎石粗集料压碎值实测情况，确定砂岩集料压碎值理论临界值为27%。本标准4.3.3中明确规定砂岩粗集料的吸水率不应高于3.5%。结合课题中研究成果，结合陕西省砂岩的实际工程特性，确定砂岩集料的吸水率不高于3.5%。本标准4.3.4规定了砂岩母岩的技术要求，即砂岩母岩孔隙率不高于13%，坚固性试验前饱水抗压强度不高于46MPa，坚固性试验后饱水抗压强度不高于24MPa。根据课题研究成果、、，X3为砂岩吸水率、X4为坚固试验前的饱水抗压强度、X5为坚固性试验后饱水抗压强度，且X6为压碎值。由上述公式可知，当压碎值X6≤27%时，砂岩吸水率理论临界值为3.6%，砂岩的饱水抗压理论临界强度不低于46Mpa，坚固性试验后饱水抗压强度临界值不低于24.2MPa，参照黄延高速实体工程原材料应用效果，综合确定坚固试验前的饱水抗压强度、坚固性试验后饱水抗压强度及吸水率要求值。3.2.4压实度及强度本标准6.2.2中规定了砂岩水泥稳定碎石压实度和7d强度代表值。课题将4.0%水泥掺量的砂岩水泥稳定碎石试件7d无侧限抗压强度，分别与集料压碎值、岩石的饱水抗压强度进行数据拟合，得出砂岩7d无侧限抗压强度的临界值。7d无侧限抗压强度与集料压碎值、饱水抗压强度的函数关系如下图所示。图1压碎值、饱水抗压强度——劈裂抗拉强度关系因砂岩的压碎值≤27%、饱水抗压强度≥46MPa，根据图1中函数关系可知，集料压碎值和饱水抗压强度的临界范围对应的7d无侧限抗压强度值分别为5.11MPa和4.91MPa，因此推荐砂岩水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度最小值为5.0MPa。（2）抗冻性标准表10中的压实度及强度要求中增加了抗冻性标准，即冻融循环后的劈裂抗压强度及无侧限抗压强度。课题将4.0%水泥掺量的砂岩试件冻融循环后的无侧限抗压强度以及劈裂抗拉强度，分别与砂岩集料的压碎值进行数据拟合，结果见下图。图2压碎值与经冻融循环后的7d无侧限抗压强度、7d劈裂抗拉强度关系由于满足水泥稳定材料的7d无侧限抗压强度的集料的压碎理论临界值小于27%，对应的7d无侧限抗压强度（冻后）理论临界强度在3.93MPa，7d劈裂抗拉强度（冻后）理论临界强度为0.38MPa。根据砂岩水泥稳定碎石底基层实际工程应用情况，本标准表10中规定，底基层压实度不低于97%时，对应的冻融循环前的试件7d劈裂强度不低于0.40MPa,冻融循环后的试件7d劈裂强度不低于0.35MPa；冻融循环前的试件7d抗压强度不低于4.0MPa,冻融循环后的试件7d劈裂强度不低于3.0MPa。3.2.5矿料级配水泥稳定碎石基层设计过程中，陕西省地方标准《垂直振动法水泥稳定碎石设计施工技术规范》（DB61/T529-2011）规定强嵌挤骨架密实性水泥稳定碎石矿料级配，见表2。表2强嵌挤骨架密实性水泥稳定碎石矿料级配层位通过下列筛孔尺寸（mm）的质量百分率（%）37.531.5199.54.752.360.60.075(底)基层10088～10058～7038～4628～3620～288～163～6本文对31.5mm、4.75mm、9.5mm及19mm的筛孔进行关键筛孔通过率进行具体说明。（1）关于31.5mm通过率的说明本标准6.2.1中确定31.5mm筛孔通过率为85%~100%。19~37.5mm：9.5~19mm：4.75~9.5mm=50：30：20，细集料级配根据I法确定，其中I取0.65。根据实践经验，以粗细集料质量比70:30为基准，当31.5mm筛孔通过小于85%时，抗压强度下降明显，低于基准级配的85%。（2）关于4.75mm筛孔通过率的说明本标准6.2.1中确定4.75mm筛孔通过率为22%~32%。试验确定的4.75mm筛孔通过率与砂岩水泥稳定碎石抗压强度关系见图3。图3细集料用量~抗压强度关系根据图3，本标准以最大抗压强度95%为基准选择细集料用量，细集料用量为22%~32%。（3）关于9.5mm筛孔通过率的说明本标准6.2.1中确定9.5mm筛孔通过率为38%～46%。试验中选取4.75mm筛孔通过率为22%、27%与32%，变化9.5mm筛孔通过率，研究变化9.5mm筛孔通过率对砂岩水泥稳定碎石抗压强度的影响。根据《陕北地区砂岩水泥稳定碎石基层的路用性能及施工技术研究》P42的表4.10可知，当4.75mm筛孔通过率为22%～32%、变化9.5mm筛孔通过率时，砂岩水泥稳定碎石最大抗压强度为5.81MPa，最大值的0.95倍为5.5MPa，大于5.5MPa的砂岩水泥稳定碎石的9.5mm筛孔通过率为38%～46%。（4）19mm筛孔通过率的影响本标准6.2.1中确定的19mm筛孔通过率为58~70%。以粗细集料质量比为70:30，4.75mm~9.5mm用量为15%作为基础，研究变化19mm筛孔通过率对砂岩水泥稳定碎石抗压强度的影响，结果见图4。图419mm通过率~抗压强度关系根据图4，最大抗压强度0.95倍对应的19mm筛孔通过率为58~70%。结合陕西省水泥稳定碎石级配要求范围，在充分考虑剩余孔隙率等因素的前提下，粗、细骨料均应采用连续级配，经充分试验及实体工程验证得到合成级配范围，见本标准6.2.1中表9规定。本标准6.3提出砂岩水泥稳定碎石（底）基层的设计步骤，主要流程参照《垂直振动法水泥稳定碎石设计施工技术规范》（DB61/T529-2011），主要区别在于：（1）砂岩水泥稳定碎石需要确定冻融试验后的7d无侧限抗压强度和7d劈裂强度。这是由于砂岩自身抗冻性较差，需对试件冻融后的力学强度进行要求；（2）采用外掺粉煤灰，减少细集料的用量，试验证明，粉煤灰掺量3%~5%时对混合料后期强度最有利。3.2.6砂岩水泥稳定碎石施工本标准7.3.1中要求拌和机定额产量不小于600t/h，拌缸长度不小于3.5m且2个拌缸应串联或采取振动拌和的方式，且要求进料斗不少于6个。与陕西省水泥稳定碎石地方标准相比，砂岩水泥稳定碎石的拌和机产量、拌缸长度、进料斗数量要求更高。本标准7.3.4对砂岩水泥稳定碎石的拌和用水量进行明确规定，要求砂岩水泥稳定碎石的拌和用水量应比最佳含水率提高至少0.5%~1%。本标准7.5.2对砂岩水泥稳定碎石采用的摊铺机的型号及作业模式提出要求，规定砂岩水泥稳定碎石混合料摊铺可采用大功率、抗离析的摊铺机进行单机摊铺或2台同型号的摊铺机梯队挂线摊铺作业，以保证速度、摊铺厚度、松铺系数、路拱坡度、摊铺平整度、振动频率等一致性。本标准7.6.3对砂岩水泥稳定碎石采用的压路机型号提出要求，结合近年施工设备发展及设备推广情况，建议采用22吨以上单钢轮振动压路机。本标准表11中对砂岩水泥稳定碎石碾压方法进行调整。由于砂岩集料在施工中易压碎，强振越多，集料破碎越严重，表面镜面程度越高。经实体工程反复验证发现砂岩水稳混合料的碾压宜采用单钢轮进行弱振碾压。即初压采用双钢轮压路机稳压不少于2遍，复压采用单钢轮压路机弱振不少于4遍，终压采用双钢轮或胶轮压路机静压收面1~2遍。本标准7.8中对砂岩水泥稳定碎石的养生及交通管制做出规定，每一段碾压完成经压实检验合格后应立即开始养生，不能延误。砂岩水泥稳定碎石保湿养生期不少于10d。养生期内应禁止一切重车通行，以防损伤基层强度。养生过程中应注意洒水均匀，特别要注意对边侧的养生，一定要洒水到位，防止干燥或忽干忽湿，确保整个养生期间水泥稳定碎石基层表面始终保持湿润状态。图5碾压前的砂岩基层图6碾压后的砂岩基层3.2.7质量检查本标准8.1.2明确提出基层裂缝处理方法。这是由于砂岩材料强度低，在运输、拌和、摊铺、碾