水泥稳定碎石的施工工艺与技术研究Word下载.docx

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集料是水泥稳定碎石的主体，它与基层强度有着密切的关系。

集料本身的质量及级配还直接影响到水泥掺量的大小、水对水泥的水化、混合料的拌和、摊铺、碾压乃至形成强度的整个过程，一般拌和过程中含水量应控制在5％—8％。

摊铺、碾压过程中由于水分蒸发，还要及时补充洒水。

知道了水泥稳定碎石的组成和性质之后，就可以看出有以下几个因素造成上述问题：

原材料，配合比，含水量．混合料的拌和，摊铺，碾压及养生的整个过程。

3.1、原材料的控制

①、碎石质量要求

　　水泥稳定碎石基层的强度主要是依靠碎石本身的强度、石料的嵌挤锁结作用和水泥材料的稳定胶结作用而形成的。

根据《公路规范》要求:

水泥稳定碎石单个颗粒的最大粒径不应超过37.5mm;

而碎石强度以集料压碎值表示,一般不得大于30%。

碎石的外观（针片状含量）:

碎石采购时应选取具有棱角且近于立方体,碎石料中扁平细长的颗粒含量不得大于15%。

②、水泥的品种及规范要求

　由于不同类型的水泥具有不同的干缩性,经多次对各种水泥使用效果比较,其中道路用普通硅酸盐水泥干缩性较矿渣水泥干缩性小,因此,选用干缩性小的水泥,可在一定程度上降低裂缝的机率

《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000版（以下简称《公路规范》,主要要求水泥稳定碎石基层用的水泥初凝时间在3h以上,终凝时间在6h以上。

其他水泥指标与普通混凝土相同。

水泥强度等级采用32.5标准等级水泥即可。

③、石屑

　通过筛分设备最小筛孔的集料,一般为0mm—5mm,其作用是作为碎石间填充材料,以保证达到水泥稳定碎石基层要求的密实度和强度。

《公路规范》要求石料中粒径小于0.075mm的颗粒含量不应超过7%。

3.2、配合比的控制　

　　水泥稳定碎石基层混合料中集料级配的好坏不但对基层强度有影响,而且对其他的路用性能也有影响。

《公路路面基层技术规范》中规定水泥稳定类基层的强度宜在3MPa到4MPa之间。

而目前在高速公路建设中,有些施工单位在施工过程中过分强调水泥碎石基层的强度,认为强度越高越好,并在工地配合比设计中尽可能地选择强度高的配比,有的道路在水泥碎石基层完工后进行7d钻芯取样,测得的抗压强度达到7MPa、8MPa,甚至10MPa以上,这种盲目提高强度的做法导致基层刚度过大,容易产生其他负面的影响。

这种做法是不值得的提倡的，这样不仅浪费了材料，而且水泥稳定碎石基层的效果也不能充分发挥。

从理论上来说,介于规范级配范围上下限内的级配曲线有许多条。

一般情况下,在水泥剂量、石料的强度、石料形状等满足相应规范要求的前提下,根据这些级配曲线配置的混合料7d抗压强度大都符合要求。

但各个级配混合料的抗裂性能和抗冲刷性能却有较大的差异。

近些年来,实践证明,对于用水泥稳定碎石这类半刚性材料作基层的道路,在使用中发生破坏的原因,除了极少数是为因抗压强度不足引起的以外,大多是由于其收缩性大或抗冲刷能力不足所致。

虽然规范中对水泥碎石基层材料的抗收缩性能、抗冲刷性能没有明确的要求,但是在配合比设计中应该有所考虑。

在实际使用中,如果同时要求水泥碎石基层材料的抗压强度、抗裂性和抗冲刷性都达到最好的状态非常困难,因此所选用的配合比应该是在充分考虑道路沿线地质、水文、气候以及施工难易程度的条件下,抗压强度、抗裂性和抗冲刷性之间的一种平衡。

例如:

在抗压强度满足要求时,对于比较干旱,但温差较大的地区,就应着重考虑基层材料在温缩下的抗裂性是否能够满足实际要求。

具体配比应该通过相应的试验确定。

此外,在配合比设计中应充分地考虑到在实际施工是否易于操作,例如:

摊铺机摊铺粗料含量较多的混合料时,由于摊铺机分料器在分料的过程中将混合料中的粗颗粒拨到了两侧,易使局部的地方出现离析现象。

而细料含量较多时,压实阶段容易产生弹簧现象。

与之相比,当混合料配比适当时,则极少发生离析和弹簧现象。

此外，碎石级配应符合10mm—30mm级配要求。

实践证明,用同一剂量的水泥稳定级配良好的碎石,其强度和耐久性要比用级配不好的碎石的强度和耐久性高。

为保证颗粒组成合理密度,在施工期间应在现场设专人负责随机抽样检测石料级配,若发现不符合上述要求时,及时通知拌合站调整级配,使其符合级配标准。

附表：

水泥稳定碎石混合料集料组成

水泥稳定碎石混合料集料组成：

集配

通过下列筛孔（mm）的重量百分率（％）

31.5

26.5

19

9.5

4.75

2.36

0.6

0.075

范围

100

90-100

72-89

47-67

29-49

17-35

8-22

0-7

3.3、含水量

实际施工中,拌合物施工含水量应比试验最佳含水量高0.5%—1.0%即可,如含水量过低（小于最佳含水量２％），混合料难以成型，压实度达不到设计要求，钻芯取样松散，板结性差，其强度达不到设计要求。

如含水量偏高,水泥水化后剩余水分会因蒸发而引起水稳层自然收缩,产生裂缝。

混合料的含水量与气温有着密切的关系,气温在5～10℃时,以设计含水量为准;

气温在10～20℃时,含水量应加大2%～3%;

气温在20℃以上时,含水量应加大3%～5%,随着气温的变化应及时调整混合料的含水量。

此外影响拌合料含水量的因素还很多,施工过程中必须做到勤测,在动态中找到平衡。

3.4、混合料的拌和

a、配料要求准确,应采用电子计量系统,电子计量系统在使用前必须校正;

b、含水量要略大于最佳含水量,使混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量不小于最佳值;

c、拌合料要先经过试拌、检测、调整,直至拌合均匀后,再正式拌合。

3.5、混合料的运输．摊铺

为了节省倒车、拌合料摊铺时间，一般采用15t以上的自卸汽车运输较好，并要求车况良好，每天上班前应对车辆进行常规检查，排除故障，防止装满料后不能卸车，时间太长，引起水泥稳定级配碎石混合料凝固而造成浪费。

同时应用篷布覆盖，一方面减少运输途中的洒漏，污染路面；

另一方面，减少运输途中的水分蒸发。

混合料摊铺前应将下承层充分洒水湿润，干燥的下承层会吸收混合料下部的水分，使得混合料底层难以压实成型。

采用摊铺机摊铺，为了避免水泥稳定基层中间纵缝接缝，一般采用ABG型摊铺机全断面摊铺，且摊铺前应事先测量钢钎标高，挂好钢丝绳，钢钎应选用具有较大刚度的ф6—ф8钢筋加工而成，并配有固定架。

固定架采用丝扣为好，便于拆卸和调整标高，钢纤长度为60cm—70cm，钢丝绳采用ф3，不宜太大也不宜太小，另配两套紧线器，将钢丝绳拉紧固定，钢钎一般以10m一个断面，间距大容易产生悬链效应，两钢钎之间钢丝下垂出现误差，间距太小则增加了工作量，测量跟不上。

若遇有平曲线路段，则应加密钢钎，采用5m一个断面，钢钎应打设在离铺设宽度以外30cm—40cm处，以防与施工机械碰撞，或由于机械的振动，造成钢丝的跳动，而干扰摊铺机自动找平系统。

钢钎打设完后，根据控制标高来确定钢钎顶标高，推算固定架的高度。

安装好固定架，挂好钢丝绳后，检查是否有特殊点即忽高忽低现象，如出现这种情况则应进行标高复测，直到调整好为止。

如果夜晚加班摊铺，则应在白天完成所有测量工作。

此外，在摊铺施工过程中，测量人员应随时检测其标高，确保施工的精确度。

如果不具备大型的全断面摊铺设备，水泥稳定碎石摊铺可以采用两台摊铺机梯队作业，这样沿线两侧应设置2根高程控制线，中间设置可拆除的高程控制杆，第一台摊铺机沿高程控制线和控制杆摊铺，第二台摊铺机沿已摊铺的平面和外侧高程控制线摊铺。

沥青摊铺机摊铺水泥稳定碎石混合料时，应将螺旋布料器进行调整，宜将布料器定位在高位，以适应厚层摊铺的要求。

布料器中部采用大叶片，边部采用小叶片，以使摊铺过程中布料器内各处料位一致。

在摊铺过程中，由于混合料的滚动，螺旋布料器内上层混合料是一层离析层，只有粗集料。

为了不使铺筑的混合料出现离析，布料器内料位应略高，以免上层混合料影响摊铺效果。

在摊铺过程中偶尔出现离析现象时，应及时调整布料器内料位等方面，通过摊铺机解决离析现象，而不宜采用人工挖补。

3.6、混合料得碾压

一般说来，压实工作在平路机基本摊平后便进行。

用振动压路机先快速满轮过一次，之后按道路的高程、横坡和纵坡，用平路机刮平，比设计高程高1．5cm一2cm，成型后再用振动压路机慢速碾压4遗一6遍，然后用两轮压路机过l遍一2遍，使集料形成密实状态，再用三轮压路机打平碾压，直至达到设计压实度，最后用胶轮压路机碾压，但要严格控制碾压时间，碾压要在45min内完成。

碾压的顺序应为：

静压一振压一再静压。

因为摊铺机摊铺虚铺厚度较厚，碾压时容易壅包，故碾压时应成锯齿状，不能在同一直线上压齐，同时碾压时，应重叠1／2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，稳压阶段行走速度应控制在1.5km/h—1．70km/h，压实阶段速度应在2．0km/h—2．5km/h，细压阶段压路机行走的速度应控制在2.5km/h。

起步和制动应做到慢速度起动、慢速刹车杜绝快速起动及急刹车现象。

在碾压过程中，若发现局部蛮包，应用人工或平地机刮平处理后再继续碾压，碾压全过程应控制在45min内完成。

若碾压时间超过45min，则应增加压路机台数。

碾压完成规定的遍数后，应及时检测压实度，如果压实度没有达到规范要求，则应继续碾压，但碾压时间与前面拌和、碾压时间之和不能超过水泥的终凝时间。

压过程中，如离压路机侧限边缘30M之内有大量水稳料滚动，表明混合料过湿；

按试验带上的方法碾压后仍达不到压实度时，说明水泥稳定碎石集料过干，如果混合集料稳定，其碾压要与试验带的遍数一样，使出现沉降的可能性降到最低程度。

3.7、养生及交通管制

1、每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生；

2、养生方法：

应将麻袋事前湿润，然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。

每天适当时间用洒水车洒水，在15天内始终保持麻袋处于湿润状态。

不得用湿粘土、塑料薄膜或塑料编制物覆盖。

上一层路面结构施工前方可移走覆盖物，期间应定期洒水。

养生结束后，必须将覆盖物清除干净；

3、用洒水车洒水时，洒水车的喷头用喷雾式，不得用高压式胶管，以免破坏基层结构，每天洒水次数应视气候而定，整个养生期间应始终保持养生覆盖物表面湿润；

4、安排专人经常翻开麻袋片检查水稳基层表面潮湿状态、洒水的均匀性，根据天气情况随时调整洒水遍数。

同时认真观察裂缝产生情况，并做好记录和标记。

5、基层养生期不应少于15天，养生期内洒水车必须在另外一侧车道上行驶。

6、在养生期间应封闭交通，严禁一切车辆通行；

7、养生结束后宜尽早做下封层，，尽早铺筑面呈，未铺筑面层的路段不宜开放交通。

有了上述的各种控制再加上有序的施工组织就可以将水泥稳定碎石的缺点减少到最少，从而发挥它的优点。

4、水泥稳定碎石的技术研究

水泥稳定碎石的技术研究包括以下几个方面：

如何尽量延长水泥稳定碎石的凝结时间、密实骨架水泥稳定碎石的设计、水泥稳定碎石施工中的超密现象的原因及对强度的影响。

4.１、如何尽量延长水泥稳定碎石的凝结时间

为了延长水泥的凝固时间，防止出现裂缝。

可以在水泥稳定碎石中加入各种缓凝阻裂剂：

主要有HNF-6、ZL、木钙、HNF-2等。

以加入HNF-6缓凝阻裂剂为研究对象来说明缓凝剂的优点。

加入HNF-6缓凝阻裂剂水泥稳定碎石的物理力学性能：

HNF-6缓凝阻裂剂物理性能指标：

HNF-6缓凝阻裂剂是一种能大幅度降低水表面张力功能的有机黄酸盐，为羟基羧酸盐与元机硫铝酸盐等多种成份复合的有机化合物。

颜色淡黄，呈粉末状，对人体无毒付作用，对自然环境元污染，其物理指标如表1。

HNF-6缓凝阻裂剂均质性指标

项目

指标

容重（g/cm3）

1.15

细度（45um大筛余量%）

<

5

含水量（%）

4

净浆动率（mm）

180

氯离子含量

无

HNF-6缓凝阻裂剂的减水作用表2试验结果说明，HNF-6缓凝阻裂剂具有一定的减水作用，减水率可达6％~9％。

这样在保证用水量不变的情况下，可使水泥稳定碎石的工作和易性明显改善，从而有利于机械化雄铺和压实，提高稳定基层的密实度。

HNF-6的缓凝与降低水化热作用：

表2试验结果说明，水泥中掺加HNF-6缓凝阻裂剂能明显延长水泥的凝结时间，在正常掺量下水泥的凝结时间可以延长6~8h，通过掺量调整还可进一步延长凝结时间。

掺HNF-6缓凝阻裂剂的水泥基材的放热速率明显降低。

水化热高峰出现的时间大大推迟，见图1试验结果表明，掺HNF-6缓凝阻裂剂的水泥浆体1d水化热仅有纯浆体的1／7，3d水化热为纯水泥浆体的74．2％，7d水化热为纯水泥浆体的91％c

HNF的阻裂膨胀作用采用HNF掺量3.5％（占水泥用量的比例）与不掺时进行砂浆试件膨胀与干缩试验，砂浆尺寸40x40x160mm，试件养护及成型按GB8076—1997规定。

测量膨胀与于缩的试件在成型1d后脱模用干分尺测定试件基长，在温度20±

1℃，湿度55％~60％的室内养护，按不同龄期进行侧长。

从表3的试验结果可以看出，掺HNF—6组裂剂的水泥净浆在水中的线膨胀率较不掺HN—6的净浆高出十几倍。

即使在自然空气中养护，掺HNF—6阻裂剂的水泥净浆在14天前仍有一定的膨胀，随后才有少量的收缩。

在28天的收缩也只有0.005％，仍小于水泥浆的极限应变值。

而不掺HN—6阻裂剂的水泥净浆在1天后就出现收缩，7天时收缩值已超过极限应变。

稳定碎石基层的试验证明，掺加水泥用量3．5％的HN7—6阻裂剂的稳定碎石基层砼试件。

28天基本无收缩，42天的收缩率为1．5x10-4，远小于会引起混凝上开裂的变形值。

这说明掺HN—6阻裂剂的水泥稳定粒料具有一定的微膨胀性可以补偿干缩，具有明显的抗裂性。

掺HNF-6的水泥胶砂增强作用试验用巢湖425号普通硅酸盐水泥，不同用量的水泥胶砂中掺入3％~4％的HNF结果如表4，从表4可以看出水泥胶砂强度提高了近20％~50％；

在强度不变的情况下，可以节约水泥20％

结论：

1）掺加HNF—6高效缓凝阻裂剂的水泥稳定碎石基层具有一定补偿收缩功能，可有效地防止和减少水泥稳定碎石层的开裂，从而大大减少路面早期损坏，提高路面的耐久性。

2）HNF—6高效缓凝阻裂剂具有缓凝减水作用，可以延长成型时间，改善工作性能，提高碾压密实度，从而提高稳定层的强度。

3）使用HNF—6高效缓凝阻裂剂，可以提高水泥稳定碎石基层强度20％—50％，而在保证强度的情况下可以节约水泥10％—15％，因此直接费用基本持平或略有增加。

如果综合考虑路面质量提高后、道路的维修费用降低及使用期限延长带来的经济效益，使用附6高效缓凝阻裂剂则具有明显的经济效益和社会效益。

总的来说掺加缓凝剂有助于提高水泥稳定碎石的综合性能。

各种缓凝剂的性能虽不尽相同，但是它们的经济效益和社会效益在建成公路以后的使用中会体现出来。

4.2、密实骨架水泥稳定碎石的设计

为了改善水泥稳定碎石基层抗裂性能，这里提出了密实骨架结构水泥稳定碎石基层，及其配合比设计方法，并对此进行了大量室内外试验。

结果表明，骨架密实结构水泥稳定碎石基层具有良好抗裂性能。

4.2.1、水泥稳定碎石材料抗裂性能评价方法

在评价材料的抗裂性能时，应全面考虑材料的力学性能（尤其是极限抗拉强度或极限抗拉应变）、温缩或干缩应变，而不能仅考虑温缩或干缩系数大小。

而评价干缩性能时还需考虑其失水量，因为两种不同材料平均干缩系数可能相差不大，而由于各自含水量不同和可能产生的干缩应变也就不相同。

水泥稳定碎石基层材料在温度作用或失水作用下的开裂模式可以直观地理解为在温度作用或失水作用下产生的收缩应变超过了材料自身所能承受的最大拉应变，因此采用材料的温度收缩系数或干燥收缩系数与材料极限抗拉应变的比值来表征其抗裂性能，亦即用温缩抗裂系数[T]＝εmax／αt、干缩抗裂系数[ω]＝εmax／αd来表征材料所能承受最大温差或湿差变化范围，[T]或[ω值反映了材料的抗温度（或抗湿度）收缩相对能力，其值越大，表明材料抗温度（抗干燥）收缩性能越好，反之亦然。

严格来讲，材料的极限拉应变应通过材料的轴向拉伸试验获得，但是以目前试验设备很难达到这一目的，所以在这里近似地采用由材料的抗弯拉强度与抗弯拉模量Eω计算得出材料的极限拉应变代替，计算极限拉应εmax取决于强度Rω和刚度Eω两项指标，即εmax=Rω/Eω。

所以在同样强度情况下刚度越小，极限拉应变越大；

高强度低刚度有利于提高材料的极限拉应变。

因此，在基层材料组成设计时，尽量设法降低材料的温度收缩系数和干燥收缩系数，同时改善材料的柔韧性即设法提高εmax，从而使抗裂性能得到改善，耐久性得到提高。

4.2.2、原材料性质

研究所用原料有水泥、碎石及河砂（细度模数2.5，为中砂），其主要技术性质见表

4.2.3、秘史骨架结构水泥稳定碎石配合比设计方法

1）、嵌挤原则

假设集料为直径D球体，按简单的立方体填积—颗粒排列堆积的最松状况即对边长为D的立方体，放一个直径为D的球，其空隙率为

如果为D/2的球，则可放8个；

如果为D/4的球则可放64个；

如果为D/8的球客方512个；

空隙率总是

。

2）、集料级配确定方法

先按上述嵌挤原理确定粗骨料用量；

然后粗骨料的空隙由次一级颗粒所填充，其余空隙又由再次一级颗粒所填充，但填隙的颗粒不得大于其间隙的距离，否则小颗粒之间势必发生干涉现象。

这种既有嵌挤、又填充的集料在理论上应该是摩阻力、凝聚力和密实度最好的混合料。

具体计算过程如下。

2~4料视密度2．68g／cm3：

，集料最大干密度一般在1．9~2．1g／cm3，以2.0g／cm’计，考虑到施工中粗料不可能按理想嵌挤原理排列，所以其空隙率比理想的会略大，计算时取空隙率为50％。

故2~4料重量占混合料总重的百分比约为（1一0．5）×

2．68／2．0＝67％‘在保证l~2料不过分挤开2~4料前提下，其重量最多占到剩余重量的67％左右，亦即其用量不得超过（1—67％）×

67％＝22％；

0．5~1．0料用量为7％。

在上述计算的基础上，本文保证大骨料2~3料占总骨料的67％不变，根据筛分结果及部分击实试验结果，按最大密实度原则对l~2料、0．5~1．0料用量分别作了调整，调整后的集料组成见表3。

3）、主骨料与细料比例的确定

按照密实骨架结构的特点，骨料形成骨架嵌挤结构，细集料（砂）和水泥作为结合料填充骨料的空隙，形成密实结构，从而达到混合料整体最大密实度。

混合料的整体性由结合料贡献，因此作为结合料主要材料砂的用量就成了影响混合料整体性的一个重要因素。

考虑到施工中粗集料用量偏大可能会导致离析，本文参照水泥混凝土配合比设计方法，确定砂用量为35％。

骨架密实混合料级配A的组成见表4。

作为对比，本文还采用了《公路沥青路面设计规范JTJ0l4—97》所推荐级配B，其组成见表5。

图l为骨架密实结构和悬浮结构的通过量曲线，比较可见，本文推荐的骨架状态是嵌入式。

考虑到工地上水泥剂量常取5％，故本研究中两种结构水泥用量均采用5％，即水泥：

集料＝5：

95。

4）、试验方法

1、试件成型

试件成型前首先进行重型击实，求出混合料的最大干密度和最佳含水量，其结果见表6

然后按最大干密度和最佳含水量以97％的压实度成型试件，试件为10cm×

10cm×

40cm梁和15cm×

15cm圆试件，在标准养生条件下养生90d。

2、收缩系数测试方法

试验时将试件在养生到期前一天进行浸水养生1d，然后取出进行电测试件的制作。

最后接入应变仪半桥电路进行温缩或干缩系数的测定。

温缩试验温度范围采用50℃一一30C，干缩试验温度采用40“C。

3、抗拉强度与抗拉模量

为了控制试验加载精度，试验在MTS上进行抗拉模量采用电测法测定。

5）、抗裂性能研究

1、强度与刚度

两种结构的水泥稳定碎石材料其90d龄期的抗拉强度和抗拉模量测定结果（见表7）表明：

骨架密实结构水泥稳定碎石的抗拉强度和抗拉模量都比悬浮结构的要大，体现出骨料形成的骨架结构对强度的贡献。

2、温度收缩系数

90d龄期的两组水泥稳定碎石材料的温缩试验结果见表8

由表8可以看出，骨架密实结构A组其收缩系数明显优于悬浮结构B组，平均温缩系数要小17．8％。

这是因为A组混合料孔隙率小于B组，所以材料受孔隙中水的扩张作用、毛细管张力作用及冰冻作用影响相对来说就比较小，从而表现为A组温度收缩性能优于B组。

另外还可以理解为：

随温度下降材料发生收缩，水泥稳定碎石材料试件虽然在宏观上表现不受力，但是混合料的各组分材料的温度收缩系数各不相同，因而试件内部各组分材料必定处于受力状态。

如果结构处于悬浮状态，那么内应力的作用使其颗粒之间有机会挤压孔隙，较小的孔压要平衡作用其颗粒上的内应力，势必要通过缩小体积增大孔压，从而在宏观上表现出较大的温度收缩系数。

若结构处于“骨架接触及孔隙结构”状态下，那么内应力作用只能使颗粒之间相互挤压，而颗粒的压缩性毕竞有限，所以表现为较小的温度收缩系数。

3、干燥收缩系数

90d龄期水泥稳定碎石材料的干缩试验结果见表9

由表9可以看出，骨架密实结构水泥稳定碎石90d龄期的平均干缩系数比悬浮结构水泥稳定碎石的要小31．5％，最大干缩系数要小29．4％。

干缩的产生是因为伴随水分蒸发和水化反应进行，材料内部水分的减少而发