水稳碎石基层离析影响及其控制
水稳碎石基层离析影响及其控制 水稳材料的主要特点为强度高,板体性好,抗冲刷能力强。在我国沥青路面以表面弯沉为承载能力的重要设计指标的背景下,尤其近年来,我国高等级公路中的交通量不断加大、重载比不断提高,更加促进了这种基层结构的大规模使用。
然而,在水泥稳定碎石混合料的堆放、拌和、运输和摊铺过程中,存在着许多因素破坏其原有特性,其中以混合料的离析影响最大。离析使路面基层的整体强度和稳定性降低。离析后细料集中的区域其强度不易达到要求,开放交通后在长期车载的疲劳作用下,首先产生破坏;粗骨料集中的地方因其缺少胶接材料而呈松散状,是水稳结构破坏的裂纹源。目前国内外学者对沥青混合料离析研究的较多,也比较全面,但在水泥稳定碎石离析方面,多趋向于离析现象的定性分析,很少涉及到对离析的判定及离析对水泥稳定碎石强度的影响。为了保证路面基层质量,非常有必要研究水泥稳定碎石混合料的离析判定及其对强度的影响,从而有利于对离析的及时处理和控制。
试验材料与试验方案
试验材料
水泥采用日照某公司生产的P .C32.5级水泥。碎石为某石料厂产花岗岩碎石。水为当地可饮用水。
试验方案
(1)目标配合比设计。根据《公路沥青路面设计规范》中的要求,水稳碎石集料配比设计为19~31.5mm:9.5~19mm:4.75~9.5mm:0~4.75mm=9:43:26:22。通过重型击实试验(满足设计强度3.5MPa) 获得水泥剂量为4.5%,最佳含水量为4.6%。
(2)离析设计。为评价离析对水泥稳定碎石抗压强度和劈裂强度的影响,专门对离析进行设计。参考美国NAPA 提出的沥青混合料离析判定指标,通过多掺加1号料(19~31.5mm)的方式,设计了较轻、轻度和中度共3种离析程度的混合料。然后对3种离析混合料和正常料成型试件,分别进行无侧限抗压强度和劈裂强度试验。
结果分析
可以看出,随着水泥稳定碎石离析程度的增加,水稳碎石混合料离散性增加,成型困难。可见,随着1号料的增多,水泥稳定碎石的7d 抗压强度和劈裂强度均降低,且其下降趋势
接近线性变化。当混合料为中度离析时,水稳碎石的抗压强度降低27.9%,由4.3MPa 降低为3.1MPa ;劈裂强度降低32%,由0.50MPa 降低为0.34MPa 。由此可见,离析对混合料强度有重要影响,为保证工程质量,必须控制混合料离析。
离析控制
混合料一旦发生离析,就会影响路面压实度、强度和使用寿命,因此,必须从水泥稳定碎石基层施工各个环节加以控制。
集料控制
集料在混合料中起到骨架作用,集料的质量和其物理性能严重地影响着路面的使用性能。混合料中集料应使用轧制的坚硬岩石。集料控制如下。
(1)严格购料合同,控制进料变异性。因水泥稳定基层材料用量较大而一般采取多料场分别加工、集中拌和的方法进行,来自不同产地的同级材料混合堆放,对各种规格集料的要求,必须符合公路路面基层施工技术规范的要求。
(2)拌和厂不同规格的集料必须分别堆放,避免不同规格的集料堆交错,避免人为增大集料变异性。集料运至料场后,堆料时应分层堆放,排满一层后,再排放第二层,以防集料离析。
拌和厂控制
拌和厂位置要适当,要考虑主线两头摊铺运料距离的长短,既要结合水泥初凝、终凝时间与机械运输、摊铺操作的总时间,还要考虑材料进场方便、道路建养便利、水源丰富、取水容易、排水通畅,场地内有足够的机械作业、材料堆放的面积。各种材料堆放合理,粗、中、细料隔离存放,并插牌标示。
装载机上料时因从料堆底部外围铲料而造成离析料,也会增大拌和料产生离析,因此应控制其堆放高度。在各料仓上标明石料规格,上料时仔细对准料仓,防止混仓。
混合料拌和控制
在正式拌制混合料之前,必须先调试所有设备,使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求。原材料的颗粒组成发生变化时,必须重新调试设备。
雨季施工,注意天气变化,基层施工后下雨立即停止施工,并采取措施保护已摊铺的混合料。对于原材料,特别是细集料,应设固定或活动棚盖,防止被雨淋湿。
每天开始搅拌之后,出料时要取样检查是否符合给定的配合比。进行正式生产之后,每2~3h检查一次拌和情况,抽检其级配、含水量是否变化。装料过程中运料车要前、后、中分3次放料,严禁向车槽的中间部位连续卸料。发现干湿不均有离析的混合料要废弃。
混合料运输控制
运输车辆在每天开工前,要检验其完好情况,装料前要将车厢清洗干净,而且每装一车,要清扫一次。运输车辆数一定要满足拌和出料与摊铺数量需要,并略有富余,以便尽快将拌成的混合料运送到铺筑现场。车上的混合料必须覆盖,减少水分损失。
混合料摊铺控制
摊铺前,将路床适当洒水润湿,使用装有喷雾式洒水管的洒水车洒一遍水。摊铺前检查机器各部运转情况,而且每天坚持重复此类工作。调整好摊铺机传感器臂与导向控制线的关系;严格控制基层厚度和高程,其路拱横坡与面层一致。
基层施工时,严禁用薄层贴补法进行找平。摊铺过程中精心安排压实工艺,层间结合良好,避免运输车辆以及压路机破坏基层。
拌和机与摊铺机的能力互相匹配,摊铺机必须连续摊铺。如拌和机生产能力较小,在用摊铺机摊铺混合料时,采用最低速度摊铺,以减少摊铺机停机待料的次数。
基层混合料摊铺采用两台摊铺机梯队作业时,一前一后应保证速度一致,摊铺厚度一致,松铺系数一致,路拱坡度一致,摊铺平整度一致,振动频率一致,两机摊铺接缝平整。摊铺机的螺旋布料器前方底部加块塑料挡板,防止粗集料聚集底部产生离析;摊铺机的螺旋布料器不能太高,必须有2/3埋入混合料中;但也不要太低,不能使其松铺高度低于设计面。在摊铺机后面设专人消除细集料离析现象,特别必须铲除局部粗集料“窝”,并用新拌混合料填补。
结语
混合料的离析是造成路面基层早期破坏的一个重要隐患。为评价离析对水泥稳定碎石抗压强度和劈裂强度的影响,专门对离析程度进行设计。本文以提高1号料配比的方式设计了3种离析混合料,然后分别对3种离析混合料和正常料进行无侧限抗压强度和劈裂强度试验。结果表明,离析对水泥稳定碎石混合料的强度有重要影响。随着离析程度的增大,水泥稳定碎石的7d 抗压强度和劈裂强度均近似呈线性降低。当混合料为中度离析时,水稳碎
石的抗压强度降低27.9%,由4..3MPa 降低为3.1MPa ;劈裂强度降低32%,由0.50MPa 降低为0.34MPa 。解决基层混合料的各种离析现象,必须从购料、堆放、拌和、运输、摊铺等5个环节加强控制。