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1、高速公路水稳碎石基层裂缝防治实例 关键词：基层裂缝 强度 级配 养生在近几年的高等级公路建设中，水稳碎石基层被广泛应用到路面基层。随着运输车辆吨位的增加，对路面的承重能力的要求也就越来越高。基层是路面工程的主要承重层，起着至关重要的作用。而水稳碎石基层在施工过程中出现裂缝是一个普遍存在的问题。蒙蚌高速公路基层的施工，给我们一个绝好的锻炼机会。水稳碎石基层施工两个月，至今未出现裂缝现象。如何减少水稳基层裂缝是我们所要总结的一个问题。本文根据施工总结的经验就如何减少水稳碎石基层裂缝的主要环节做简单的介绍：1. 原材料的选择碎石应选择含泥量小，颗粒稳定无杂物，其它指标符合技术规范要求，并能够连续生产
2、的料厂作为料源，特别是细集料的含泥量、塑性指数更要严格控制在规范之内。水泥我们采用的是 32.5 级低标号路用缓凝水泥。28 天水泥胶砂抗压强度严格控制在 32.5MPa 37.5Mpa 之间，水泥初凝时间不小于个 5 小时,终凝时间 8 个小时左右，且不大于 10 小时。这样就减少了因含泥量偏大、水泥强度偏高而产生的裂缝。2. 配合比设计水稳碎石基层的级配要尽可能控制在规范级配范围中值偏下，且在范围以内。水泥采用低标号缓凝水泥。为了获得较理想的配合比，我们在原材料统一的情况下，同时做了三种不同的级配。一种在规范级配范围中值偏上且在上限以内。另一种尽可能接近中值。再一种就是在规范级配范围中值偏
3、下且在下限以内。针对这三种不同的级配，我们分别进行了不同水泥剂量的击实和无侧限抗压强度试验，最终均取 4.5%的水泥剂量为最佳剂量。7 天无侧限抗压强度均大于 3.5Mpa，且三种级配相差不大；然后我们又以中间级配为标准，用 28 天水泥胶砂强度为 43.2Mpa 的普通水泥进行了击实和无侧限抗压试验，发现其 4.0%的水泥剂量为最佳剂量，7 天强度大于 3.5Mpa。针对以上四种情况，我们均采用 4.5%的水泥剂量，分别进行了100 米水稳碎石基层试验段的摊铺。并采用了同样的压实工艺和养生措施。观察 7 天后的结果，发现用早期强度较高的普通水泥做的试验段和级配偏细的用特制水泥做的试验段上均有
4、不同程度的横向线形裂缝，另两种情况未见异常。28 天后，对未见异常的两种试验段进行清扫和洒水湿润，发现级配接近中值的试验段表面，局部有轻微的线形水迹，而级配偏粗的试验段则表现良好。3. 拌和与摊铺目前高等级公路路面施工，均采用稳定粒料拌和机进行水稳碎石混合料的生产。正式生产前，先要进行拌和机调试，调试过程中应扣除原材料自身的含水量，以确保混合料的配合比不变。然后绘出各种原材料在一定料门开度下的转速流量曲线，根据混合料配比确定各种原材料配料皮带的转速，进行试生产。当混合料的各项指标均达到目标配比的要求后，再进行正式生产。生产过程中，要根据天气变化及时调整混合料的含水量，使摊平后的含水量均匀且接近
5、最佳含水量。摊铺机摊铺混合料时，运行速度应与拌和机生产能力相匹配，尽量避免摊铺机停机待料的情况。运输车卸料有专人指挥，视运输车装料多少，控制好卸料间距，以利于摊铺。尽量减少摊铺机收放料斗，在摊铺机前后设专人消除粗细集料离析现象，特别应铲除粗集料窝，然后用新拌混合料填补，以确保配比稳定统一。4. 碾压 碾压过程按初压、复压、终压三个阶段进行：初压，采用 16J 型振动压路机静压一遍，碾压速度控制在5KM/h。复压，采用一台 18J 型振动压路机首先轻振一遍，速度控制在5KM/h,再重振两遍，速度控制在 4KM/h,然后用 YL20 型胶轮压路机碾压两遍，碾压速度不高于 6KM/h。终压，采用 1
6、6J 型振动压路机静压至少两遍，碾压速度控制在5KM/h,直至无明显轮迹。碾压过程中的注意要点：及时碾压，碾压时应慢起步缓刹车，由低处向高处重叠 1/2 轮宽，成阶梯状碾压，不在未压实的路面上转向，而应后退至起点，开始下一步碾压。5. 检测碾压结束后，及时进行压实度检测，对压实度不符合要求的要立即进行处理，以保证其结构的整体性。6. 养生碾压结束后，及时用麻袋或草帘等进行覆盖，洒水养生 7 天，始终保持表面湿润。7 天后揭除覆盖物，还要继续洒水养生 7 天，且每天上午、下午至少洒水两次。及时有效的养生也可减少温缩或干缩裂缝。洒水养生期间，严禁其它车辆通行。结语：以上是本人在施工中的一些粗浅认识
7、，水稳碎石基层裂缝的防治还是要靠大家一同动脑筋、一起想办法。粉煤灰在公路中的应用 粉煤灰作为一种电厂的燃料废渣，过去是很多企业头疼和难办的一件事，大量的粉煤灰需要占用大面积的土地进行堆放，粉煤灰的粉尘造成周边环境被严重污染，随着各行各业对粉煤灰的开发和利用，特别是近几年全国高速公路的迅猛发展，粉煤灰的利用率越来越高，使粉煤灰“变废为宝” ，粉煤灰在各项工程中的利用，不但使工程造价大大降低，而在节约土地、环境保护方面的意义将是非常深远的。1、粉煤灰材料1.1 粉煤灰的化学成分粉煤灰属于 CaO、Al2O3-SiO2 系统。由于煤粉高温燃烧，其中主要成分铝、硅形成了活性成分，同时由于粉煤灰的比表面
8、积很大，具有很大的表面能，且粉煤灰的密度小，这就是我们将其在公路中利用的基础。为了较全面地掌握粉煤灰的化学性质，我们将近几年利用粉煤灰的调查情况作如下统计：由 1 可见，以上粉煤灰的化学成分的变化范围基本上与我国发电厂的粉煤灰化学成分一般变化范围一致。其化学成分以 Al2O3和 SiO2 为主，次要成分为 CaO 和 Fe2O3 以及少量的 MgO 和 SO3等。1.2 粉煤灰的物理性质粉煤灰其比重在 1.952.36 之间，松干密度在 450700kg/m3范围内，比表面积在 220588m2/kg 之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土
9、的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性，同比粘性土其压缩变形要小的多，例如某组试件，相同密实度（重型 K=100%）的土与粉煤灰，土的压缩系数10N20N=0.24Mpa-1,而粉煤灰的压缩系数 10N20N=0.15Mpa-1,土的压缩系数比粉煤灰的压缩系数大 40%50%。粉煤灰的毛细现象十分强烈，其毛细水的上升高度与压实度有着密切关系。表 2 为粉煤灰的渗透系数、压缩系数、毛细水上升高度参考值。2、粉煤灰研究成果2.1 粉煤灰的结构决定其活性特征我们知道粉煤灰是含有少量碳、晶体（石英、莫来石）和大量铝硅酸盐玻璃体的细粉状工业废渣。由于碳和晶体（石英、莫来石）在常温下没有
10、活性，粉煤灰中也不含纳米粒子（粒径小于100nm） ，因此，粉煤灰的火山灰活性主要取决于玻璃体的化学活性，包括玻璃中可溶性 SiO2、Al2O3 的含量和玻璃网络聚集体的解聚能力。由于粉煤灰是在高温流态化条件下快速形成，玻璃液相出现使之在表面张力的作用下收缩成球形液滴并相互粘结，则在快速冷却过程中形成多孔玻璃体。快速冷却阻止了析晶，使大量粉煤灰粒子仍保持高温液态玻璃相结构。这种结构表面外断键很少，可溶性SiO2、Al2O3 也少，因而粉煤灰的火山灰活性比成分相近的火山灰低。在粉煤灰玻璃体中，Na2O、CaO 等碱金属、碱土金属氧化物少，SiO2、Al2O3 含量高，由于脱碱作用，在玻璃体表面形
11、成富 SiO2 和富 SiO2-Al2O3 的双层玻璃保护层。保护层的阻碍作用，使颗粒内部本来含量较少的，可溶性 SiO2、Al2O3 很难溶出，活性难以发挥。所以，粉煤灰早期活性是以物理活性（颗粒效应、微集料效应等）为主。经过 3 个月或更长时间，粉煤灰的火山灰化学活性才能逐渐表现出来，并赋予其良好的性能（后期强度高、抗渗性能好、耐磨等） 。为了有效地激活粉煤灰早期化学活性，必须：A、破坏Si-O-Si和Si-O-Al网络构成双层保护层，使内部可溶性 SiO2、Al2O3 的活性释放。B、将网络聚集体解聚、瓦解，使SiO4 、 Al O4四面体形成的三维连续的高聚合度网络解聚成四面体短链，进
12、一步解聚成SiO4 、 Al O4等单体或双聚体等活性物，为下一步反应生成 C-S-H、C-A-H 等胶凝物提供活化分子。2.2 激活粉煤灰活性的主要方法2.2.1 细磨法常见的细磨方法主要是机械细磨。通过细磨可将粗的粉煤灰颗粒磨成细小的碎粒。一方面粉碎粗大多孔的玻璃体，解除玻璃颗粒粘结，改善了表面特性，提高了粉煤灰的物理活性（颗粒效应、微集料效应等） ；另一方面，破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部可溶性 SiO2、Al2O3 溶出，断链增多，比表面积增大，使反应接触面、活化分子增加，粉煤灰早期化学活性得到提高。根据生产和使用经验，粉煤灰的最佳细磨比表面积为 60007000cm2/g。2.
13、2.2 水热合成法人们从许多有关玻璃侵蚀动力学的研究中发现，在 50150间，碱液对玻璃侵蚀速度的对数与温度成直线关系。如：粉煤灰加气混凝土在蒸压条件下（120145，4 小时左右）的强度远远高于普通条件下的混凝土强度，这是因为在蒸压条件下，粉煤灰在常温下需要几年才能激发的活性可在几个小时内全部激发出来。由此可知：水热合成法激发粉煤灰化学活性的效果非常显著，具有重要的实用价值。2.2.3 碱性激发法在常温下，水、酸、碱和盐等物质，只有碱对硅酸盐玻璃网络具有直接的破坏作用，所以碱溶液具有最强的作用，即碱性激发。碱性越强，PH 值越高，温度越高，碱性激发作用越强。例如：在粉煤灰中掺入硫酸钠（ Na
14、2SO4）或氯化钙（CaCl2）能显著提高粉煤灰的活性。用 80%粉煤灰与 20%消石灰混合料，按0.35 水灰比配制标准稠度的浆液，将激发剂按 4%掺量先溶于拌和水中，然后与粉煤灰石灰混合料混合 5 分钟，在 23雾室中养护至一定强度。从凝结时间看，不掺激发剂的粉煤灰石灰混合料凝结时间长，虽然两者在初凝未有明显差别，但终凝时间由 60 小时缩短至26 小时；从强度看，不掺激发剂的粉煤灰石灰混合料 3 天未具备可实测的强度，R28=1Mpa， R90=13Mpa。掺 Na2SO4 粉煤灰石灰混合料 1 天未具备可实测的强度，R7=10Mpa，R28=19Mpa。掺 CaCl2粉煤灰石灰混合料
15、1 天未具备可实测的强度，R7=3Mpa，R28=23Mpa。可以看出，掺激发剂的粉煤灰石灰混合料不管是早期强度还是后期强度都明显高于不掺激发剂的粉煤灰石灰混合料强度。3、粉煤灰应用随着粉煤灰的研究和开发，粉煤灰在各行各业中的应用越来越广泛。在观念上从以前的废渣利用到现在的资源开发、利用，使粉煤灰的应用性质有了质的变化。3.1 粉煤灰路堤在公路中利用粉煤灰最为广泛的是粉煤灰路堤，尤其是在软土地基路段，能充分利用粉煤灰质量轻的特点，减轻路堤自重、减轻软土地基的附加应力，减少总沉降并大路堤的稳定性。3.1.1 材料要求粉煤灰的烧失量不得大于 12%，烧失量超过标准的粉煤灰应作对比试验，分析论证后方
16、可采用。粉煤灰的粒径应在 0.0012.0mm 之间，小于 0.074mm 的颗粒含量应大于 45%。3.1.2 室内试验粉煤灰路堤施工前应对所采用的粉煤灰做好各项室内试验。室内试验的项目详见公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范（JTJ01693）中表 2.2.4。通过室内试验确定各项技术指标和设计参数，并对粉煤灰路堤进行验算。3.1.3 路堤横断面路堤横断面详见下图：为提高粘土边坡保护层与粉煤灰边坡的稳定性，应将相接面筑成3050cm 的台阶状，并把台阶做成2%的反拱。保护层厚度不小于 2.0m。在路槽标高以下设置不小于 30cm 的二灰封层。3.1.4 排水为及时排除渗入路基内的渗水，路基底部设置 30cm 的砂垫层，在砂垫层上全幅铺设一层透水土工布，以防粉煤灰流失。在粘土保护层中设置 3050cm 的盲沟，设置水平间距 10m，垂直间距0.9m，呈梅花形交叉布置，在盲沟进口处应采用透水土工布包裹，以防粉煤灰流失
