淺談水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層配合比設計與施工控制

張明輝

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

河南省洛陽西南環(huán)城高速公路西起連霍高速，東接洛少高速，全長35.68公里,設計路基寬26m,設計速度100km/h，地理環(huán)境以丘陵與平原相間為特點。我合同段位于洛陽市伊川縣境內(nèi)，主線全長4.68公里,其中路基部分 3.642公里。

目前我國高速公路路面廣泛采用半剛性基層，路面基層作為路面的主要承重層，與其上鋪筑的瀝青混凝土面層一起承受車輛荷載，基層的質(zhì)量決定了路面的使用性能和壽命，是十分關鍵的施工質(zhì)量控制環(huán)節(jié)?？刂苹鶎拥馁|(zhì)量關鍵是控制原材料的質(zhì)量、選擇恰當?shù)呐浜媳群褪┕すに嚒；鹆﹄姀S發(fā)電過程中排放的粉煤灰作為基層材料具有強度高、板結(jié)性好、水穩(wěn)性及抗凍性好的特點，使水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石路面結(jié)構(gòu)層近年廣泛的應用在路面結(jié)構(gòu)層中，下面就本項目路面結(jié)構(gòu)層所采用的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層施工有關的配合比設計及施工控制作一下介紹。本項目主線路面設計厚度72.6cm，底基層18cm，基層為36cm，均為水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石，瀝青混凝土面層18cm。

1 配合比設計

設計擬定配合比 水泥：粉煤灰：碎石為5∶15∶80，7天（20℃條件下濕養(yǎng)6天，浸水1天）齡期無側(cè)限抗壓強度≥3.0MPa，混合料壓實度(重型擊實標準)≥98%。

1.1 配合比設計的要求

1.1.1 通過試驗選取最適宜于水泥穩(wěn)定的材料，確定結(jié)合料用量和混合料的最佳含水量和最大干密度。

1.1.2 為減少基層裂縫，應注意以下幾點：①保持各種材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性；②材料級配合理，盡量減少細料比例。通過0.075mm篩孔的顆粒含量應控制在5%～7%之間；③在保證強度的情況下，盡量減少水泥劑量；④根據(jù)施工時氣候條件控制含水量；⑤做好養(yǎng)護工作及時進行上層施工，減少暴露時間，以免使其過分變干而產(chǎn)生干縮裂縫。

1.2 材料情況

1.2.1 水泥：采用洛陽中合祥水泥廠生產(chǎn)的香山牌P.032.5級路用水泥。其檢驗結(jié)果為：細度2.0%，安定性（沸煮法）合格，初凝340 min，終凝465 min，3d抗壓強度 22.9 MPa，28d抗壓強度 42.4 MPa，3d 抗折強度 3.5 Mpa，28d 抗折強度6.9 Mpa。

1.2.2 粉煤灰:采用伊川第二火力發(fā)電廠排放的粉煤灰。其化學分析檢驗結(jié)果為：SiO2為56.24%，AI2O3 為23.72%，F(xiàn)e2O3為6.50%，細度（≤0.074mm通過量）為71%，燒失量為4.28%。

1.2.3 碎石：采用產(chǎn)地宜陽10～30mm、5～10mm、石屑三種規(guī)格的碎石。

通過對以上三種規(guī)格單粒徑集料的篩分，用試算法進行計算，確定摻配比例是10～30mm碎石∶5～10mm 碎石∶石屑=49∶21∶30，其顆粒組成范圍按JTJ034-2000《公路路面基層施工技術規(guī)范》中表3.2.2的2#級配摻配。

1.3 確定水泥劑量的摻配范圍

根據(jù)設計擬定配合比、材料的性質(zhì)及規(guī)范要求，水泥劑量按3%、4%、5%、6%、7%五種比例、粉煤灰摻量按6%、10%、14%三種比例配制.其中3%、4%水泥劑量的粉煤灰摻量只按8%一種比例摻配。

1.4 確定最佳含水量和最大干密度

水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石各種摻配比例的擊實試驗結(jié)果（表1）

1.5 測定7d無側(cè)限飽水抗壓強度

水泥類路面穩(wěn)定混合料強度試件的制備，按現(xiàn)行技術規(guī)范規(guī)定采用φ150×150mm的圓柱體試體，每種水泥劑量（每組試件）按13個試件配制，試件壓實度按98%控制。嚴格按照計算的質(zhì)量稱重，試件脫模時應輕拿輕放，以免混合料脫落造成質(zhì)量損失過大。

1.6 確定試驗室配合比

根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，除3%的水泥劑量外，雖然其他四個不同水泥劑量、四個不同粉煤灰摻量的配合比無側(cè)限抗壓強度已能滿足設計要求，但考慮到后期強度的增長及耐久性和工程的經(jīng)濟性，確定試驗室配合比水泥∶粉煤灰∶碎石=4∶8∶88。

1.7 確定生產(chǎn)配合比

我標段基層施工采用拌和站集中生產(chǎn)，攤鋪機進行攤鋪。按照規(guī)范規(guī)定，水泥劑量增加0.5%，含水量視環(huán)境情況、運距較最佳含水量提高1%～2%，即生產(chǎn)配合比為水泥∶粉煤灰∶碎石=4.5∶8∶87.5 。

1.8 延遲時間的測定

水泥是一種水硬性膠凝材料，與水拌和后即發(fā)生水化反應。水泥的水化反應是一系列復雜的物理-化學反應過程。由于水化的作用，混合料的最大干密度及強度隨時間的變化有明顯的影響，延遲時間越長，最大干密度及強度損失就越大。

2 拌和控制

基層采用集中廠拌，廠內(nèi)設WCB-500型拌合設備一套，共有4個存料倉分別用于輸送粉煤灰、10～30mm 碎石、5～10mm 碎石、石粉，兩臺裝載機負責上料。

2.1 生產(chǎn)配合比調(diào)試

2.1.1 測量原材料倉各種單一材料各種轉(zhuǎn)速皮帶孔下單位時間出料重量。

2.1.2 測定各原材料有代表性的含水量。

2.1.3 粉煤灰用量較小，先采用轉(zhuǎn)速較低的參數(shù)；集料用量大，采用較大的參數(shù)試算。

2.1.4 計算調(diào)試好轉(zhuǎn)速后的各原材料的天然含水量，再計算混合料的設計含水量，一般增加1%～2%，相減得到應加水量。

按照計算轉(zhuǎn)速值設定拌合機，并開機試拌，3～5min正常后，取樣檢測級配、灰劑量、含水量，對不符要求的進行調(diào)整，直至達到設計要求，制件進行7d無側(cè)限抗壓強度的試驗，試驗結(jié)果滿足設計要求。在施工過程中要根據(jù)天氣情況調(diào)整加水量。

2.2 拌和控制要點

拌和站要控制好混合料的級配、灰劑量、含水量。原材料含水量要有代表性，特別是粉煤灰含水量較大；碎石原材料級配要穩(wěn)定，在施工過程中應經(jīng)常定時進行檢測，并與施工現(xiàn)場經(jīng)常聯(lián)系了解現(xiàn)場情況；粉煤灰、石粉中不可避免含有超粒徑石塊、泥塊等雜物，在料倉頂加設篩子，粉煤灰、石粉在原料倉皮帶終點到主皮帶前加裝鋼制網(wǎng)柵，并配專人對超大粒徑雜物剔除，才能保證混合料的質(zhì)量。

3 施工控制

3.1 原材料控制

合格的原材料是保障工程質(zhì)量的基礎。根據(jù)料源篩孔的情況和設計要求，要選擇強度、顆粒規(guī)格、針片狀含量、含泥量等均符合要求的材料，嚴格做好各種材料的進場試驗，杜絕任何不合格的材料進場；所有材料應分開存放，不得串混；細集料應加以覆蓋，防止雨淋。

3.2 試驗段鋪筑

基層厚36cm，分兩層進行施工，為驗證配合比是否合理，并獲得與施工有關的技術成果數(shù)據(jù)，利用試驗段成果指導和控制全線施工；對于設計不合理的地方可及時修改設計，使之符合實際情況。因此要求試驗段應具有代表性、準確性和真實性。通過試驗段取得①松鋪系數(shù)；②混合料攤鋪方法和適用機具；③含水量的增加和控制方法；④壓實機械的選用和組合，壓實的順序、速度和遍數(shù)；⑤拌和、運輸、攤鋪和碾壓機械的協(xié)調(diào)和配合；⑤確定每一作業(yè)段的合適長度；⑥確定一次攤鋪的合適厚度；⑦合理組織拌和、運輸、攤鋪等工序，縮短延遲時間。整個過程的每一個工序都要進行跟蹤檢測，取得必要而準確的檢測數(shù)據(jù)，做好詳細的記錄，妥善保管，作為總結(jié)和分析的依據(jù)。

3.3 施工工藝

在開工前應認真做好標準試驗，選擇合適的級配曲線，保證施工中材料的差異亦能控制混合料的篩分。要重視試驗段的施工，確定合適的拌和、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等工藝。

3.3.1 測量放樣。底基層完成經(jīng)驗收合格后，恢復中線，直線每10m一個樁，曲線5m。根據(jù)試驗段成果，壓實系數(shù)為1.28，松鋪厚度23cm，放設導向鋼絲標高。

3.3.2 下承層的清理。下承層的壓實度和平整度應符合有關規(guī)范的要求，沒有任何松散的材料和軟弱地點，對表面雜物進行清理，為保證基層與底基層和基層與基層的結(jié)合面，在攤鋪前均勻灑水泥漿，每50m2/100kg。

3.3.3 混合料拌和。拌和機和攤鋪機的生產(chǎn)能力應相互匹配。拌和設備安裝調(diào)試后應進行標定，確定合理的皮帶轉(zhuǎn)速，應通過拌和后混合料篩分符合要求進行驗證，要求配料準確，拌和均勻。拌和出來混合料的含水量要略大于最佳值，使混合料運到現(xiàn)場攤鋪后碾壓的含水量不小于最佳值，在拌和過程中應根據(jù)集料和混合料含水量的大小，及時調(diào)整加水量。

3.3.4 運輸。根據(jù)拌合機產(chǎn)量和運距確定運輸車數(shù)量，混合料應覆蓋，以減少水分損失和防止雨淋。

3.3.5 攤鋪。將水泥穩(wěn)定碎石混合料通過自卸汽車直接卸入攤鋪機的料斗內(nèi)，由攤鋪機均勻攤鋪。攤鋪速度一般在1.2m/min，運輸車數(shù)量應滿足攤鋪機均速連續(xù)作業(yè)，車型與攤鋪機匹配。要保持出料倉內(nèi)混合料的高度穩(wěn)定，減少停、開機的次數(shù)，攤鋪過程中專人對松鋪厚度、平整度進行檢測，經(jīng)常檢查導向鋼絲和調(diào)整傳感器。在攤鋪機后配4～6人對有離析和不平整處進行處理。

3.3.6 碾壓。壓實機械采用兩20t振動壓路機，一臺20t膠輪壓路機，攤鋪50～80m進行碾壓，碾壓順序為：靜壓（2遍）-弱振（1遍）-強振（3遍）-膠輪靜壓（1遍）；碾壓應按先邊后中，先低后高的順序進行，碾壓速度靜壓和弱振時控制在 1.5～1.7km/h，強振時控制在 2.0～2.5km/h，膠輪壓路機2km/h，碾壓時輪跡重疊1/3 輪寬。碾壓過程中縱向接頭應呈階梯狀錯開，避免在同一橫斷面上，以消除碾壓段產(chǎn)生的微小波浪。碾壓完成后對壓實度、標高進行檢測。

3.3.7 養(yǎng)生及交通管制。及時養(yǎng)生尤為重要，一般采用草袋或麻袋覆蓋，也可用養(yǎng)生膜進行覆蓋。灑水養(yǎng)生至少14天，其間要做好交通管制工作，禁止車輛通行（施工車輛要限速通行）。

4 檢測驗收

鋪筑完成后對壓實度、平整度、高程寬度、橫坡進行檢測，7d后壓試件強度?，F(xiàn)場鉆取芯樣檢測厚度及壓實情況，要求芯樣完整。

5 結(jié)語

綜上所述，路面基層混合料的配合比設計，應滿足基層的強度、工作性以及經(jīng)濟性。所選用的材料既要滿足采集、運輸方便、拌和攤鋪容易、成本低；又要達到路面基層的最好強度和長期穩(wěn)定。在溫度、水文、氣候的影響下，不開裂或少開裂。在施工中，在充分估計施工富裕強度時要從縮小施工偏差入手，不能以提高水泥用量的方式提高路面基層強度，嚴格控制每一施工環(huán)節(jié)是保證路面基層施工質(zhì)量的關鍵。

[1]張嘎吱.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層配合比設計和路用性能研究[J].長安大學，2004-05-01.