張新平

(福建省第一公路工程公司)

1 水泥穩(wěn)定碎石基層硬化收縮

1.1 原材料選擇

(1)在實(shí)際工程施工中，路面基層集料要求較為寬松，承包商普遍存在選用材質(zhì)較差的石料問題，而水泥劑量又是由水泥穩(wěn)定碎石試件7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)決定的。如此施工單位只能增加混合料中水泥劑量，以滿足設(shè)計(jì)要求。而高水泥劑量必產(chǎn)生高水化熱，增加因此產(chǎn)生的收縮形變。因此必須提高集料標(biāo)準(zhǔn)，以減低水泥用量，達(dá)到提高強(qiáng)度減緩開裂的目的。本項(xiàng)目采用的碎石的最大粒徑為31.5 mm，按粒徑19～31.5 mm，13.2～19 mm，4.75～13.2 mm 和0～2.36 mm 四種規(guī)格備料。對(duì)于粗集料，制定了嚴(yán)格的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，要求進(jìn)行級(jí)配檢驗(yàn)±10;針片狀含量≯13%和壓碎值檢驗(yàn)≯28%。

(2)細(xì)集料采用石料廠加工的水洗砂，且進(jìn)行液限和塑性指數(shù)試驗(yàn)，要求液限小于28%，塑性小于6%，有機(jī)質(zhì)行列不宜超過2%。細(xì)集料含量偏多或石粉中性指數(shù)偏大，含泥量高均能導(dǎo)致收縮應(yīng)變大，容易開裂。因此必須確保細(xì)集料潔凈且含泥量少。

(3)本工程使用的是32.5 普通硅酸鹽水泥，選用初凝時(shí)間3 h 以上，終凝時(shí)間不小于6 h，不得用快硬水泥、早強(qiáng)水泥、以及受潮變質(zhì)的水泥。夏季施工時(shí)，散裝水泥入罐溫度不得高于50°，否則應(yīng)采取降溫措施。

(4)粉煤灰作為一種工程材料加入水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石中，能夠起到節(jié)約水泥、改善拌和物的和易性、減少干縮率，提高后期強(qiáng)度、降低模量、提高極限拉伸應(yīng)變，增強(qiáng)抗?jié)B性、耐久性等功效。粉煤灰選用符合規(guī)范要求，本項(xiàng)目采用公司過往成功經(jīng)驗(yàn)，在配置粉煤灰摻量時(shí)依據(jù)5%進(jìn)行比例進(jìn)行摻配。

1.2 水泥穩(wěn)定碎石配合比比選

本項(xiàng)目在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)參照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJD50－2006 中規(guī)定的懸浮密實(shí)級(jí)配和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)這兩種類型級(jí)配，水泥劑量二者級(jí)配表如表1 所示。

表1 水穩(wěn)碎石混合料的級(jí)配范圍

1.3 抗裂水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度驗(yàn)證

由于本項(xiàng)目是國(guó)道改造項(xiàng)目，交通量大，軸載較重，而水泥穩(wěn)定碎石中水泥劑量又是影響其開裂的重要因素，因此本項(xiàng)目采用優(yōu)質(zhì)花崗巖碎石材料，確保7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于3.5 MPa，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034－2000 要求，本次水泥劑量分別按3%，3.5%，4%，4.5%四種配比進(jìn)行試驗(yàn)，兩種級(jí)配7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 兩種級(jí)配7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比表

根據(jù)初始目標(biāo)7 d 不小于3.5 MPa，并考慮到施工過程中實(shí)際使用效果，存在較大的不定性，又能盡可能降低混合料中水泥比例，則以上方案中水泥含量4.0%骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)級(jí)配方案較優(yōu)。從材料組成來看，骨架密實(shí)型的材料溫縮系數(shù)也比懸浮型較小。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層干燥收縮

經(jīng)本項(xiàng)目水泥穩(wěn)定碎石鋪筑試驗(yàn)段總結(jié)中得出，水泥穩(wěn)定碎石在施工完成后后，由于材料直接暴露在空氣中，均不同程度的發(fā)生材料表面水分散失產(chǎn)生的塑性收縮以及材料中水分向外擴(kuò)散的干燥收縮。當(dāng)變形在土基的約束下，產(chǎn)生的應(yīng)力超過材料本身強(qiáng)度，則材料將逐漸產(chǎn)生開裂。

水泥穩(wěn)定碎石基層強(qiáng)度在形成過程中，需要大量的水分，若養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，很容易發(fā)生干縮裂縫。在本工程項(xiàng)目中，水泥穩(wěn)定碎石基層施工后均采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間盡可能達(dá)到7 d，以保持基層表面始終潮濕，基層材料先由其空隙中存在的自由水率先蒸發(fā)，而后材料中的毛細(xì)水、結(jié)合水才開始逐漸散失，至失水速度慢慢趨于穩(wěn)定，其早期強(qiáng)度基本形成，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)因交通特殊情況相比提前結(jié)束養(yǎng)生的基層施工路段，養(yǎng)生飽水時(shí)間達(dá)到一周時(shí)間的，其未產(chǎn)生一條干縮裂縫，僅發(fā)現(xiàn)1 條細(xì)微裂縫，而提前結(jié)束養(yǎng)生的發(fā)現(xiàn)7 條裂縫。

總結(jié)得知，隨著暴露時(shí)間的增加，其失水率也逐漸增加，特別是頭幾天，失水率增長(zhǎng)特快，而正是由于材料中毛細(xì)水結(jié)合水散失后導(dǎo)致材料收縮變形加速，造成干縮裂縫(干縮應(yīng)變與失水率關(guān)系圖見圖1)，此時(shí)若能養(yǎng)護(hù)到位，飽水及時(shí)，將保證基層材料的早期強(qiáng)度，從而減少裂縫的形成。另外由于拌和不確定性因素產(chǎn)生含水量個(gè)別不同路段，相比施工時(shí)含水量高的基層路面，含水量低的路面其裂縫少，干燥收縮少，所以在保證材料其他性能滿足規(guī)范要求的情況下，盡可能減少初始含水量也是有利于材料產(chǎn)生的干燥收縮的。而懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)級(jí)配相比骨架密實(shí)級(jí)配其細(xì)集料含量偏大，致使其含水量偏大，也較容易產(chǎn)生干縮，故采用骨架密實(shí)級(jí)配優(yōu)于懸浮密實(shí)級(jí)配。

圖1 干縮應(yīng)變與失水率關(guān)系(千分尺法)

3 水泥穩(wěn)定碎石基層溫度收縮

水泥穩(wěn)定碎石在水泥水化過程中，需要大量水分且產(chǎn)生熱量，因此水泥穩(wěn)定碎石施工后在養(yǎng)生期間，表面迅速干燥，即使遭受強(qiáng)冷空氣，也會(huì)迅速吸收表面水分，使表面迅速干燥，只需加強(qiáng)灑水養(yǎng)生即可。因此在夏季時(shí)溫度高，材料又處于膨脹狀態(tài)，成型初期內(nèi)部含水量大，且尚未被瀝青面層封閉，此時(shí)水分散失較快，從而發(fā)生由表及里的收縮，容易導(dǎo)致路面基層產(chǎn)生干燥收縮裂縫，而在冬季低溫下施工水泥穩(wěn)定碎石不但沒有損害質(zhì)量，而且還能減少裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)本項(xiàng)目的施工組織需要須在夏季施工臨時(shí)便道和年底時(shí)施工永久水泥穩(wěn)定碎石基層，在施工期間，均有組織相關(guān)施工人員進(jìn)行質(zhì)檢，并從夏季在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生溫度(25 ±2 ℃)和冬季標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生溫度(10 ±2 ℃)進(jìn)行對(duì)比，得出高溫和一定的濕度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的形成時(shí)有利的，而在10 ℃低溫養(yǎng)生條件下是其最大干縮應(yīng)變，又明顯低于高溫時(shí)，說明低溫是有利于減小基層的溫縮變形的。另外前后兩次對(duì)比，向水泥穩(wěn)定碎石中添加適量的粉煤灰后，不僅有利于補(bǔ)充材料的后期強(qiáng)度不足問題，而且能夠避免材料在溫度變化條件下產(chǎn)生的劇烈形變，可以明顯的減小材料的溫縮系數(shù)。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際兩次施工進(jìn)行對(duì)比后也發(fā)現(xiàn)夏季施工水穩(wěn)層所產(chǎn)生的裂縫遠(yuǎn)多余冬季施工。綜上所述，在低溫條件下施工基層有利于減少產(chǎn)生收縮裂縫。

4 結(jié) 論

(1)從材料本身角度來說，為滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)提高石料標(biāo)準(zhǔn)，降低針片狀含量，控制細(xì)集料含量，盡可能減少含泥量。

(2)水泥劑量對(duì)硬化開裂和干縮開裂的影響是非常顯著的，水泥劑量的增加將導(dǎo)致基層裂縫數(shù)量大大增加，因此只要在滿足足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度前提下，應(yīng)盡可能減少水泥劑量。

(3)降低初始含水量，養(yǎng)生要及時(shí)，特別是第一周，保證材料濕度，以減緩因材料中毛細(xì)水結(jié)晶體等水分散失時(shí)引起的材料收縮變形。

(4)低溫條件下養(yǎng)生、施工有利于改善水泥穩(wěn)定碎石基層材料的抗裂性能。

［1］沙愛民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］覃勉，原杰斌.抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工的質(zhì)量控制［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010.

［3］交通部公路科學(xué)研究所.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJF40－2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.