路面基层材料的设计与施工

摘要:石灰粉煤灰碎石作为半刚性基层材料具有优良的路用性能，有结构密实、孔隙率小、透水性小、水稳性好、适用于机械化施工、强度高、刚度大、便于就地取材、经济实用等特点，因此成为我国半刚性基层中最为广泛的路用材料。通过严格的试验检验和控制方法，才能保证石灰粉煤灰碎石的质量。通过对含灰量的检测，保证拌合过程灰剂量符合设计要求，通过对强度进行检测，保证路面基层的强度、稳定性。压实度合格，保证路面基层的压实质量。使路面基层材料符合设计标准要求。

关键词：路面基层材料 设计施工

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言：路面基层设置在路面面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要的承重作用。是路面结构中的承重层，基层材料设计与施工质量是影响路面使用性能和使用寿命的关键因素。目前，我国公路中多采用半刚性材料如石灰粉煤灰碎石作基层，这种材料具有结构密实、孔隙率小、透水性小、水稳性好、适用于机械化施工、强度高、刚度大、便于就地取材、经济实用等特点，因此成为我国半刚性基层中最为广泛使用的材料。在北京，从京津塘到近年来修建的京石高速、八达岭高速、京沈路、京开路、四环路、五环路、六环路、京承一、二、三期工程都采用石灰粉煤灰碎石作为基层材料。我们以石灰粉煤灰碎石为例，对路面基层材料的设计及施工进行论证。

一、路面基层材料的设计

石灰粉煤灰碎石的组成设计主要是根据强度标准，通过试验选取合适的石灰、粉煤灰、集料等原材料。混合料的组成设计主要是确定必需的最佳结合剂剂量、设计合理的集料的级配，通过试验确定混合料的最佳含水率和最大干密度。设计出符合强度要求的石灰粉煤灰碎石配合比。

原材料的选取

1.1、石灰

石灰是石灰粉煤灰砂砾中形成连结强度的主要成分，在混合料中的水和自然因素作用下，通过一系列的扩散反应、离子交换、结晶反应、火山灰反应等物理化学反应，在集料中形成不溶于水的胶凝结构，使石灰粉煤灰碎石强度和稳定性提高。影响石灰粉煤灰碎石强度性能的石灰主要是其中有效氧化钙和有效氧化镁含量。《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）规定：用于制备石灰粉煤灰碎石的石灰可以采用生石灰或消石灰，对高速公路及一级公路，一般要求石灰用Ⅲ级以上磨细生石灰。本次试验选取房山灰粉厂生产的磨细生石灰粉，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中的试验方法，对其性能指标进行检测，检测结果见表1。

表1 石灰指标试验结果

从表1中可见，该石灰满足要求，可用于配制石灰粉煤灰碎石。采购的石灰，应尽量缩短存放时间，防止有效氧化钙和有效氧化镁的损失，如存放时间较长，应采取覆盖封存措施妥善保管。使用前应进行材料的复试，试验合格才能用于混合料的拌合过程。

1.2、粉煤灰

粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集的细颗粒粉末，是一种无机结合料，其主要成分有Si02、Al203、Fe203、CaO等。石灰粉煤灰碎石中粉煤灰的作用主要是提供SiO2以保证火山灰反应的进行。因此，应对粉煤灰进行物理、化学成分分析，其控制指标有：氧化物含量之和、烧失量、比表面积、细度。其中，氧化物含量是决定粉煤灰活性的主要指标，应大于70%。烧失量从另一侧面评价粉煤灰活性，烧失量过大，粉煤灰的活性降低，石灰粉煤灰碎石中粉煤灰的烧失量应不超过20%。粉煤灰的细度直接影响其与石灰混合后反应生成物的数量，影响混合料的强度，粉煤灰的颗粒越细，比表面积越大，粉煤灰的活性越能充分发挥，混合料的抗压强度就越高。粉煤灰的细度采用的指标是比表面积，石灰粉煤灰碎石中使用的粉煤灰比表面积应大于2500cm2/g，或粉煤灰细度90%通过0.3mm筛孔，70%通过0.075mm筛孔。本次试验的粉煤灰取自承德电厂，粉煤灰的主要技术指标及技术标准如表2。

表2 粉煤灰指标试验结果表

由表2中可见，粉煤灰的各项指标均符合规范要求。适合作石灰粉煤灰碎石的原材料。拌合过程中为防止粉煤灰扬尘，应对粉煤灰及时打水，也不能使粉煤灰颗粒凝聚成团；使用前，将成块粉煤灰打散，清除其中的树根、杂草等杂质。随时检测粉煤灰的含水量，湿粉煤灰的含水量不能超过35％。

1.3、集料

石灰粉煤灰碎石强度主要来源于集料本身强度及集料颗粒之间的嵌挤力，因此，除应保集料本身的质量，还应使集料具有良好的级配。评价石灰粉煤灰碎石用集料的指标有压碎值和级配范围。本次进行石灰粉煤灰碎石配合比设计选用的集料为房山产的集料。试验压碎值结果及规范要求见表3

表3 集料压碎值试验结果表

为保证混合料的强度形成，为混合料提供强度骨架，碎石还必须具有合理的级配。碎石级配规范要求及试验结果见表4。

表4石灰粉煤灰碎石集料级配范围与试验结果表

表中级配范围是2000年《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）中石灰粉煤灰稳定材料用作高速公路及一级公路基层施工的级配要求，是根据强度高、干缩性小和抗冲刷能力强提出的，我们的试验结果级配符合级配范围要求，压碎值也符合高速公路及一级公路对集料的用料要求，可以用作石灰粉煤灰碎石配合比设计。

2、石灰粉煤灰碎石配合比设计

对原材料按设计要求确定5个不同的配合比，石灰粉煤灰碎石的最大干密度和最佳含水量是混合料的基本参数，也是进行石灰粉煤灰碎石组成设计、性能试验，进行质量控制的重要指标和前提条件。在施工过程中，石灰粉煤灰碎石的最大干密度是确定压实度的基准和参照物，而最佳含水率则是控制压实含水率的基本尺度，因此必须首先确定混合料的最大干密度和最佳含水率。按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中无机结合料稳定土的击实实验方法(T0804-2009) 确定每个配合比的最佳含水率、最大干密度。再按最佳含水率拌和混合料，进行无机结合料强度试验，我国路面基层施工技术规范中，对于水硬性结合料处治的材料采用抗压强度指标，规范中采用石灰粉煤灰碎石的7天无侧限抗压强度即恒温恒湿养生6天、浸水1天后测定无侧限抗压强度值，经数理统计分析后按道路级别取一定保证率作为其强度代表值。该指标是评价石灰粉煤灰碎石早期强度的重要指标，也是进行材料组成设计、质量检验的基本参数。高速公路及一级公路保证率系数Za为1.645，击实试验和无侧限抗压强度试验结果见下表。

表5击实试验、无侧限抗压强度试验结果

根据以上试验结果，为保证生产过程中满足设计强度和经济的要求，决定采用石灰：粉煤灰：级配碎石5:12:83的配合比为目标配合比，此配合比最大干密度为2.186g/cm3，最佳含水率为7.6%。生产过程中应根据原材料和气候的实际情况，对目标配合比进行调整，确定生产配合比。

二、路面基层材料施工

1、材料的拌合

原材料进场先进行试验，符合要求后方能使用，严格按配合比设计结果进行拌合。宜采用集中厂拌形式，以保证配合比准确，且符合文明施工的要求，避免扬尘。根据原材料含水率的变化，集料的颗粒组成变化及时调整拌合用水量。为防止混合料离析，集料堆放要采用小料堆，避免大料堆放时大颗粒流到外侧，同时严格控制石灰粉煤灰含量，减少混合料中小于０．０７５ｍｍ颗粒含量，混合料的总拌合时间一般在３５ｓ，宜采用强制式拌和机进行拌合，拌合时应先将石灰粉煤灰拌合均匀，再加入碎石和水均匀拌合。混合料含水率宜略大于最佳含水率，混合料含水率视气候条件适当调整，使运到现场的混合料含水率接近最佳含水率。