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        水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰技術(shù)探討

        2021-07-30 11:50:54聶云剛盛孝麗
        山東交通科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:基層施工

        聶云剛,盛孝麗

        (淄博市交通運輸事業(yè)服務(wù)中心,山東 淄博 255038)

        引言

        水泥穩(wěn)定碎石以良好的力學強度、超群的抗疲勞性能和優(yōu)異的水穩(wěn)定性而著稱,長期被廣泛應(yīng)用于高等級公路的基層。但是,由于其產(chǎn)生收縮裂縫較多,致使以水泥穩(wěn)定碎石為基層的瀝青路面普遍產(chǎn)生反射裂縫和唧漿病害,造成路面變形和破壞,嚴重影響路面的使用品質(zhì)和汽車的正常行駛。

        國道克黃線臨淄段改建工程,設(shè)計標準為平原微丘區(qū)一級路,全長7.7 km,路面寬24 m,路面結(jié)構(gòu)為4 cm SBS 改性瀝青SMA+6 cm 瀝青混凝土+下封層+3×18 cm 水泥穩(wěn)定碎石。

        1 強度形成原理

        水泥加入土中并加水拌和后,水泥中的各個成分與土中的水分發(fā)生強烈的水解和水化反應(yīng),同時從溶液中分解出氫氧化鈣,并形成其他水化物。將水加入水泥后,主要的水化產(chǎn)物是堿性的硅酸鈣、鋁酸鈣和消石灰。前兩種產(chǎn)物是主要的膠結(jié)成分,而石灰則沉淀成為分離的透明的固體。膠結(jié)使非黏性土具有明顯的黏性,并使它能夠抵抗交通荷載或溫度應(yīng)力所引起的形變?;旌狭现心z結(jié)面積增加,能夠改善材料的強度。

        將水泥加入碎石中時,膠結(jié)很像混凝土中的現(xiàn)象,只是水泥并沒有填滿碎石顆粒間的孔隙。膠結(jié)作用主要靠硅酸鈣和鋁酸鈣與礦質(zhì)顆粒表面的結(jié)合。

        用水泥穩(wěn)定細粒土時,膠結(jié)作用包括機械結(jié)合和化學結(jié)合兩部分?;瘜W結(jié)合包括水泥和土顆粒表面的相互作用。土中的細粒含量增加時,顆粒的表面積也大大增加,水化水泥和顆粒表面間的化學作用的機會也大大增加。水化過程中產(chǎn)生的石灰在此化學作用過程中起著明顯的作用。首先它與顆粒表面附著的離子有交換作用;其次,石灰與硅土(鋁土)作用,在硅土(鋁土)顆粒表面形成輔助的含水硅酸鈣(鋁酸鈣)。這種離子交換作用使土的塑性減小,并使土對水分變化的敏感性變小。輔助的含水硅酸鈣(鋁酸鈣)是膠結(jié)物,它進一步使顆粒相互結(jié)合。土中細粒含量越多,輔助作用越重要。

        缺乏細料的粗顆粒材料,可能需要過量的水泥,以保證形成一個滿意的水泥穩(wěn)定層。對這種材料,實際上應(yīng)該添加其他較細材料以改善其級配組成。因此,在水泥碎石中摻加一定量的粉煤灰改善其級配組成,提高其強度及抗裂性能。

        2 材料要求和配合比設(shè)計

        2.1 水

        凡是飲用水均可用于水泥穩(wěn)定碎石施工。

        2.2 水泥

        《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034—2000)規(guī)定,用于水泥穩(wěn)定碎石的水泥可以是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,其初凝時間應(yīng)在3 h 以上,終凝時間宜在6 h 以上,水泥標號為32.5#。快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥不應(yīng)使用。P·O32.5 水泥各項指標見表1。

        2.3 集料

        《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034—2000)規(guī)定,水泥穩(wěn)定碎石用作路面基層時,顆粒組成應(yīng)滿足表2 的規(guī)定。采用石灰?guī)r碎石10~ 30 mm、5~10 mm、石灰?guī)r石屑0~5 mm,配合比為45 ∶25 ∶30,合成級配見表2。

        表2 水泥穩(wěn)定碎石的合成級配

        可以看出,細料含量明顯偏少,必將大大影響水泥穩(wěn)定碎石的強度和抗裂性能。

        2.4 粉煤灰

        《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034—2000)規(guī)定,在水泥穩(wěn)定粒徑較均勻的砂時,可以在砂中添加部分粉煤灰,但是對于粉煤灰的質(zhì)量要求無明確規(guī)定。參照石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土中關(guān)于粉煤灰的各項指標要求來對粉煤灰的質(zhì)量進行控制。粉煤灰各項指標見表3。

        表3 粉煤灰主要性能指標

        2.5 配合比設(shè)計

        按照用粉煤灰取代部分石屑、總量保持30%不變的原則,分別按粉煤灰含量0%、4%、5%、6%、7%、8%、10%做了7 組對比試驗,水泥劑量為5%,各項指標見表4。

        在取得7 d 抗壓強度的數(shù)據(jù)以后,發(fā)現(xiàn)粉煤灰含量≤6%時,其強度與粉煤灰含量成正比;在粉煤灰含量≥6%時,其強度與粉煤灰含量成反比。因此,經(jīng)對比論證,確定試驗路段水泥穩(wěn)定碎石中粉煤灰含量為6%。

        3 施工及效果

        基層施工采用集中拌和、機械攤鋪,施工控制要點與水泥穩(wěn)定碎石控制要點基本相同。

        養(yǎng)生溫度和延遲時間是影響水泥穩(wěn)定碎石強度的關(guān)鍵因素。為保證水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量,施工應(yīng)注意:(1)重點控制混合料的拌和質(zhì)量,包括配合比、含水量等;(2)運輸時應(yīng)進行覆蓋,以減少水分損失;(3)應(yīng)盡量縮短延遲時間(從加水拌和到碾壓終了的時間),最長不能超過水泥的終凝時間,按3 h 控制;(4)應(yīng)采用重型振動壓路機和光輪壓路機進行碾壓;(5)因養(yǎng)生濕度和溫度對水泥穩(wěn)定碎石的強度影響很大,所以水泥穩(wěn)定碎石要求覆蓋、保濕養(yǎng)生,養(yǎng)生期間封閉交通;(6)按規(guī)定頻率進行試驗檢測以指導施工。

        工程施工過程中制作了試件,并分別做了7 d、1 個月、3 個月、6 個月、1 a 的無側(cè)限抗壓強度試驗,試驗結(jié)果見表4。

        表4 水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰抗壓強度比較

        可以看出,摻加粉煤灰對于提高水泥穩(wěn)定碎石的早期強度效果不明顯,但后期強度比未摻加粉煤灰時提高20%以上,最高達60%。通過對該路段通車1 a 來的觀察,未發(fā)現(xiàn)有縱向裂縫,橫向裂縫平均間距在106 m,而用未摻加粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石做基層的瀝青路面通車1 a 后橫向裂縫平均間距為 42 m,摻加粉煤灰使水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能提高了1.5 倍。

        4 結(jié)語

        水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰具有的優(yōu)點:(1)能大幅度提高水泥穩(wěn)定碎石強度;(2)使水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能提高1 倍以上;(3)大量使用粉煤灰,減少粉煤灰對環(huán)境的污染;(4)粉煤灰價格低廉,摻加粉煤灰后能降低工程造價。

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