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二灰碎石基层若干技术问题的探讨

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二灰碎石基层若干技术问题的探讨

摘要:本文针对二灰碎石基层的集料最大粒径、级配及混合料配合比计算、压实度质量控制4个方面问题进行了探讨,对现行公路基层施工技术规范某些规定提出自己的见解,可供有关工程技术人员参考。关键词:二灰碎石 基层 技术问题 探讨

二灰碎石基层即为石灰、粉煤灰稳定粒料基层,一般也叫二灰结石或三渣基层。它是在粒料中掺入适量的石灰和粉煤灰,按一定的技术要求,将其拌和均匀摊铺的混合料在最佳含水量时压实,经养生成型的一种路面基层。其中石灰和粉煤灰为胶结材料,粒料起骨架作用。二灰碎石基层属于半刚性基层类型,具有明显的水硬性、缓凝性、板体性、一定的抗裂性,但抗磨差,强度形成受温度和湿度影响很大。 二灰碎石基层所用材料来源广泛,可就地取材,且施工方便,强度高。形成板体后,具有类似贫混凝土的性质,水稳性、抗裂性也较好。由于这些优点,使二灰碎石基层得到广泛应用。近十年来,已成为我省高等级公路的必选路面基层类型。 尽管二灰碎石基层的应用已有较长时间,也有许多研究,但直到《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-93)(以下简称基层规范)发布,才较全面地规定了具体的施工技术要求,这对指导二灰碎石基层施工起到很好的作用。但执行中也出现一些问题值得进一步商榷,在此笔者就下列几个方面进行探讨。 1 混合料的最大粒径 基层规范规定用于二级及二级以下的公路,集料最大粒径不应超过50mm ,用于高速公路和一级公路最大粒径不应超过40mm 。集料粒径大,来源范围广,加工产量高,节约资金,施工中碾压较稳定,但从保证路面平整度、减少拌和摊铺机械磨损来看,是不利因素。一般要求最大粒径取(1/4~1/5)层厚,考虑到二灰碎石基层每层15~20cm ,故最大粒径在40~50mm 是合适的,对二级以下的公路及分二层或多层做的下层,从节约的角度,可放宽到60mm 。2 混合料的级配 90年代初期以前,我省广泛使用的二灰碎石基层基本都是无级配的,集料粒径组成一般比较均匀,5mm 以下细集料很少,集料最大粒径较大,一般为50mm ,且集料占混合料总重75%以上。施工采用路拌法,用旋耕犁或人工拌和,条件好一点的用平地机刮平,压实时要求混合料含水量较大,碾压时要求提浆上来。用钻芯取样的方法检查使用效果,强度形成后,板体性很好,强度很高,由于骨料含量高,干缩及温度裂缩不明显,但缺点是早期强度低。这种施工特点是简单方便、容易掌握,施工的二灰碎石基层使用效果也可以。 基层规范对集料要求有级配,要求混合料中集料的颗粒组成如表1。值得说明的是表1是指二灰碎石混合料中集料的颗粒组成,而非二灰碎石混合料的组成。规范规定集料的重量应占80%~85%。结合料则占15%~20%,可以计算得5mm 以下集料重量占的比例为57.5%~60%。据有关研究,50mm 以下集料重量比占60%左右,干缩裂缝问题应当注意。从我省执行规范的情况看,宁连、宁通公路的二灰碎石基层出现较多干缩裂缩,也证明了规范的级配偏}细,特别5mm 以下集料的含量偏高。 表1 通过下列筛孔(mm)的重量百分率(%)

编号 40 30 20 10 5 2 1 0.5 0.075

1 100 90~100 60~85 50~70 40~60 27~47 20~40 10~30 0~15

2 100 90~100 55~80 40~65 28~50 20~40 10~20 0~10

针对宁连公路上二灰碎石施工中出现的问题,进行了专题研究。研究的目的是减少混合料中5mm 以下集料的含量,以减少或延缓裂缝。为此进行大量的室内试验,并做了试验路段。试验路段有几种级配类型,也有无级配的类型。无级配的二灰碎石的集料采用31.5~13.2mm(方孔筛)的规格料,即俗称4、6、8规格的料。研究结果推荐使用的集料标准级配组成如表2。用此级配,并考虑二灰碎石中集料中保证80%的含量不变,则二灰碎石混合料的级配如表3。用改进的级配施工,混合料有足够的细料,能保证拌和时

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网 W W W .Z H U L O N G .C O M 不产生较严重的离析,摊铺时能达到要求的平整度,同时明显减少或延缓了干缩及温缩裂缝。而无级配集料的二灰碎石施工,必须混合料含水量大,碾压时要提浆,才能保证粒料的胶结,形成强度过程中,有少量裂缝。由于集料粗,细料少,平整度差一些,但从使用情况看,强度较高,且板体性很好。 笔者认为二灰碎石的集料应当减少5mm 以下的含量,可采用表2推荐的级配,对于平整度要求不高的,可采用无级配集料的二灰碎石。

表2

通过下列筛孔(mm)的重量百分率(%)

40 30 20 10 5 2.5 0.5 0.075

100 84.5 73.0 47.5 37.5 30.0 20.0 6.0

100 71~98 58~88 35~60 30~45 25~35 10~30 3~9

表3 通过下列筛孔(mm)的重量百分率(%)

40 30 20 10 5 2.5 0.5 0.075 100 80 51.5 31 19.5 11 5 2

100 71~90 38~65 20~42 8~31 2~20 0~10 0~4

3 混合料的配合比计算 基层规范的级配计算完全依赖于试验的结果,缺乏强度理论的指导。为此,笔者根据强度理论,提出了二灰碎石混合料的组成假设,并推导出计算配合比的公式。 根据强度理论,二灰碎石基层强度形成有两方面。一方面依靠粒料的骨架嵌挤作用,另一方面依靠结合料的胶结作用。考虑到减少干缩裂缝和温缩裂缩,强度主要依靠粒料的骨架作用,形成整体强度则依靠结合料的胶结作用。为充分发挥结合料和粒料两者各自的作用,共同压密面成为密实型的结构,混合料的组成原则上假设:在一个单位实方体的混合料中,粒料的最大用量为一个单位松方量,结合料以最佳压实状态填充粒料的剩余空隙。 根据上述假设,其计算方法如下: (1)确定结合料与粒料的配合比 ①粒料的松散干容重为γ1,平均比重为ρ,则一个单位实方体中粒料占有的体积V1=γ1/ρ; ②结合料占有体积V2=1-V1; ③结合料的最大干密度为γ2,最佳含水量为W2,则结合料在单位实方体中占的重量为γ2V 2=γ2(1-V1); ④混合料最大干密度为γ0,根据实方体中混合料的重量为结合料与粒料两部分重量之和,则有1·γ0=1·γ1+γ2V2 即γ0=γ1+γ2V2 (1) ⑤计算结合料与粒料的重量比 结合料/粒料=γ2V2/γ0∶γ1/γ0 (2) ⑥示例 粒料由于级配不同,松装干容重γ1可取1.4~1.7t/m3,若其平均比生ρ以2.7计,计算结果如表4。

表4 粒料松方密度 ν1

1.4 1.5 1.55 1.6 1.7 V1=γ1/ρ

0.52 0.56 0.57 0.59 0.63 V2=1-V1

0.48 0.44 0.43 0.41 0.37 V2/V1 48/52 44/56 43/57 41/59 37/63

ν2V2 0.61 0.56 0.55 0.52 0.47

筑龙网 W W W .Z H U L O N G .C O M ν2V2 0.61 0.56 0.55 0.52 0.47

ν0 2.01 2.06 2.10 2.12 2.17 结合料/ 粒料

30/70 27/73 26/74 25/75 22/78 石灰/ 粉煤灰/ 粒料 7.9/ 23.5/

68.8 7.4/ 21.1/ 71.5 7.3/ 20.3/ 72.4 7.3/ 19.4/ 73.3 6.7/ 17.1/ 76.2

(2)确定结合料中石灰和粉煤灰配合比 结合料中石灰和粉煤灰的最佳配合比为1∶4,但在混合料中,石灰剂量除了最佳配比用石灰量外,还应考虑粒料表面裹复吸附的石灰剂量,其值可按粒料重的3%计。因此,石灰剂量既要考虑最佳配比中用量,又要考虑粒料表面裹复吸附用量,下面举例说明: 例如,计算结果结合料与粒料重量比为26∶74,而石灰与粉煤灰最佳配比为1∶4,则石灰剂量为26/5+74×3%=7.42 粉煤灰剂量为(4/5)×26=20.8 混合料总重为7.42+20.8+74=102.22 石灰∶粉煤灰∶粒料=(7.42/102.22)∶(20.8/102.22)∶(74/102.22)=7.3∶20.3∶ 72.4 故实用结合料与粒料重量比为1/2.8。 从示例看出,石灰剂量在5.5~4.9之间。根据施工经验,石灰剂量不宜低于5%,因为石灰太少,结合料的胶结作用得不到保证。一般计算结果中石灰剂量小于5%,要予以调整。 4 压实度质量控制 二灰碎石基层中粒料最大可达40或50mm ,用作底基层中达50或60mm ,这样大粒径的混合料做重型击实试验,限于试筒的容积,无法得到较准确的最大干密度和最佳含水量。根据《公路路面基层材料试验规程(JTJ057-85)》规定,粒料最大粒径宜控制在25mm 以内,最大不得超过40mm(圆孔筛)。实际试验发现平行试验的结果离散很大,而且击实时易击碎粒料,因此有必要改进方法。 在配合比计算过程中,不难发现影响最大干密度的主要因素是结合料的压实度,有了结合料的最大干密度,就可求得二灰碎石的最大干密度。 计算方法推导如下: ①结合料与粒料的重量比为x ∶y ,且x+y =1,x 、y 均为小数; ②结合料的最大干密度为γ0,则混合料的体积为1/γ0; ③粒料的体积为y/ρ,结合料的体积为x/γ2; ④根据混合料的体积为结合料与粒料两部分体积之和,有下式 1/γ0=x/γ2+y/ρ γ0=1/(x/γ2+y/ρ) (3) ⑤结合料的最佳含水量为Wm ; 粒料的湿润含水量为Wa ,一般碎石以4%计,砾石以3%计; 混合料的最佳含水量为W0; 混合料含水重量为结合料与粒料两部分含水量之和 W0=xW0+yWa (4) 根据(3)和(4)式,只要用击实试验求得结合料的最大干密度和最佳含水量,再材料配合比,就可以计算出二灰碎石的最大干密度和最佳含水量。 工地检查二灰碎石的密实度可以用灌砂法测得湿密度和含水量,求得干密度,将其与最大干密度相比较,一般要求压实度在95%以上。5 结束语 综上所述,可以得出下列结论: (1)二灰碎石的集料最大粒径在40~50mm 是合适的,对二级以下的公路及分二层做的下层,可放宽到60mm 。 (2)二灰碎石的集料应当减少5mm 以下的含量,可采用表2推荐的级配,对于平整度要求不高的,可采用集料无级配的二灰碎石。 (3)二灰碎石混合料配合比为γ2V2/γ0∶γ1/γ0,结合料中石灰剂量考虑二灰最佳配比和粒料表面的裹复吸附量,不宜低于5%。 (4)二灰碎石基层的最大干密度和最佳含水量分别为: γ0=1/(x/γ2+y/ρ) W0=xW0+yWa (5)二灰碎石混合料配合比计算方法及最大干密度和最佳含水量计算公式同样适用于其它如石灰土稳定粒料、水泥土稳定粒料等基层。