水稳碎石基层施工技术与质量控制

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1、水泥稳定碎石基层（底基层）施 工技术与质量控制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。但若不了解它的特性，施 工控制不好，如表面松散或底面压实度不足等 ，就无法保证其半刚性和板体特性，也就发挥 不了长处，尤其像基层开裂还会留下工程的隐 患，造成不可预想的后果 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，

2、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 2、水稳路面基层施工技术、水稳路面基层施工技术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，

3、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，并封闭各细集料之间的空隙，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 硬凝反应作用 随着水

4、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。 粒径：尽量减小细料的用量，减少干

5、缩； 级配：级配的优劣影响混合料的均匀性、稳定性 和耐久性。优良的级配能保证混合料的拌合质 量，合理降低水泥剂量，施工过程中不宜离析。 控制关键筛孔的级配 强度，主要少压碎值指标； 控制石料含水量，否则将会影响水泥剂量的 水 稳的强度。 控制石料的含泥量（砂当量），在水泥剂量一定 的情况下，含泥量越大，强度越低。表 2-2-1 水稳的特性表 2-2-1中简列了级配碎石水泥稳定后的一些特性。 表 2-2-1水稳的特性无侧侧限抗压压强度 （7d） （MPa）弯拉弹弹性模量 （MPa）CBR*水泥用量 （集料的）2.8-10.5以上(7-21)10360052.2.2 水泥的成分和剂量对水稳强度的影

6、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，普通硅酸 盐水泥或道路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，从而水泥稳定碎石的强度也大大提高。 2.2.2 水泥的成分和剂量对水稳强度的影响 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 。

7、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。 不要盲目追求高强度，加大水泥剂量： 水泥剂量越大，收缩作用越大，在满足 设计强度的前提下尽量选择最小剂量。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%。含水量过大时，即会影响混合

8、料可能达到的密度和强度，又会明显增大混合料的 干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量大则 易形成软弹，无法及时碾压，尽管有时不形成弹簧 ，碾压过程也容易形成波浪而无法保证表面平整度 。施工时根据当时的天气、温度情况确定含水量的 大小。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稳强度 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

9、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。图 2-2-2 强度损失试验曲线 图 2-2-3 龄期对强度的影响关系水稳的强度也随龄期而增长（如上图 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

10、层施工工艺可以概括为水稳路面基层施工工艺可以概括为“一重点、二一重点、二 环节、三区段、八流程环节、三区段、八流程”。即：抓住。即：抓住“配合比配合比”这这 一个重点，一个重点， 对对“拌和场和施工现场拌和场和施工现场”的二个环节的二个环节 、施工现场的、施工现场的“摊铺区、压实区和整形区摊铺区、压实区和整形区”三个区三个区 段和对段和对 “ “施工准备施工准备施工放样施工放样拌和拌和运输运输摊摊 铺整平铺整平碾压碾压整形封面整形封面洒水养生和交通管制洒水养生和交通管制” ” 八个流程流程进行全面有效的控制。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、碾压密实和适时关键环节

11、是配料准确、拌和均匀、碾压密实和适时 养生。养生。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。底基层和基层混合料的试验项目质量合格标准值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

12、 ，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。 3.1.3 水 凡可饮

13、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

14、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%。级配颗粒组成范围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，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。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监理工程师必须对工程实际

15、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配出合理的级配曲线（集料级配曲线可成平顺圆 滑的滑的S S曲线型），初步确定矿料级配、拌和机各料曲线型），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。通过例，作为拌和机控制参数使用。通过4.75mm4.75mm筛孔筛孔 的通过量应控制在的通过量应控制在35-39%35-39%；通过；通过0.075mm0.075mm筛孔的含筛孔的含 量一般控制在量一般

16、控制在2%2%左右，不宜大于左右，不宜大于5%5%。注意考虑各。注意考虑各 地材料性能不同而引起的差异和能满足地材料性能不同而引起的差异和能满足7-10d7-10d钻芯钻芯 取样检测完整的要求。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