水泥稳定碎石基层原材料及施工质量控制

摘要：本文结合内蒙某高速公路基层的施工，介绍了水泥稳定级配碎石基层的原材料质量控制以及拌合、摊铺、碾压、养生等施工工艺，并总结了其中的施工要点，以保证基层的整体质量。

关键词：水泥稳定碎石　基层　原材料　施工工艺　质量控制

公路由不同层数道路材料组成，无论是路基、垫层、底基层、基层，材料都必须符合有关规范的要求，以保证道路的整体质量。基层将行车荷载传给下层，同时给面层提供下承层，防止面层处于超应力状态。水泥稳定碎石是以水泥、碎石、石屑、水为原料，以适当的级配和配比拌和而成的半刚性材料。水泥是活性材料，其配比多少直接影响基层的强度及收缩变形。水泥过多，易产生收缩变形；水泥过少，不能形成一定的强度。一般情况下，水泥配比以3％～6％为宜。集料是水泥稳定碎石的主体，集料本身的质量及级配直接影响水泥掺量的大小、水泥的水化、混合料的拌和、摊铺、碾压乃至强度的形成。由此可见，基层从原材料的选取到设计施工过程中各个环节都必须重视起来。

1、水泥稳定碎石原材料的质量要求

1.1水泥质量及用量要求

水泥是级配碎石的稳定剂，质量至关重要。水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥，水泥初凝时间不得短于3h，终凝时间不宜短于6h，且水泥的各龄期强度、体积安定性、细度等指标均应符合规定要求，禁止使用立窑或小厂生产的水泥和快硬、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥，水泥的强度等级不应高于42.5级，宜采用32.5级(当采用32.5强度等级的水泥，用设计水泥剂量不能满足基层的强度要求时，可考虑采用强度等级为42.5级的水泥)。

相同的级配，随着水泥用量的增加，试件的无侧限强度升高，但是过多的水泥用量会导致裂缝增加，因此要限制水泥的用量。为了防止出现过多的裂缝，一些国家除了严格要求级配及水泥质量，还限制水泥用量，如美国和日本不超过6％，法国不超过5％。该段工程使用内蒙古乌兰水泥集团有限公司生产的水泥，各项指标满足设计要求，按水泥：级配碎石=4.5:95.5(重量比)的比例拌合混合料，要求成型的试件7d无侧限抗压强度不小于3.5Mpa。

1.2母岩的选择及碎石要求

基层对原材料要求较高。母岩山体应具有较薄山皮土，以减少细集料中土的含量，从而降低细集料的液限及塑性指数；层间水较多，会造成破碎后土杂质或石料水锈多，新鲜破碎面少，从而导致混合料嵌挤作用变差，因此母岩山体还应含有较少的层间水；若混合料中针片状含量较多，石料易断裂，从而导致混合料强度不足，产生永久变形，在内蒙古地区，由于山体片状岩石较多，应限制针片状的含量。

因本工程开挖山体中含有较多的碎石土等杂物，因此要求在石料生产前进行除杂。除杂在片石或砾石装车运输前进行，找一处有较大深度的台阶，按斜坡的方式搭建一定间隔的条棒，石料在由高处滚落至低处的过程中其中的细料就会被条棒过滤掉。片石挑拣筛网设置示意图如1-1所示。

生产作业的简化形式如图1-2所示：

原材料破碎、筛分、堆放的场地应重视，场地选择不合适会造成石料的后期污染。如果碎石加工场地选址不当，虽然在轧制过程中材料很干净、质量状态很好，可是在堆放很短时间内因工况条件会造成材料的质量降低。

本工程原材料加工场地置于开阔地段，避免设置在一个周围高、中心低的凹陷地段。为防止材料中混入土和其他杂质，各碎石场中的材料堆放场地必须用水泥混凝土或水泥稳定碎石进行硬化，硬化前，对原地面进行充分的压实。

生产石料规格为：0-3mm，3-5mm，5-10mm，10-20mm，20-31.5mm。轧制好的石料满足设计要求，最大粒径不超过37.5mm，压碎值不大于20％；针片状颗粒的含量不超过15％。工程使用水没有限制，生活饮用水即可。

2、配合比设计

设计时应严格控制细集料含量，大量试验证明：0.5mm及以下档细集料对水泥稳定基层的干、缩性负面影响很大，应使其通过量位于规定值的中、下限范围，同时要求液限小于28％，塑性指数小于9。本工程设计配比为0-3mm:3-5mm:5-10mm:10-20mm:20-31.5mm=25:1918:24:14，级配曲线图如2-1所示：

经测定，0.5mm以下细粒土液限为22％，塑性指数为5-3％，满足要求。按照各挡料设计的掺配比例进行击实试验，确定最佳含水量为5.4％，最大干密度为2.37。制作水稳试件进行7d养生，7d平均无侧限抗压强度达到4.0Mpa,满足设计要求。实践证明，采用上述设计的混合料的强度和稳定性较好，而且能有效防止基层出现早期裂缝。

3、施工质量控制

3.1拌合

首先对拌合设备进行标定(包括静态与动态标定)，使混合料的颗粒组成、含水量以及水泥用量都满足要求。集料的颗粒组成发生变化时，应重新标定设备。拌和时应配料准确，拌和均匀，拌和的含水量可以比最佳含水量大0.5％～1.0％，以补偿施工过程中水分蒸发的损失，并根据集料含水量的大小、气候及气温变化的实际情况(早、中、晚)以及运输和运距情况及时调整加水量，确保施工时集料处于最佳含水量。本工程混合料最佳含水量为5.4％，拌合时考虑内蒙古气温以及风的影响，使用含水量为6.0％，根据实际施工中拌合混合料水泥剂量的稳定情况，适量增加水泥剂量，采用的水泥剂量比室内试验确定的剂量多0.5％，以保证混合料的质量。施工过程中要求从加水拌和到完成压实工作的时间不超过2h，严禁超过初凝时间。

3.2摊铺与碾压

摊铺前，下承层应洒水保持湿润；摊铺时，掌握好断面尺寸、标高和松铺厚度，松铺系数参考值为1.2-1.4，本工程通过试验采用1.25。摊铺方法主要有两种：第一种是采用摊铺机摊铺，优点是需要施工机械的配合人员少、施工速度快、平整度及高程易掌握；缺点是由于摊铺机为旋轮传送集料，摊铺机的横断面中间与两侧集料易出现粒径不均匀、离析的现象；第二种方法是采用平地机摊铺，优点是可以大面积施工，减少纵向接缝；缺点是施工机械的人员配合多，基层的厚度上易出现上下部分集料粒径不均匀的现象。

本工程基层采用两台423ABG混合料摊铺机进行梯队摊铺，摊铺前对已铺筑的下承层不平的地方进行整形，清除底基层的浮土与杂物，并适当洒水湿润。摊铺机摊铺时，通过感应两侧挂线来控制高程及方向，采取半幅全断面一次摊铺成型的方法，以减少接头。摊铺时两边各配置两个工人对松铺层边缘进行修整，并对摊铺机摊铺不到或摊铺不均匀的地方进行人工补料，后面跟工人用3m直尺检测平整度，以确保基层平整度。摊铺时采用两台摊铺机一前一后相隔5m-10m同步向前把混合料按松铺厚度、设计宽度和横坡均匀摊铺，一起进行碾压，以避免纵向接缝。摊铺过程应注意拌合机出料的速度，适当调整摊铺速度，使速度维持在2-2.5m/min，尽量减少停机等待的情况。

3.3养生

水泥稳定碎石压实成型后，必须在潮湿状态下养生，养生期一般不小于7d。养生方法主要有以下3种：

(1)用不透水塑料膜或草帘覆盖养生；(2)及时喷洒透层油(乳化沥青)养生；(3)洒水养生。

本工程采取喷洒透层油(高渗透乳化沥青)，在基层施工完成后2h内均匀撒布。养生7d后开始取芯。本工程基层抽芯频度为每1000m3个，每一作业段不少于2个。从芯样的完整性可间接判断强度或观测基层芯样内部是否存在裂缝隐患，当芯样松散体积不超过1/4即为完整芯样。本工程取芯情况良好，说明设计施工过程中质量控制满足要求。

4、结语

水泥稳定基层原材料及施工质量控制主要有几方面：(1)原材料控制及试验检测。科学严谨的选好母岩料场，使用正确的加工工艺生产石料；做好级配、含水量、水泥剂量、压实度和无侧限强度等检测。(2)施工工艺。从拌和到摊铺尽量用最短的时间，拌和、运输、摊铺、碾压、整平等工序应在水泥终凝时间内完成，一般要求在2h以内。(3)养护与交通管制。特别是已开放交通的基层要定期洒水养生，使基层保持在潮湿状态。

总之，水泥稳定碎石的施工过程中，应从原材料选择、配合比设计、现场施工、检测等各个环节严格把关，才能保证施工质量，达到设计目标。