馬夫恒

(徐州市公路事業(yè)發(fā)展中心 江蘇徐州 221006)

隨著普通國省干線公路交通量持續(xù)快速增長，部分公路常過早地出現(xiàn)各類病害，難以繼續(xù)提供舒適的行車服務(wù)。因此，需要進(jìn)行各類日常小修保養(yǎng)措施以維持公路的正常服役性能[1]。采用傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石對(duì)基層進(jìn)行換填時(shí)，由于水穩(wěn)基層的養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，一般需進(jìn)行3～7 d養(yǎng)生后方可形成強(qiáng)度進(jìn)而實(shí)施瀝青面層的施工作業(yè)[2]，且需要封閉施工段落進(jìn)行水穩(wěn)基層養(yǎng)生，在路況一般或交通量大的地方，封閉施工會(huì)導(dǎo)致交通問題，嚴(yán)重影響人們的出行。因此，有必要開發(fā)一種材料或技術(shù)能夠水泥穩(wěn)定碎石基層在短時(shí)間內(nèi)迅速形成強(qiáng)度，在保證工程質(zhì)量的前提下，從而減少公路日常養(yǎng)護(hù)對(duì)交通運(yùn)行的不利影響，有效緩解公路養(yǎng)護(hù)與交通運(yùn)行之間的矛盾，提升道路養(yǎng)護(hù)的公眾滿意度[3-4]。

本文借鑒自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)，研發(fā)出一種新型添加劑——免養(yǎng)生劑，使水穩(wěn)基層能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速獲得力學(xué)性能，達(dá)到施工瀝青面層的強(qiáng)度要求。同時(shí)，通過免養(yǎng)生劑優(yōu)良的膨脹性，能有效提高免養(yǎng)生水穩(wěn)基層的抗收縮性能，以盡量減少水穩(wěn)基層裂縫的產(chǎn)生，獲得“強(qiáng)度形成快、抗收縮性能強(qiáng)、耐久性好”免養(yǎng)生水穩(wěn)基層，從而徹底解決水穩(wěn)基層養(yǎng)護(hù)造成的質(zhì)量與安全難題，實(shí)現(xiàn)水穩(wěn)基層快速高質(zhì)量的養(yǎng)護(hù)效果。

1 級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 原材料

本文用到的石料為石灰?guī)r，選取4 種規(guī)格，即20～30 mm、5～20 mm、5～15 mm、0～5 mm，分別稱為1#、2#、3#、4#料。所用水泥為C42.5號(hào)。

1.2 外加劑

本文選用的免養(yǎng)生劑，可以使水穩(wěn)基層能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速獲得力學(xué)性能，達(dá)到施工瀝青面層的強(qiáng)度要求，其技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。

表1 免振免養(yǎng)劑技術(shù)指標(biāo)

1.3 配合比設(shè)計(jì)

免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石選擇4.5%的水泥用量，并摻入免養(yǎng)生劑改善水泥穩(wěn)定碎石的性能。免養(yǎng)生劑摻量選用4%、6%、8%、10%、12%、14%這6種。試件編號(hào)根據(jù)免養(yǎng)生劑摻量分別為M0、M4、M6、M8、M10、M12、M14。免養(yǎng)生劑為外摻，摻量為水泥質(zhì)量的百分比。

2 性能研究概況

為確定免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的性能，本文將進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、干縮溫縮試驗(yàn)以及抗疲勞試驗(yàn)，各項(xiàng)研究將同時(shí)對(duì)比免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石與傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石的性能差異。

試件的成型采用靜壓壓實(shí)成型，靜壓采取最大壓力值400 kN、維持2 min最大壓力值、加載速率1.0 kN/s。

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度等指標(biāo)有很強(qiáng)的相關(guān)性，是水泥穩(wěn)定碎石性能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]。本部分參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，并結(jié)合靜壓壓實(shí)法、靜壓成型法，進(jìn)行免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 摻加免養(yǎng)生劑免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

圖1 為摻加免養(yǎng)生劑免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果。從圖中可以得到：（1）摻入免養(yǎng)生劑后，提高了水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，在摻量6%～8%時(shí)提升效果最為明顯。加入免養(yǎng)生劑，水泥穩(wěn)定碎石的含水量降低，水泥的分散性變高且更為均勻，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到提高；（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間越久，免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越高。

2.2 干縮溫縮試驗(yàn)

本節(jié)參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中干縮溫縮試驗(yàn)方法，結(jié)合免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的靜壓壓實(shí)法和靜壓成型法進(jìn)行干縮溫縮試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下。

從圖2、圖3結(jié)果可以得到以下幾點(diǎn)。

圖2 摻加免養(yǎng)生劑免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變變化圖

圖3 摻加免養(yǎng)生劑免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的溫縮應(yīng)變變化圖

（1）暴露時(shí)間越久，免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變?cè)酱蟆?0 d左右時(shí)趨于穩(wěn)定。

（2）加入免養(yǎng)生劑后，水泥穩(wěn)定碎石的最終總應(yīng)變減小。材料的膨脹應(yīng)變和收縮應(yīng)變隨著免養(yǎng)生劑摻量的增加而增加。

（3）摻加免養(yǎng)生劑可以減少免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的干縮溫縮。隨著摻量的增加效果逐漸降低。免養(yǎng)生劑摻量為6%～8%時(shí)效果比較明顯[6-7]。

2.3 抗疲勞性能試驗(yàn)

根據(jù)前期水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，測試水泥穩(wěn)定碎石的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度。選用不同初始應(yīng)力比，進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，研究試驗(yàn)過程中拉壓應(yīng)變?cè)鲩L規(guī)律，對(duì)比拉壓應(yīng)力條件下的應(yīng)變和模量變化規(guī)律；對(duì)疲勞過程中拉壓應(yīng)變及動(dòng)態(tài)拉壓模量的特征點(diǎn)進(jìn)行分析。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：破壞極限拉壓應(yīng)變、初始拉壓應(yīng)變與初始應(yīng)力比均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，摻加免養(yǎng)生劑的水泥穩(wěn)定碎石試件與未摻加的性能變化規(guī)律基本一致，結(jié)果差異很小，可以忽略免養(yǎng)生劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的抗疲勞性能影響。

3 工程應(yīng)用及效益分析

為了更好地研究免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的使用性能，在徐州市賈汪區(qū)境內(nèi)G206 威汕線（樁號(hào)K766+610～K766+710，上行超車道）養(yǎng)護(hù)工程進(jìn)行了試驗(yàn)路基層的鋪筑，并對(duì)試驗(yàn)路基層進(jìn)行了試驗(yàn)檢測，檢驗(yàn)免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石實(shí)際應(yīng)用情況和綜合效益。

3.1 現(xiàn)場施工情況

3.1.1 生產(chǎn)情況

免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石確定好生產(chǎn)配合比，采用WCZ300 型拌合樓按照比例進(jìn)行試鋪混合料的生產(chǎn)，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制全部生產(chǎn)過程。生產(chǎn)中拌和樓各料倉集料、水、外加劑及水泥計(jì)量準(zhǔn)確，滿足施工指導(dǎo)意見的要求。

一般是通過改裝料斗、調(diào)節(jié)出料速度來實(shí)現(xiàn)外加劑的添加功能。由于該項(xiàng)目拌合樓短時(shí)間無法改造出料斗，通過計(jì)算出料速度和生產(chǎn)料總量，采用人工添加，保證拌合過程中免養(yǎng)生劑穩(wěn)定、均勻地出料。

3.1.2 現(xiàn)場運(yùn)輸

對(duì)于免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石的運(yùn)輸，不可泄露、拋灑。用篷布覆蓋運(yùn)料車用以防水，運(yùn)輸途中與等待時(shí)均不可揭開篷布，保證含水率。

3.1.3 現(xiàn)場攤鋪及碾壓

現(xiàn)場使用1臺(tái)DTU95C攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，現(xiàn)場檢測表明終壓含水率控制在最佳含水率附近，現(xiàn)場碾壓嚴(yán)格按照碾壓方案進(jìn)行碾壓，如表2 所示。碾壓過程不存在粘輪、漏壓、超壓現(xiàn)象，水泥穩(wěn)定碎石未出現(xiàn)推移現(xiàn)象。

表2 施工壓實(shí)設(shè)備組合及碾壓方案

3.1.4 攤鋪外觀

路面壓實(shí)成型后觀測，表面水泥裹覆均勻，集料未出現(xiàn)裸露情況，也不存在水泥粘走的情況，終壓后含水率良好，無花白料，鋪面整體均勻性較好，不存在離析現(xiàn)象。

3.1.5 施工后養(yǎng)護(hù)

基層施工完成后，無需灑水養(yǎng)生，采用土工布覆蓋養(yǎng)護(hù)24 h 即可，同時(shí)做好交通警示和防護(hù)，防止車輛誤入。

3.2 試驗(yàn)路段彎沉檢測

基層施工鋪筑完成24 h后，采用《貝克曼梁測定路基路面回彈彎沉試驗(yàn)方法》（T 0951-2008）對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了彎沉檢測，檢測結(jié)果彎沉值均小于10。

3.3 試驗(yàn)路段鉆芯取樣調(diào)查

24 h現(xiàn)場鉆芯取樣見如圖4所示，芯樣外觀完整，無裂縫。

圖4 免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石鉆芯取樣外觀圖

3.4 效益分析

3.4.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過計(jì)算得出，相同條件下，選擇免養(yǎng)生劑和免養(yǎng)生劑配制的免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石層成本與普通水穩(wěn)層基本相當(dāng)，考慮到靜壓條件下的燃油節(jié)省量每方水穩(wěn)混合料成本費(fèi)減少了0.68 元，同時(shí)還減少機(jī)械維修加固費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率，縮短了工期，提高了施工質(zhì)量和耐久性，從多方面降低工程整體造價(jià)，因此其潛在的綜合經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。同時(shí)，免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石是針對(duì)特殊限制條件下提出的，從整個(gè)工程經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，考慮到其與環(huán)境的相容性，在特殊條件下采用免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)是比較經(jīng)濟(jì)合理的[8-9]。

3.4.2 社會(huì)效益

在施工過程中需要注意對(duì)環(huán)境的影響。水泥穩(wěn)定碎石鋪筑過程中普遍采用振動(dòng)壓實(shí)，噪聲影響很大。本次噪聲監(jiān)測分別對(duì)試驗(yàn)段施工和一般路段的施工進(jìn)行了對(duì)比。從監(jiān)測結(jié)果得出，一般路段碾壓時(shí)打開了振動(dòng)器，噪聲平均值已超過100 dB，對(duì)周邊環(huán)境影響很大；而應(yīng)用了免養(yǎng)生水穩(wěn)技術(shù)的試驗(yàn)段平均噪聲為86.3 dB，較振動(dòng)壓實(shí)路段降低了15 dB，與交通高峰期的道路噪聲相當(dāng)。由此可見，免養(yǎng)生水穩(wěn)技術(shù)的環(huán)境友好性[10-11]。

4 結(jié)論

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加免養(yǎng)生劑后，水泥穩(wěn)定碎石的早期強(qiáng)度均有明顯提升，免養(yǎng)生劑摻量為6%～8%時(shí)效果最佳。

干縮溫縮試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著時(shí)間的增加，試件的收縮應(yīng)變均會(huì)增加，摻加免養(yǎng)生劑后，應(yīng)變?cè)黾恿柯杂薪档停傮w與普通水泥穩(wěn)定碎石的差異不大。

抗疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加免養(yǎng)生劑的水泥穩(wěn)定碎石試件與未摻加的性能變化規(guī)律基本一致，結(jié)果差異很小，可以忽略免養(yǎng)生劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的抗疲勞性能影響。

實(shí)際工程應(yīng)用中效果良好，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。