水稳 基层 施工技术

水稳基层施工技术水泥稳定碎石基层（底基层）施工技术与质量控制陆凤翚荣天竹（江苏旭方工程咨询监理有限公司江苏·南京210008）【摘要】本文结合作者的施工、监理经验，阐述了水泥稳定碎石路面基层（底基层）施工技术，并从原材料试验、配合比设计、施工工艺及质量控制等方面分析了影响水泥稳定碎石路面基层（底基层）的施工质量的因素，提出施工注意事项及质量控制措施。【关键词】水稳碎石路面基层施工技术质量控制1前言水泥稳定碎石（以下简称水稳）作为半刚性材料，其作为路面基层和底基层（以下简称基层）具有良好的力学性能和整体性、稳定性（水稳定性和温度稳定性）、耐久性和抗冻性、承载力高及与面层结合好的技术特点，且料源广泛，可就地取材，便于原材料和混合料的加工，易于机械摊铺操作，在高等级公路路面基层施工中被广泛应用。2水稳路面基层施工技术水稳路面基层技术是针对我国高等级公路建设中的实际问题，通过对已建设的主要公路进行咨询调查，在全面总结沥青路面使用成功经验和失败的教训的基础上，对轴载换算、不同荷载模式下的路面应力状态进行了分析、基层及面层混合料设计方法等方面进行了系统的研究，对比分析了常用的不同类型混合料的性能特点，通过综合经济比较，提出的改进的混合料类型。2.1强度形成原理在水稳中，由于水泥用量很少，水泥的水化完全是在混合料中进行的，凝结速度比在水泥混凝土中进行得缓慢。水泥与集料掺水拌和后，水泥矿物与水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca（OH）2并形成其它水化物。当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则同有活性的细集料、矿粉进行反应。归纳起来有如下几种形式：2.1.1离子交换及团粒化作用在水泥水化后的胶体中，Ca（OH）2和Ca2+、共存，而构成集料的矿物是以CaCO3、SiO2为骨架合成的板状、针状、块状的结晶，通常其表面会有Na+和K+等离子进行当量吸附交换，结果使大量的细集料、矿粉颗粒形成较大的颗粒。由于水泥水化生成物Ca（OH）2具有强烈的吸附活性，使这些较大的颗粒进一步与粗集料结合起来，形成水泥碎石的链条状结构，形成坚固的联结，这是水稳具有一定强度的主要原因。2.1.2硬凝反应随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，当Ca2+的数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中使组成矿物的SiO2和Al2O3的一部分同Ca2+进行化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物，从而增大了混合料的强度。这种反应称为硬凝反应。2.1.3碳酸化作用水泥水化物中的游离Ca（OH）2不断地吸收水中的HCO和空气中的CO2，生成CaCO3。这种反应也能使集料固结，提高集料的强度，但比硬凝反应的作用差一些。2.2影响水稳强度的因素2.2.1集料对水稳强度的影响集料的类别和性质是影响水泥碎石强度的重要因素之一。表2-2-1中简列了碎石水泥稳定后的一些特性。表2-2-1水稳的特性无侧限抗压强度（7d）（MPa）弯拉弹性模量（MPa）CBR*水泥用量（集料的％）2.8-10.5以上(7-21)×103≥600≤52.2.2水泥的成分和剂量对水稳强度的影响各种类型的水泥都可以用于稳定碎石。对于同一种集料，水泥矿物成分是决定水稳强度的主导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。当水泥的矿物成分相同时，水稳的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。在硬化条件相似的情况下，当水泥的矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大，其化学活性程度和硬化能力也有所增长，从而水泥稳定的强度也大大提高。水稳的强度还在很大程度上取决于水泥的数量，即随着水泥剂量的增加，水稳的物理--力学性质也将显著地改善（如图2-2-1），但不存在最佳水泥剂量。过多的水泥用量，虽可获得强度的增长，但经济上是不合理的，因而存在一个经济用量。同时由于收缩性增加，还会使基层的裂缝增多、增宽。所需的水泥用量，按强度和耐久性需要并考虑其经济性，由试验确定，通常随细粒含量而增加。2.2.3含水量对水泥强度的影响水稳混合料中的含水量对水稳的强度有很大的影响。当混合料中含水不足时，水泥就要与集料争水，若集料对水有更大的亲和力，就不能保证水泥的完全水化和水解作用。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20%。另外，水稳的含水量不适宜时，也不能保证水泥在混合料中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。2.2.4工艺过程及养生条件对水泥强度形成的影响水泥、集料拌和得愈均匀，水稳的强度和稳定性愈高。拌和不均匀会使水泥剂量少的地方强度不足，而水泥剂量多的地方则裂缝增加。从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水稳的密实度和强度有很大的影响。间隔过长，水泥会部分结硬，一方面影响到水稳的压实度，而压实度对强度的影响很大；另一方面将破坏已结硬水泥的胶凝作用，使水稳的强度下降。如图2-2-2所示为的强度损失试验曲线。一般水稳宜在加水拌和后2h内压实完毕。水稳的强度也随龄期而增长（如图2-2-3），为保证水泥的水化，在初期养生阶段应洒水保持潮湿，每天洒水的次数和养生天数视当地气候条件而定。水稳路面基层初期强度高并且强度随龄期增长，提高了路面使用品质，延长了使用寿命，可以节约大量的后期养护费用，具有较好的经济效益。2.3水稳路面基层施工工艺水稳路面基层施工工艺可以概括为“一重点、二环节、三区段、八流程”。即：抓住“配合比”这一个重点，对“拌和场和施工现场”的二个环节、施工现场的“摊铺区、压实区和整形区”三个区段和对“施工准备→施工放样→拌和→运输→摊铺整平→碾压→整形封面→洒水养生和交通管制”八个流程流程进行全面有效的控制。关键环节是配料准确、拌和均匀、碾压密实和适时养生。水稳基层施工工艺流程图，见图1-3-1。3水稳路面基层质量控制随着水稳在公路路面基层中的广泛应用，同时也暴露出原材料质量不合格、配合比不准确、拌和不均匀、摊铺不平整、粗集料离析、碾压不密实、接缝不平整等质量问题，从而形成强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝、起皮、松散、裂缝、弹簧、翻浆等质量缺陷。为了保证路面基层满足设计要求和使用要求，监理必须依据相关规范、标准层层把关，严格控制，重点是控制原材料选择、混合料组成设计和施工工艺过程。3.1原材料的质量控制水稳路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、矿粉。为把好原材料质量关，应加强对各类原材料的料源进行提前确定和检查，在使用过程中按规定频率抽样检验，不合格的材料不得用于工程中。3.1.1水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可以用于水稳路面基层施工，一般宜使用低强度等级的水泥，禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥。3.1.2集料水稳混合料中碎石压碎值应不大于28%，针片状含量宜不大于15%，集料中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数＜9。集料的颗粒组成应符合表3-1的规定。且4.75mm、0.075mm的通过量宜接近级配范围的中值。表3-1水稳碎石混合料中集料的颗粒组成级配通过下列筛孔（mm）的重量百分率（%）31.526.5199.54.752.360.60.075范围10090-10072-8947-6729-4917-358-220-73.1.3水凡可饮用水皆可使用，遇到可疑水源，应化验鉴定。3.2混合料的配合比设计混合料的配合比设计必须做到三个限制：在满足设计强度的基础上限制水泥用量；在减少含泥量的同时，限制细集料、矿粉料用量；根据施工时气候条件限制含水量，以减少水稳混合料的收缩性。3.2.1在满足设计强度的基础上限制水泥用量混合料通常随水泥剂量的增加，强度逐渐增高，收缩性逐渐增大，水泥剂量太大，既不经济、还会使基层的裂缝增多、增宽，从而引起沥青面层相对应的反射裂缝；水泥剂量太小，不能确保水稳的施工质量。一般建议水泥剂量按3%、3.5%、4%、4.5%、5%五种比例进行试验。制备不同比例的混合料，取符合强度要求的最佳配合比作为水稳的生产配合比，用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。水泥剂量一般不宜大于5%。建议目标配合比水泥掺入量为4%。3.2.2在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量由于水泥剂量对干缩性的影响随集料平均粒径的增大而减少，混合料中若塑性细土的含量过大，很容易产生干缩裂缝，并且随细料含量的增大和塑性指数的增加而明显增加。监理工程师必须对工程实际使用的集料进行筛分试验，根据各种矿料的颗粒级配和计算用量比调配出合理的级配曲线（集料级配曲线可成平顺圆滑的S曲线型），初步确定矿料级配、拌和机各料仓的供料比例。通过二次筛分，确定各料仓的比例，作为拌和机控制参数使用。通过4.75mm筛孔的通过量应控制在35-39%；通过0.075mm筛孔的含量一般控制在2%左右，不宜大于5%。注意考虑各地材料性能不同而引起的差异和能满足7-10d钻芯取样检测完整的要求。3.2.3根据施工条件限制含水量含水量过大，既会出现弹簧、翻浆等现象，影响混合料可能达到的密度和强度，也会增加混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量过小，混合料易松散，不容易碾压成型，也会影响混合料可能达到的密度和强度。根据路面基层施工技术规范及施工经验，一般情况下拌和物含水量应根据气温、运距和机械碾压性能情况比最佳含水量略高0.5-1%，以弥补混合料运输、摊铺和碾压过程中水分的损失。合理的水稳配比组成除能达到设计强度外，还应具备较小的温缩性和干缩性及较好的施工和易性能。承包人形成的最佳配合比设计文件，报监理工程师审查、验证，批准后方可施工。3.3现场试验段的施工在进行大面积的正式施工前应根据初步确定的设计配合比铺筑试验段，通过试验段的铺筑，以获得最优生产配合比、合适的拌和时间、摊铺速度、压实机具的组合及碾压工艺、松铺系数及合适的作业长度等一系列控制参数，提出标准施工方法。试验段除强度及几何尺寸满足要求外，现场钻芯取样的完整性也是控制的关键环节，试验段长度宜为100～150米，宜选用两种或多种不同的碾压组合，必要时可调整水泥用量及含水量试验。3.4混合料的拌和高等级公路的基层水稳必须采用集中厂拌混合料，拌和时应注意以下三个方面的问题：3.4.1原材料的准备和厂拌设备的选择开始拌和前，拌和场备料应满足3-5天的摊铺用料，以保持材料的均匀性和一致性。拌和设备的性能决定了混合料的配料精度和均匀性，应选用带有电子计量装置的生产能力不小于400T/h的高性能稳定碎石拌和机，以保证混合料的级配符合配合比要求，保证拌和料的稳定性，且生产能力应与摊铺能力应匹配。3.4.2严格控制水泥剂量考虑施工时各种损耗，工地实际采用的水泥剂量摊铺机摊铺时应比室内试验确定的剂量增加0～0.5%，以确保水稳基层的质量，但应控制不超过5%，以减少混合料的收缩性，不得以提高水泥用量的方式提高路面基层强度。水泥剂量的测定用料应在拌和机拌和后取样，并立即（一般规定小于10min）送到工地试验室进行滴定试验。水泥用量除用滴定法检测水泥剂量要求外，还必须进行总量控制检测，即：记录每天的实际水泥用量、集料用量和实际工程量，计算对比水泥剂量的一致性。3.4.3重视含水量对施工的影响每天开拌前，检查场内各处集料的含水量，并根据气温情况及运输距离及时调整拌和用水量的大小，以达到预定效果。为确保混合料都符合质量要求，监理、施工单位在拌和场都应安排一名试验员，在每天开始搅拌前检查场内各种集料的含水量，计算当天的配比；出料时取样检查是否符合设计配合比，进行正式生产之后，每1～2小时检查一次拌和情况，抽检其配比、含水量是否变化。3.5混合料的出料和运输拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料的办法，应采用带活动门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。运输混合料宜采用大吨位（15T以上）的自卸运输车，装料前将车厢清洗干净，在卸料和运输过程中要尽量避免中途停车和颠簸，以确保混合料的延迟时间和混合料不产生离析，此时，还要根据运输距离和天气情况，考虑是否覆盖，以防水分过分损失及表层散失过大。混合料在卸入