免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

張 楊程鵬飛陳 濤黃九達(dá)

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.江蘇省交通運(yùn)輸廳公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京 210029）

0 引言

半剛性基層作為我國(guó)公路結(jié)構(gòu)的典型層位，早期修建的公路大部分已超過(guò)其設(shè)計(jì)使用年限，路面技術(shù)狀況難以滿足現(xiàn)如今的交通需求。大部分公路已進(jìn)入大中修階段，然而水穩(wěn)基層的養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要養(yǎng)護(hù)7 d，給社會(huì)帶來(lái)較多的負(fù)面影響［1］。因此，早強(qiáng)水穩(wěn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)早強(qiáng)水穩(wěn)進(jìn)行了相關(guān)研究。鐘凡［2］采用硫鋁酸鹽水泥和緩凝阻裂材料，制備出1 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度＞3 MPa、28 d抗壓強(qiáng)度＞8 MPa的水泥穩(wěn)定碎石材料。通過(guò)不同養(yǎng)生溫度、不同養(yǎng)生時(shí)間下水穩(wěn)試件的抗壓強(qiáng)度變化，得出面層緊跟基層施工的養(yǎng)生方式能提供較好的高溫養(yǎng)生條件，達(dá)到基層快速修補(bǔ)的目的［3-4］。薛文等［5］選用水泥、碎石、早強(qiáng)-減水劑、UEA膨脹劑等為原料，運(yùn)用均勻優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，配制自密實(shí)型基層快速修補(bǔ)材料，快速修復(fù)材料16 h的抗壓強(qiáng)度達(dá)到3.50 MPa，界面黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到0.38 MPa。梁國(guó)華［6］采用6%沸石粉、2%早強(qiáng)減水劑、6%膨脹劑時(shí)其強(qiáng)度最佳，1 d抗壓強(qiáng)度就達(dá)到4.99 MPa，修補(bǔ)材料1 d劈裂強(qiáng)度達(dá)到0.50 MPa以上。孫兆輝等［7］從集料級(jí)配組成、失水率、暴露時(shí)間、強(qiáng)度和混合料空隙率等因素探明了水穩(wěn)碎石基層的干縮特性。本研究基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石配合比設(shè)計(jì)和室內(nèi)性能試驗(yàn)，進(jìn)行免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用分析。

1 原材料

1.1 水泥

水泥選用P.O 42.5水泥，比表面積350 m2/kg，80 μm篩篩余0.5%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.2%，初凝時(shí)間200 min，終凝時(shí)間400 min。

1.2 免振免養(yǎng)添加劑

免振免養(yǎng)添加劑選用添加劑HL-200，以下簡(jiǎn)稱HL-200，該添加劑的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 免振免養(yǎng)添加劑的主要性能指標(biāo)

1.3 集料

集料選用潔凈、無(wú)雜質(zhì)的石灰?guī)r。

2 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

依據(jù)進(jìn)場(chǎng)材料篩分試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行級(jí)配組合設(shè)計(jì)，各檔材料質(zhì)量比為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=34∶37∶5∶24。礦料級(jí)配如表2和圖1所示。

表2 水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

圖1 干縮應(yīng)變隨時(shí)間變化圖

2.2 最佳水泥用量和最佳含水量

采用靜壓成型法和振動(dòng)成型法，測(cè)得免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石混合料的最佳水泥用量和最佳含水量。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 最佳水泥用量和最佳含水量

2.3 水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，考慮免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石的原材料及施工控制存在一定程度的變異性，基于內(nèi)插法，得到水泥劑量為4.2%，配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石混合料配合比結(jié)果

3 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石性能試驗(yàn)

3.1 力學(xué)性能結(jié)果

3.1.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。室內(nèi)成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的免振免養(yǎng)碎石混合料，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由表5可知，水穩(wěn)碎石混合料養(yǎng)護(hù)1 d，當(dāng)HL-200摻量為4%時(shí)，水穩(wěn)碎石混合料抗壓強(qiáng)度達(dá)到5.0 MPa，養(yǎng)護(hù)前期，隨著HL-200摻量的增加，水穩(wěn)碎石混合料的抗壓強(qiáng)度有所提高，表明HL-200的摻加對(duì)水穩(wěn)碎石混合料前期具有較好的早強(qiáng)效果。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到90 d時(shí)，HL-200的摻加對(duì)混合料的抗壓強(qiáng)度增加不明顯，甚至略微降低。

3.1.2 劈裂強(qiáng)度。室內(nèi)成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的免振免養(yǎng)碎石混合料，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 混合料劈裂強(qiáng)度結(jié)果

由表6可知，水穩(wěn)碎石混合料的劈裂強(qiáng)度隨著HL-200摻量的增加具有明顯的提高，且當(dāng)HL-200摻量為4%時(shí)，水穩(wěn)碎石具有最佳的劈裂強(qiáng)度，分析原因，HL-200中的增韌組分提升了混合料的抗裂性能。

3.2 水化放熱

利用SHR-16S水化熱儀器，采用溶解熱法，探明不同摻量HL-200對(duì)水泥水化熱的影響規(guī)律。水泥水化熱試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同摻量HL-200的水泥漿體水化熱結(jié)果

綜上分析可知，當(dāng)HL-200摻量從0%增加至6%，水泥水化放熱速率和水化放熱量增大，水化放熱峰出現(xiàn)時(shí)間縮短當(dāng)HL-200摻量為6%時(shí)，膠凝漿體水化放熱速率最大，水泥水化3 d的放熱量最大，這時(shí)HL-200的堿激發(fā)組分加速了水泥中的硅酸鈣、鋁酸鈣的水化反應(yīng)，可顯著提高水泥漿體的水化放熱速率，進(jìn)而增加其放熱量。

3.3 干縮特性

為驗(yàn)證HL-200摻量對(duì)水泥穩(wěn)定碎石干縮規(guī)律，實(shí)驗(yàn)室靜壓成型HL-200摻量分別為0%、2%、4%和6%的水泥穩(wěn)定碎石試件，水泥穩(wěn)定碎石干縮應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況如圖1所示。

由圖1可知，水泥穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變隨著成型時(shí)間不斷增大，在前14 d干縮應(yīng)變?cè)黾虞^快，26 d后試件的干縮應(yīng)變趨于穩(wěn)定。當(dāng)HL-200的摻量由0%增加到6%時(shí)，干縮應(yīng)變較不摻加HL-200的普通水泥穩(wěn)定碎石有明顯的降低，表明HL-200的摻加可有效減少水泥穩(wěn)定碎石的干縮。綜合免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石性能試驗(yàn)，當(dāng)HL-200摻量為4%時(shí)，水穩(wěn)碎石具有較好的早強(qiáng)和抗裂性能。

4 工程案例

4.1 免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層施工工藝

4.1.1 拌和。

①混合料拌和前，確保砂石、水泥、HL-200添加劑等原材料滿足實(shí)際施工的需求。

②由于HL-200摻量較少，對(duì)添加的精度要求很高，建議采用備用水泥罐倉(cāng)進(jìn)行儲(chǔ)存，提前做好罐倉(cāng)的標(biāo)定和校準(zhǔn)工作。

③混合料拌和后，按規(guī)定取混合料試樣抽查級(jí)配和水泥劑量，隨時(shí)在線檢查配比、含水量是否變化。根據(jù)天氣情況動(dòng)態(tài)調(diào)整混合料的配合比。

4.1.2 運(yùn)輸。

①拌和機(jī)出料應(yīng)配備帶活門(mén)漏斗的料倉(cāng)，由漏斗出料直接裝車(chē)運(yùn)輸，裝車(chē)時(shí)車(chē)輛應(yīng)前后移動(dòng)，分3次裝料，避免混合料離析。

②混合料運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)覆蓋，減少水分散失和減少揚(yáng)塵，確?；旌狭铣跄巴瓿蓴備亯簩?shí)。

4.1.3 攤鋪。

①攤鋪前，應(yīng)將底基層適當(dāng)灑水濕潤(rùn)。

②攤鋪前應(yīng)檢查調(diào)試攤鋪機(jī)的運(yùn)行狀況，控制基層厚度和高程，保證路拱橫坡度滿足設(shè)計(jì)要求。

③攤鋪機(jī)宜連續(xù)攤鋪，控制攤鋪機(jī)的攤鋪速度一般宜在1 m/min左右。

④采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)作業(yè)，攤鋪機(jī)的螺旋布料器應(yīng)有2/3埋入混合料中，在攤鋪機(jī)后面應(yīng)設(shè)專人消除細(xì)集料離析現(xiàn)象。

4.1.4 碾壓。

①每臺(tái)攤鋪機(jī)后面，應(yīng)緊跟雙鋼輪壓路機(jī)，一次碾壓長(zhǎng)度一般為50～80 m。

②壓路機(jī)速度較低（建議不超過(guò)1.5 km/h），碾壓遍數(shù)比正常施工多碾壓3～5遍，具體碾壓視壓實(shí)度情況而定。

③壓路機(jī)碾壓時(shí)應(yīng)重疊1/2輪寬。

4.1.5 切縫與養(yǎng)生。

①攤鋪應(yīng)連續(xù)作業(yè)，如因故中斷時(shí)間超過(guò)2 h，則應(yīng)設(shè)橫縫；每天收工之后，也要設(shè)置橫縫。

②橫縫應(yīng)與路面車(chē)道中心線垂直設(shè)置，接縫斷面應(yīng)是豎向平面。

③覆蓋養(yǎng)護(hù)1 d后，進(jìn)行上面層的施工。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為了驗(yàn)證免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表8至表10所示。由檢測(cè)結(jié)果可知，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度均值達(dá)99.5%，1 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值達(dá)4.80 MPa，7 d劈裂強(qiáng)度均值達(dá)0.58 MPa，滿足規(guī)范要求。

表8 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表9 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層1 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

表10 免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層7 d劈裂強(qiáng)度

5 結(jié)論

本研究基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石在洋海線大中修工程中的應(yīng)用，得出以下結(jié)論。

①基于洋海線免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層施工，確定水穩(wěn)碎石混合料的配合比（質(zhì)量比）為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=34∶37∶5∶24，水泥用量為4.2%，重型擊實(shí)得到的最大干密度為2.356 g/cm3，最佳含水量為5.2%，振動(dòng)成型法得到的最大干密度為2.403 g/cm3，最佳含水量為4.8%。

②基于免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石力學(xué)性能試驗(yàn)、水泥水化熱和水穩(wěn)碎石的干縮試驗(yàn)，得出HL-200摻量為4%時(shí)，水穩(wěn)碎石具有顯著的早強(qiáng)和抗裂性能。

③免振免養(yǎng)水穩(wěn)碎石基層在洋海線大中修工程中的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)其壓實(shí)度均值達(dá)99.5%，1 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值達(dá)4.80 MPa，7 d劈裂強(qiáng)度均值達(dá)0.58 MPa，均滿足規(guī)范要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。