骨架密實型二灰碎石基層修筑技術(shù)研究

1、 骨架密實型二灰碎石基層修筑技術(shù)研究摘要：采用無側(cè)限抗壓強度實驗、干縮溫縮實驗、水穩(wěn)定性實驗以及抗沖涮實驗，系統(tǒng)地研究了骨架密實型二灰穩(wěn)定碎石的路用性能。骨架密實型二灰穩(wěn)定碎石具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)，干溫縮性能，水穩(wěn)定性以及抗沖刷性。通過試驗路三年的驗證，也說明了骨架密實型二灰穩(wěn)定碎石比現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的級配具有良好的路用性。關(guān)鍵詞：骨架密實型；二灰碎石基層；修筑；路用性能一 、問題的提出隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,作為經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)建設(shè)項目,高等級公路的建設(shè)也有了飛速的發(fā)展,特別是近幾年取得了可喜的成績。截止1999年底,我國高速公路通車總里程達到1萬公里,而這些公路均為半剛性基層路面。與此同時,也有一

2、些公路在運行的早期由于路面的設(shè)計、施工等不盡合理,造成了路面的早期破損。路面的早期破損雖然與面層類型、荷載大小、雨水等有關(guān),但它與路面的主要承重層基層也有很大關(guān)系。據(jù)調(diào)查,相當部分的路面破壞均緣于基層,因此要提高高等級公路的路面修筑質(zhì)量,首先要解決好基層的問題。在我國常用的半剛性基層主要有:水泥穩(wěn)定粒料類、石灰穩(wěn)定粒料類和石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料類。這些基層具有強度高、耐久性好、造價低等許多優(yōu)點,因而它的出現(xiàn)受到工程界的普遍歡迎。二灰碎石基層由于其具有較高的后期強度、板體性能,比其它混合料具有更好的抗裂性能和抗凍性能,在高等級公路的修筑中得到了越來越普遍的使用。盡管如此,也并非所有采用二灰碎石基層修

3、筑的路面都獲得了預(yù)期的效果。采用現(xiàn)行施工規(guī)范的二灰碎石結(jié)構(gòu)層所暴露出來的粒料偏細、收縮性大、反射裂縫嚴重等問題也日益突出。究其原因主要為二灰碎石混合料的配合比不當,碎石骨料級配不合理?，F(xiàn)行公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范中對二灰集料類混合料應(yīng)用于高等級公路的唯一指標是:混合料7天、浸水抗壓強度不應(yīng)小于0.5MPa。就其作為基層的受力特性來說是必要的,而且是必須的,但設(shè)計時僅僅只考慮強度要求,有時甚至是單純的追求強度,而忽視諸如抗溫縮及干縮性能方面的要求,在溫度條件變化、干燥失水以及行車荷載等外部因素的單獨或綜合作用下,勢必造成混合料的溫縮、干縮裂縫和混合料的松散,從而破壞了二灰碎石的板體性能,大大降低

4、了其承重能力。有時裂縫反射到路面面層,形成反射裂縫,加劇了路面破壞。因此二灰碎石混合料的設(shè)計應(yīng)在滿足行車荷載對其強度要求的前提下,盡量減少其縮裂,達到充分發(fā)揮二灰碎石板體性能的目的,而二灰碎石混合料的強度、溫縮、干縮以及抗沖刷性能與混合料的配合比、骨料的級配組成、氣候變化,施工條件等均有直接關(guān)系,其中混合料的配合比是其最主要的內(nèi)在因素。隨著重型振動壓路機在道路施工中的應(yīng)用,哈爾濱建筑工業(yè)大學(xué)王哲人教授提出了二灰碎石混合料的緊密骨架結(jié)構(gòu)模型。他認為以前的二灰碎石結(jié)構(gòu)模型概括為“松排骨架,緊密填充”,而當時基層施工都是采用靜態(tài)碾壓,在室內(nèi)一律采用擊實或加壓成型。因而在二灰碎石中集料的用量,在一實方

5、混合料中最多為一松方,壓實后的混合料,集料剛剛靠擾而不密實,剩余空隙才有可能全為結(jié)合料所填充,使結(jié)合料的膠結(jié)和骨架作用共同發(fā)揮,然而這種二灰碎石在實踐中的使用并未取得令人滿意的效果,它雖然解決了半剛性基層穩(wěn)定性的問題,但其往往伴隨著壓密性差、早期強度低、耐疲勞性能差。實際使用中,尤其在北方,容易造成路面基層低溫縮裂、路面面層反射裂縫,進而使路面破壞。由于目前在基層施工過程中普遍采用重型振動壓路機,因而二灰碎石的組成符合緊密嵌擠骨架密實結(jié)構(gòu),突破松排骨架中集料的用量極限,減少收縮系數(shù)以提高混合料的耐裂性,再以具有振動狀態(tài)下最大干密度的結(jié)合料來填充集料間的空隙,以最少量的填隙獲得最大的填隙率,得到

6、混合料的最大密實度,從而達到混合料最好的力學(xué)性能,提高半剛性基層各方面的性能指標。以上列出的各種組成結(jié)構(gòu)觀點代表了二灰碎石從出現(xiàn)到逐漸走向成熟生產(chǎn)工藝的發(fā)展過程,也說明了在使用過程中,人們對二灰碎石的組成結(jié)構(gòu)和性能的認識在不斷地深入。并且隨著路面結(jié)構(gòu)要求的提高和生產(chǎn)工藝的改進,二灰碎石的路面結(jié)構(gòu)使用性能也得到了改善。最初只是用于輕交通量的石灰粉煤灰混合料,接著是在二灰中加入一些粗顆粒的集料形成懸浮的二灰碎石,然后隨著使用要求的提高,對集料進一步提出要求,有一定級配的顆粒粒徑較小的集料取代了原先單粒徑粗顆粒集料,形成骨架型的二灰碎石。目前由于大噸位振動壓路機的使用,使得集料顆粒在二灰碎石混合料中

7、從以前的松散排列向緊密骨架結(jié)構(gòu)過渡。二、骨架密實結(jié)構(gòu)骨架密實結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，骨架密實結(jié)構(gòu)最合理，其密實性、強度和穩(wěn)定性都較好，是一種較理想的結(jié)構(gòu)類型。通俗的來說，骨架密實結(jié)構(gòu)就是石子緊密堆積，而沙剛好填滿石子空隙的狀態(tài)。例如：瀝青混合料按照其礦料級配組成特點，可形成“密實-懸浮”結(jié)構(gòu)、“針架-空隙”和“密實骨架”結(jié)構(gòu)，分別具有不同強度特征和穩(wěn)定性。其中懸浮密實型是按照最佳級配原理設(shè)計的，密度和強度都較好，但穩(wěn)定性較差，一般用于瀝青砼中。針架空隙型主要以石料的嵌擠和內(nèi)摩擦阻力形成骨架，屬于連續(xù)型開級配。熱穩(wěn)定性好、但是瀝青與礦料的粘結(jié)力差，空隙大，耐久性差。骨架密實型綜合了兩種的性能，是比較理想的

8、結(jié)構(gòu)類型。瀝青混合料組成設(shè)計包括選擇原材料和配合比設(shè)計，瀝青混合料組成材料質(zhì)量規(guī)格應(yīng)滿足設(shè)計要求，并且根據(jù)道路等級、交通特性、氣候條件、施工方法等因素進行選擇。我國現(xiàn)行熱拌瀝青的配合比設(shè)計方法主要包括：礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計和最佳瀝青用量的確定。瀝青用量采用馬歇爾試驗方法確定，所設(shè)計的瀝青混合料還應(yīng)滿足水穩(wěn)性和抗車轍與抗低溫開裂能力的要求。SMA叫瀝青碼蹄脂碎石，是一種間斷級配的瀝青混合料。即各檔料的用量不是連續(xù)的，其特點是粗料多，細料少，用油量高，礦粉多，有時會在混合料內(nèi)添加纖維以增強其骨架加筋效果，其混合料屬于骨架密實型結(jié)構(gòu)，表面的構(gòu)造深度較好，路面抗滑性能較AC（瀝青混凝土）、SUP（全稱

9、Superpave，也是一種連續(xù)級配，與AC級配比較類似，混合料也屬于懸浮密實型，只是在其級配設(shè)計時，有一個禁區(qū)，級配曲線是不允許通過的，實驗室級配設(shè)計時與AC、SMA的設(shè)計成型方式不一樣，它采用旋轉(zhuǎn)壓實，用的是體積設(shè)計法。這類級配設(shè)計源自美國的AASHTO的SHRP計劃研究成果，因為其設(shè)計成本較高，目前在我國應(yīng)用很少，尚處于引用與研究階段）好。具有較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定和抗滑性。在SMA混合料中，礦料級配組成應(yīng)保證集料顆粒能形成石一石骨架結(jié)構(gòu)。瀝青瑪蹄脂應(yīng)能密實的填充集料骨架結(jié)構(gòu)的空隙。實驗室級配設(shè)計時采用馬歇爾擊實成型。此類設(shè)計源自德國。成本較高，這種混合料疲勞性能、高溫性能

10、都較好。再如配置混凝土?xí)r為什么要選用合理砂率（最優(yōu)砂率）？合理的砂率才能得到合適的混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)集料的級配和粗細集料的不同，混凝土有三種結(jié)構(gòu)形式：懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)。三、二灰碎石石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)簡稱“二灰碎石”。它是通過無機結(jié)合料石灰、粉煤灰膠結(jié)碎石產(chǎn)生強度的一種半剛性結(jié)構(gòu)。二灰碎石基層的壓實度是極為重要的質(zhì)量檢測指標。二灰碎石混合料屬于固結(jié)（膠結(jié)）密實穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。其成型強度主要依賴于二灰，特別是石灰的質(zhì)量和數(shù)量所提供的固結(jié)作用，而體積穩(wěn)定性則主要由結(jié)構(gòu)狀態(tài)密實程度和空隙率大小決定?，F(xiàn)行公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范JTJ0342000修訂說明中，有關(guān)此類混合料組成設(shè)計

11、原理的論述，雖較JTJ03493有所改進，但涉及其結(jié)構(gòu)狀態(tài)方面，仍然認定當二灰與粒料之比在15852080時，混合料就是骨架密實式結(jié)構(gòu)。若按原規(guī)范推薦的A、B兩類級配組成范圍，能夠形成集料骨架的475mm以上顆粒重量，百分比僅為：A類為3248至4551；B類為3248至525525（公式為475mm篩余量（8085）。當級配最大粒徑為30mm,粗集料含量低于55時，我們認為它應(yīng)是懸浮密實結(jié)構(gòu)，而形不成集料骨架。由于骨架密實式和懸浮密實兩種結(jié)構(gòu)的擊實或壓實密度形成機理和效果有些不同，其要求也有所區(qū)別：前者應(yīng)使主骨料能相互接觸而又不過分嵌擠，骨架間隙盡量填實；后者重在總體密實，減小空隙率，相對于

12、骨架密實式而言壓實較難，但較易控制，得到的結(jié)構(gòu)密度可能稍高。之所以出現(xiàn)密度標準和評定結(jié)果方面的困惑，與這些認識差距可能有較大的關(guān)系，需要加以探討。四、骨架密實型二灰穩(wěn)定碎石基層路用性能 二灰碎石作為替代傳統(tǒng)筑路材料的新材料，同時也解決了環(huán)境問題。早在20世紀50年代中期，已在歐美國家呈穩(wěn)定增長的趨勢。20世紀70年代前半期，它的使用已非常普遍，并且用量非常大。國外于20世紀6070年代對二灰碎石材料作過大量的研究工作，制定了相應(yīng)的使用規(guī)范，總結(jié)了成熟的施工經(jīng)驗，經(jīng)歷了大量實際路面及機場工程的實踐。在中國從20世紀6070年代以來，二灰碎石的應(yīng)用得到了大力推廣，已經(jīng)成為目前路面工程中使用最廣泛的

13、兩種半剛性基層材料之一。隨著人們對二灰碎石認識的深入，以及施工工藝的不斷改進，二灰碎石的組成結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生了相應(yīng)的變。在二灰碎石生產(chǎn)中普遍采用顆粒較粗的低品質(zhì)粉煤灰和三級消石灰，配合比為1：21：4。就目前來看，在這方面變化一直不大，意見比較趨于統(tǒng)一。而變化及爭論較多的是集料的粒徑、級配、以及在混合料中的含量和結(jié)構(gòu)型式。 最初，上海市由于土源缺乏，就地取材進行了工業(yè)廢渣的應(yīng)用研究。開始是什么工業(yè)廢渣都用，如水淬渣、道渣、煤渣、礦渣、電石渣等等、并都取得了相應(yīng)的效果。后來經(jīng)技術(shù)上、經(jīng)濟上的比較，優(yōu)選了三渣，即道渣（碎石）、煤渣（粉煤灰）、電石渣（石灰）作為基層，即現(xiàn)稱的二灰碎石，俗稱三渣。當時

14、的二灰碎石以單粒徑道渣為主骨料，以二灰作粘結(jié)料填充。初期施工時是以松方體積比1：2：3控制。如按同的松方密度換算，道渣約占2/3，即67%左右。以后改為質(zhì)量比，簡稱為兩個3：7，即石灰:粉煤灰=3 : 7，二灰：集料=3 : 7。所以，這樣組成的二灰碎石在理論上屬嵌擠填充范疇。但過去的單粒徑為主的三渣，壓實后平整度差,因而從有利于攤鋪與壓實考慮，最大粒徑應(yīng)予以降低。1.力學(xué)性能在路面結(jié)構(gòu)中,特別是瀝青路面中,基層要承受交通荷載的反復(fù)作用,因而基層應(yīng)具有足夠的強度和剛度,以使得其在設(shè)計使用年限內(nèi)不會產(chǎn)生過大的殘余變形,不產(chǎn)生剪切和疲勞破壞。在目前的基層施工技術(shù)規(guī)范中,對于二灰碎石只采用抗壓強度指

15、標進行質(zhì)量控制,而無其它指標。二灰碎石的抗壓強度是路面結(jié)構(gòu)分析中一個重要參數(shù),不但要了解其早期的強度,還需要了解其發(fā)展規(guī)律,掌握其潛能,從而能夠充分發(fā)揮二灰碎石的特點。為了充分比較不同類型二灰碎石的強度發(fā)展規(guī)律,本研究選用了瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTJ014一97中二灰碎石的級配,本文提出的骨架密實級配以及采用新鄉(xiāng)電廠粉煤灰摻加1%碳酸鈉:骨架密實級配,進行了不同齡期的抗壓強度試驗,其結(jié)果見表4一1和圖4一1所示。表4一1不同級配類型二灰碎石的強度變化規(guī)律注:石灰:粉煤灰二碎石二5:15二80,瀝規(guī)圖4一1不同級配類型二灰碎石的強度從上述試驗結(jié)果可以看出,二灰碎石混合料的強度隨齡期的增長而增大,不同

16、填充水平對二灰碎石強度影響較大,m級填充水平強度最高,它大于瀝青路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定級配的強度,因此在后續(xù)試驗中均采用工11級填充來比較。對新鄉(xiāng)粉煤灰不加早強劑時,其強度顯得偏低,但摻入1%碳酸鈉后其強度增長幅度很大。2.收縮性能處于自然氣候條件中的二灰碎石在經(jīng)歷溫度和濕度變化時,會產(chǎn)生一定量的收縮。在收縮比較嚴重的情況下,往往基層表面會出現(xiàn)有規(guī)律的橫向裂縫,并進一步發(fā)展到面層形成反射裂縫,從而危及道路的使用壽命,因此必須重視二灰碎石的千溫縮性能。 一、引起收縮的原因1.干燥收縮 干燥收縮是引起二灰碎石收縮的最主要原因。二灰碎石材料內(nèi)部充滿大大小小各種尺寸的孔隙,這些孔隙通常由水和氣體來填充。在

17、干燥過程中,首先發(fā)生氣孔水和毛細孔水的蒸發(fā)。毛細孔水的蒸發(fā),使毛細孔內(nèi)水向后退,彎月面的曲率變大,在表面張力的作用下,水的內(nèi)部壓力比外部壓力小。隨著空氣濕度的降低,毛細孔中的負壓逐漸增大,產(chǎn)生收縮力，使二灰碎石出現(xiàn)收縮,當毛細孔中的水蒸發(fā)完后,如繼續(xù)干燥,則凝膠體顆粒的吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā),失去水膜的凝膠體顆粒,由于分子引力的作用,使粒子間距離變小,甚至發(fā)生新的的化學(xué)結(jié)合而收縮。 二灰碎石的干燥過程是由表面逐步擴展到內(nèi)部的漸進過程,在二灰碎石中呈現(xiàn)出一定的水力梯度,因此產(chǎn)生表面收縮大內(nèi)部收縮小的不均勻收縮,致使表面二灰碎石承受拉應(yīng)力,內(nèi)部承受壓應(yīng)力,當表面所受的拉應(yīng)力超過其抗拉強度時,便產(chǎn)生裂

18、縫。2.溫度收縮通常情況下,物體總是熱脹冷縮的,二灰碎石與溫度變化有關(guān)的形決定于材料的熱脹系數(shù)以及溫度變化的幅度。隨著時間的延續(xù),二灰碎石中的水化反應(yīng)產(chǎn)物不斷增多,水化凝膠體的溫度收縮系數(shù)比原材料來得大,因此,二灰碎石的溫度系數(shù)會隨著齡期的增加而增大,早期增長速度較快,后期較慢。然而正常情況下單純的溫度收縮并不足以引起二灰碎石基層的開裂,但是溫度的收縮與干燥收縮同時產(chǎn)生,當溫度下降時,二灰碎石產(chǎn)生一個溫度的梯度,使得表面承受拉應(yīng)力,內(nèi)部承受壓應(yīng)力,這就與失水干燥過程相一致,兩種收縮作用疊加就容易出現(xiàn)二灰碎石的開裂。二、收縮的影響因素二灰碎石是由石灰、粉煤灰、碎石和水這四個部分組成。碎石是其中含

19、量最多的部分,它一般要占到材料干重的80,0左右,它結(jié)構(gòu)致密,性能穩(wěn)定,強度高,在二灰碎石的使用過程中碎石發(fā)生收縮的可能性最小,變形量也最小,一般認為它的摻入對二灰收縮起抑制作用,在可能情況下應(yīng)盡量加大集料在二灰碎石中的含量,當然過大的集料含量會增加壓實難度,降低二灰碎石強度。表4一2、表4一3及4一2、圖4一3表明不同級配二灰碎石的干縮和溫縮試驗結(jié)果。由上述結(jié)果可以看出,骨架密實的二灰碎石無論從干縮還是溫縮性能都要優(yōu)于基層施工技術(shù)規(guī)范和瀝青路面設(shè)計規(guī)范中的二灰碎石。這是因為在骨架二灰碎石中,集料堆積形成骨架結(jié)構(gòu),二灰結(jié)合料填充在集料顆粒間的空隙中,集料骨架結(jié)構(gòu)對空隙中的二灰起著有效的抑制作用

20、。但是在懸浮結(jié)構(gòu)的二灰碎石中,集料顆粒之間相互分離,對二灰收縮的抑制作用就大大地降低了。其次,較小引起二灰碎石收縮的組分就是粉煤灰。在二灰碎石的養(yǎng)生過程中粉煤灰顆粒從邊緣逐漸向中心發(fā)生水化反應(yīng),產(chǎn)生水化產(chǎn)物,由于粉煤灰顆粒的活性相對較低,水化反應(yīng)進行得比較慢,因水化而發(fā)生的化學(xué)收縮非常小。在二灰碎石中粉煤灰顆粒會起到一種微集料作用,從而抑制二灰的收縮,在水泥混凝土中經(jīng)常加入粉煤灰,作為一種有效的措施,以降低水泥漿收縮。因此,粉煤灰不會對二灰碎石的開裂產(chǎn)生不利影響。 第三組分是石灰,在二灰碎石中通常采用經(jīng)充分消解的熟石灰。當二灰中的石灰含量增加時,就會加大混合料水化過程的堿度,從而易產(chǎn)生高堿度的

21、水化硅酸鈣產(chǎn)物,它的干燥收縮量比一般堿度的水化硅酸鈣高出2一3倍,因此過多的石灰含量會增大二灰碎石的收縮,在二灰碎石強度足夠的情況下,應(yīng)適當減少石灰的含量。 第四組分是水。水對二灰碎石的生產(chǎn)、施工、養(yǎng)生以及以后的路用性能都起著很關(guān)鍵的作用,水一方面是二灰中水化反應(yīng)所必須,另一方面能夠潤濕材料,使得混合料在壓實過程中達到最大的密實度。在一定的壓實條件下,只有處于最佳含水量,材料才能被壓實到最大干密度,從而使得材料具有良好的路用性能。但是在生產(chǎn)過程中,往往在二灰碎石中加入過量的水份,使得拌和容易,過多的水造成的不良后果是:一方面施工過程中基層平整度、高程難以控制;另一方面二灰碎石的性能也不能保證。

22、多余水份在二灰碎石中形成水囊,形成大量的毛細孔隙,增加了材料中的空隙率,過多水份蒸發(fā)后會造成二灰碎石的嚴重收縮開裂,這是二灰碎石早期開裂的最主要因素。因此,嚴格控制二灰碎石混合料中的含水量對抑制收縮開裂非常重要。 總而言之,在二灰碎石中,集料能夠抑制收縮開裂,粉煤灰不會對材料整體的收縮開裂產(chǎn)生什么不利影響,未充分消解的石灰顆粒往往引起二灰碎石的后期膨脹開裂,太大的石灰含量會增加二灰的收縮系數(shù),過多的水份容易引起二灰碎石的早期收縮開裂,必須嚴格控制二灰碎石混合料中的含水量,通過調(diào)整石灰、粉煤灰和水的組成配比,將二灰自身的收縮控制在最低,在二灰碎石中適當增加集料的含量,降低二灰比例,從而達到減少收

23、縮的目的。3.穩(wěn)定性二灰碎石的穩(wěn)定性是指在路面使用過程中,基層在經(jīng)受自然條件對它產(chǎn)生作用時,保持自身性能的能力。二灰碎石的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)為水穩(wěn)定性能,所以必須分析水存在對二灰碎石性能可能造成的不利影響。隨著含水量增加,水分在材料孔隙中的鍥入作用會減弱材料內(nèi)部結(jié)合力,材料強度都有不同程度的降低。在建筑材料性能研究中,常采用軟化系數(shù)來表示材料的耐水性。對于受水浸泡或處于潮濕環(huán)境中工作的重要建筑物,必須選用軟化系數(shù)不低于0.75的材料建造。為了說明骨架密實型二灰碎石的水穩(wěn)定性,在每一齡期利用二灰碎石成型二組平行試件,一組浸水24h,另一組不浸水,同時測試它們的無側(cè)限抗壓強度,試驗結(jié)果列于表4一4及圖

24、4一4中。由表4一4可以看出,骨架密實型二灰碎石的抗水害能力明顯要優(yōu)于瀝青路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的二灰碎石,而且在二灰碎石強度形成初期,其抗水害能力較弱,當齡期達28天后其抗水害能力有明顯的提高。4.抗沖刷性能表面水通過各種途徑進入瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi),如果進入的水不能及時排出,而停留在面層和基層的交界面上,就會使得基層局部潮濕甚至接近飽和。在行車荷載作用下,路面結(jié)構(gòu)內(nèi)或基層材料中的自由水會產(chǎn)生相當大的水壓力,這種有壓力的水會沖刷基層材料中的細料,一次沖刷的量很小,但行車荷載的反復(fù)多次沖刷,就會積少成多,在裂縫中形成細料漿,在行車荷載反復(fù)作用下,細料將被逐漸擠壓出裂縫,形成瀝青面層上裂縫處的唧漿（瀝青

25、路面唧漿是地表水通過瀝青碎石面層滲入基層,使 基層軟化、膨脹,在車輛荷載的連續(xù)作用下,基層中細小顆粒從面層空隙噴射出來）現(xiàn)象。 行車荷載在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)引起的水壓力是如此之大,它不但可以沖刷級配集料基層中的細料,而且可以沖刷石灰穩(wěn)定基層材料中的細料?；鶎拥臎_刷程度與進入路面結(jié)構(gòu)層的水量大小有很大關(guān)系,進入的水愈多,沖刷程度愈大。沖刷程度還與基層材料本身有很大關(guān)系。對于未處治級配集料來說,集料中小于0.075mm的粉粒愈多,沖刷愈嚴重;對于無機結(jié)合料處治基層材料,穩(wěn)定細粒沖刷最嚴重,穩(wěn)定粒料土的沖刷程度隨集料中0.O75mm以下顆粒含量而變,細料含量愈多,沖刷愈嚴重。因此二灰碎石混合料的設(shè)計應(yīng)在滿

26、足行車荷載對其強度要求的前提下,盡量減少其縮裂,達到充分發(fā)揮二灰碎石板體性能的目的,而二灰碎石混合料的強度、溫縮、干縮以及抗沖刷性能與混合料的配合比、骨料的級配組成、氣候變化,施工條件等均有直接關(guān)系,其中混合料的配合比是其最主要的內(nèi)在因素。五、骨架密實型二灰碎石基層修筑技術(shù)研究了二灰碎石混合料的組成結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)對使用性能的影響，從而確定了具有優(yōu)良使用性能的混合料組成比例和結(jié)構(gòu)形成，此外對不同類型二灰碎石混合料的使用性能進行了較為全面的對比分析，在此基礎(chǔ)上，提出了骨架密實型二灰碎石混合料的配合比設(shè)計方法，同時研究了二灰碎石基層的施工工藝、質(zhì)量控制以及提高二灰碎石混合料早期強度的措施等。1.

27、 材料組成設(shè)計11 集料級配研究為了能夠在室內(nèi)較好地模擬施工現(xiàn)場振動壓路機對道路材料的壓實作用，在確定集料級配時，采用振動臺振實法進行逐級填充試驗。所謂逐級填充是將所選用的最大粒徑 D0集料( 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，選取 19 315mm 粒徑碎石) 為主骨料，以后各級的規(guī)格以工程習(xí)慣劃分，一般劃分為 9 5 19mm、4 75 9 5mm、2 36 4 75mm、0 6 1 18mm 等，每級粒徑集料的用量盡可能的填充前一級的空隙而對前一級或前幾級的骨架不構(gòu)成干涉為原則。（1）級填充振實試驗級填充振實試驗結(jié)果如圖 1 所示。由圖 1 可知，當 D1( 9 5 19mm) 用量為 D0用量的 20%時

28、，混合集料振實密度達到最大值。（2）級填充振實試驗以 D0、D1的用量比為 100 20 進行級填充試驗，結(jié)果如圖 2 所示由圖2可知，對于 D0集料，當其填充了 20%的 D1集料后，再填充20%的 D2( 4 75 9 5mm) 集料，其振實密度達到最大。（3）級填充振實試驗取 D0、D1、D2的用量比為 100 20 20 進行級填充試驗，結(jié)果如圖 3 所示。由圖3 可知，在 D0、D1、D2的用量比為 100 20 20時，填充 20%的 D3( 2 36 4 75mm) 集料，其振實密度達到最大。（4） 級填充振實試驗取 D0、D1、D2、D3的用量比為100 20 20 20 進行

29、級填充試驗，結(jié)果如圖 4 所示。由圖 4 可知，在最佳三級填充的基礎(chǔ)上，同樣是填充 20%的級填充料 D4( 1 18 2 36mm) ，其填充效果最佳。（5） 級填充振實試驗取 D0、D1、D2、D3、D4的用量比 100:20:20:20:20 進行級填充試驗，結(jié)果如圖 5 所示。（6）集料級配根據(jù)逐級填充試驗結(jié)果，不同填充水平下的二灰穩(wěn)定碎石主骨料級配如表1所示。將表 1 由填充試驗確定的集料級配轉(zhuǎn)換為日常使用的以篩孔通過率表示的集料級配，如表 2 所示。1 2 石灰、粉煤灰最佳比例研究研究表明，石灰和粉煤灰的比例有一個最佳值。以 7 天無側(cè)限抗壓強度為指標，取石灰與粉煤灰的比例為 1

30、2 1 5，來研究二灰的最佳比例，試驗結(jié)果如表 3 所示。試驗結(jié)果表明，隨著粉煤灰含量的增加，根據(jù)規(guī)范要求 ( 高速公路、一級公路，二灰穩(wěn)定碎石 7 天飽水無側(cè)限抗壓強度標準為 0 8 1 1MPa) 和經(jīng)濟、實用的原則，初步選定石灰 粉煤灰為 1 2 1 3，具體試驗采用 1 2 0 及 1 2 5 兩種比例。1. 3 二灰與集料最佳比例研究要使二灰穩(wěn)定碎石形成骨架密實結(jié)構(gòu)，二灰與集料之間有一適宜的比例。( 1) 集料密度試驗集料本身的密實狀態(tài)影響二灰的填充量，集料的密度一般分為堆積、振實、搗實密度。研究表明，搗實密度更接近重型壓路機下的集料密度，而且由此設(shè)計的二灰穩(wěn)定碎石性能更好。集料的搗

31、實密度試驗結(jié)果如表 4 所示。根據(jù)集料的密度 ( 空隙率) 和二灰結(jié)合料的干密度，便可通過計算，確定二灰結(jié)合料的用量。( 2) 配合比計算二灰穩(wěn)定碎石混合料的最大干密度以及二灰與骨料的配合比計算結(jié)果分列于表 5。( 3) 試驗室配合比確定按照級 級填充結(jié)果決定的集料級配制作試件。測定 7 天無側(cè)限抗壓強度，其試驗結(jié)果列于表 6。由試驗結(jié)果可以看出，級、級、級三種級配制作的試件其 7 天無側(cè)限抗壓強度均滿足規(guī)范的要求。其中在石灰: 粉煤灰 =1 2 0 及 1 2 5 的情況下，級填充試件強度最高。因此，選取級填充試驗結(jié)果作為集料設(shè)計級配。1 4 工地集料級配確定考慮到施工的方便性和經(jīng)濟性，避免

32、攤鋪過程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象，以級填充試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，對試驗級配進行適當?shù)恼{(diào)整，調(diào)整后的建議級配如表7 所示。根據(jù)前文確定的二灰與集料的比例 ( 二灰 集料= 21 79) ，即可確定二灰穩(wěn)定碎石施工配合比，如表 8 所示，其中建議級配 B ( 石灰 粉煤灰 集料 =7 0 14 0 79 0) 作為對比試驗。二灰穩(wěn)定碎石強度主要來源于兩個方面，集料顆粒的內(nèi)摩阻力和填充料的粘結(jié)力。采用逐級填充方法確定集料級配，并使粗集料形成骨架結(jié)構(gòu); 以搗實密度為基礎(chǔ)，通過理論計算結(jié)合試驗確定二灰與集料的最佳比例，從而使混合料形成骨架密實結(jié)構(gòu)。通過力學(xué)強度、穩(wěn)定性能、收縮性能、沖刷性能等方面對設(shè)計級配進行了檢驗。結(jié)

33、果表明，本文設(shè)計的骨架密實型二灰穩(wěn)定碎石各方面的性能都要優(yōu)于規(guī)范級配的二灰穩(wěn)定碎石。六、二灰碎石混合料的施工及質(zhì)量控制以下資料是文獻中所記載1999年，為了驗證實驗結(jié)果，在河南省新鄉(xiāng)市汲詹線鋪筑了試驗路,在此基礎(chǔ)上,在汲詹線上大面積推廣骨架密實型二灰碎石,共使用粉煤灰0.6萬多噸,鋪筑二灰穩(wěn)定碎石基層近20萬平方米。一、試驗工程中材料組成1.原材料(1)石灰采用新鄉(xiāng)產(chǎn)熟石灰(2)粉煤灰取自新鄉(xiāng)電廠和輝縣電廠2.配合比(l)面層采用3cm中粒式瀝青混凝土(AC一16一I),4cm中粒式瀝青混凝土(AC一20一I)。(2)基層采用20cm二灰穩(wěn)定碎石,試驗段碎石級配采用m級填充,具體配比如表6一1

34、所示。根據(jù)工地使用的材料,重新進行配合比設(shè)計,其比例為:石灰:粉煤灰:碎石二7.5:22.5:70,最大干容重為1.849/cm3,最佳含水量為10%,NaZC03摻量(占二灰重量)1%o新范線二灰碎石級配采用瀝青路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的級配,其配比為石灰:粉煤灰:碎石=5:15:80,最大干密度為2.039/cm”,最佳含水量為7.5%,NaZCO3摻量仍為l%。二、施工工藝1.拌和二灰穩(wěn)定碎石的拌和采用集中拌合,拌合時必須掌握以下幾點：(1)石灰粉煤灰要粉碎。(2)配料要準確。(3)含水量可略大于最佳含水量,含水量接近最佳值。(4)拌合要均勻。二灰穩(wěn)定碎石生產(chǎn)流程如圖6一1。2.運輸廠拌的二灰

35、碎石混合料可以用普通的自卸車運輸?shù)綌備伂F(xiàn)場,如果運輸距離太長,或混合料在運輸過程中可能變干,應(yīng)該用適當?shù)牟紝⑵涓采w,以防水份損失或沿路飛揚。3.攤鋪二灰碎石混合料運到工地后,應(yīng)該盡可能攤鋪均勻,并盡可能減少手工操作。本次攤鋪采用ABG攤鋪機攤鋪。用該設(shè)備攤鋪的混合料厚度均勻,混合料離析相對較小且平整度有大幅度提高。4.壓實壓實是鋪筑二灰穩(wěn)定碎石混合料的關(guān)鍵,在現(xiàn)場達到高的相對密實度,可使混合料具有良好的性能,鋼輪壓路機、輪胎壓路機和振動壓路機等都可用來有效地壓實二灰穩(wěn)定集料。由于二灰穩(wěn)定集料中主要為粒料,在壓實時粘性很小,所以輪胎壓路機和振動壓路機是最適宜的壓實工具。石灰粉煤灰混合料在加水拌合

36、后可以有較長時間進行有效的壓實,我國規(guī)范規(guī)定在拌和后24小時內(nèi)完成碾壓。5.養(yǎng)生石灰粉煤灰碎石混合料碾壓結(jié)束后,必須進行養(yǎng)生,養(yǎng)生可以在第二天開始,一般的養(yǎng)生期為7天。養(yǎng)生時要注意觀察表面失水情況,如水份不足應(yīng)加強養(yǎng)生的頻率,以避免由于夏季高溫失水太多從而較早產(chǎn)生干縮裂縫。三、試驗路數(shù)據(jù)檢測和施工質(zhì)量控制試驗路各材料強度檢測時,直接取現(xiàn)場拌合料成型試件,養(yǎng)生,測其無側(cè)限抗壓強度,其它項目檢測按部頒有關(guān)標準執(zhí)行。一、無側(cè)限抗壓強度汲詹線試驗段二灰穩(wěn)定碎石七天無側(cè)限抗壓強度,平均值為1.75MPa,代表值為1.64MPa,其遠遠大于規(guī)范規(guī)定的0.SMPa要求,新范線工程二灰穩(wěn)定碎石七天無側(cè)限抗壓強

37、度的代表值為1.05MPa.二、碳酸鈉含量的檢測由于新鄉(xiāng)電廠排放出的粉煤灰活性較低,不應(yīng)直接用于基層,需要摻加外摻劑來提高強度。外摻劑用量多少很重要,少則起不到作用,多則增加費用,因此需對碳酸鈉外摻劑的含量進行檢測,以確保外摻劑的用量,具體檢測方法如下:1.配制與工地完全一致的二灰碎石混合料各300克,共5份。2.按每份混合料中石灰與粉煤灰重量的0%、0.8%、1.6%、2.4%、3.2%稱取碳酸鈉,依次分別加入到混合料中。3.每份混合料中加入600ml蒸餾水,充分攪拌,以確保碳酸鈉。溶解,靜置澄清。4.用25ml輸液管取上部清液,輸入300ml錐形瓶中,加入少量蒸餾水(約10Oml)稀釋,滴

38、加4滴0.1%的甲基橙指示劑,用0.IN鹽酸溶液滴至橙紅色為止,記錄各混合料的滴定體積。5.以滴定體積為縱坐標,外加碳酸鈉為橫坐標畫圖,連成一條平滑曲線。6.工地混合料。含量測定時,取有代表性樣品300克,加水600ml,以同樣方法用鹽酸滴定,根據(jù)每次消耗鹽酸體積,從標準曲線查得相應(yīng)的該法可以較準確地評價現(xiàn)場二灰碎石混合料中摻入碳酸鈉的用量,為碳酸鈉摻入的二灰碎石混合料質(zhì)量控制提供依據(jù)。三、二灰碎石混合料級配控制以前在檢驗二灰穩(wěn)定碎石基層材料級配時,是把各種規(guī)格的集料按設(shè)計比例要求混在一起,再進行篩分計算,看是否符合規(guī)范給定的級配要求。然而在施工的實際操作中卻完全不盡然,由于石料規(guī)格的多變性和多家料場進料,同一規(guī)格的石料也不完全相同,機器進料輸送帶上的順序是粗集料、石灰、細集料、粉煤灰。為此單獨檢查集料的級配是否符合規(guī)范給定的要求是難以進行的。特別是作為無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石基層,從拌合場出料后,