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沥青混凝土路面因具有良好的力学耐久性和行车舒适性,而被广泛用于各种等级的公路。但是,随着交通量的不断增加和超载运输,致使高速公路沥青路面因出现早期破坏而提前进入大修期,已成为一个非常普遍的问题。为了找出影响高速公路质量的主要因素,在高速公路工程建设中解决和避免质量通病,本文作者从八个方面对造成高速公路早期破坏的原因进行了初步的探析。可供公路界同仁参考。
1.引言
水泥稳定碎石作为路面基层材料具有整体性强、承载力高、水稳定性好、抗冻性强、刚度大、早期强度高等特点,越来越多地被应用于各级道路。水泥稳定碎石施工工艺及施工管理要求较高,为了能充分发挥水泥稳定碎石的这些优点,必须有切实可行的施工措施。
2.水泥稳定碎石承载力的形成原理
2.1嵌挤作用
水泥稳定碎石是将水泥、级配碎石、石屑和水按一定比例混和搅拌,摊铺碾压后形成的一种半刚性结构层。由于水泥稳定碎石是按一定的级配组合进行设计的,大小颗粒互相填充,在外力的作用下,级配碎石相互之间的嵌挤形成了内摩阻力,使其具有一定的承载力。
2.2水泥的硬化作用
水泥矿物质与集料上的水分发生水化反应,产生了硅酸钙,铝酸钙和氢氧化钙三种主要水化物。硅酸钙和铝酸钙是主要的胶结成分,而氢氧化钙则从溶液中分离出来参与各种反应并形成其他水化物,各种水化物产生后有的自身继续进行反应硬化,形成水泥石料骨架,有的则与碎石中的其它矿物质发生硬凝反应和碳化作用,从而增大了水泥稳定级配的强度。
3.水泥稳定碎石的原材料
3.1水泥
水泥是影响水泥稳定碎石质量的关键。由于水泥稳定碎石的成型必须在终凝前完成,而原材料的拌和、运输、摊铺、碾压须有足够的时间,因此,不能用快硬水泥、早强水泥。一般选用缓凝型普通硅酸盐水泥,初凝时间要求在3h以上,终凝时间不少于6h。为了有利于拌合及剂量上的控制,建议采用较低标号的水泥(如32.5级)。
3.2碎石
碎石应为坚硬、强度高、无风化的石灰岩材料,其颗粒应具有规定的级配组成。碎石的有机杂质含量应小于2%,其最大粒径不应大于31.5mm,压碎值小于30%。碎石粒径偏大,则粒料间的粘结力不足,受力颗粒极易松散,整体性差;若粒径偏小,基层强度不够,预防温缩、干缩、裂缝的能力越弱。级配取用中值范围,且小于0.075mm颗粒不宜大于5%,塑性指数宜小于4。
3.3水
水应清洁不含有害杂质。凡是饮用水(含牲畜饮用水)均可用于水泥稳定碎石的施工。
4.水泥稳定碎石施工配合比的确定
4.1水泥用量宜控制在3.5%～6.0%之间
如果水泥用量过少,水泥分布不均相对偏差较大,强度难以满足要求;反之水泥用量过多,费用增加,混和料的收缩系数增大,出现裂缝的机率也就愈大。同时过多的水泥用量,其基层过高的强度和刚度与沥青面层的强度相差过大,对面层结构不利。
4.2含水量是影响水泥稳定碎石质量的又一项重要指标
实践证明,含水量小于最佳含水量2%以上,基层表面松散,容易起皮,混和料难以成型;含水量大于最佳含水量2%以上,碾压有明显轮迹,混和料粘轮,有时还会出现局部反弹,成型后会有明显的干缩裂缝。根据试验结果,最佳含水量应控制在5%～7%之间,考虑到混和料在运输、碾压过程中的水分散失,施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1%左右。
5.水泥稳定碎石的拌和
一般采用集中厂拌,不应采用现场搅拌。厂拌有拌和设备,进料有电脑控制,精度较高。但拌前应反复测试调整,使其符合级配要求。搅拌混合料应让搅拌机连续稳定作业,严格控制搅拌时间。
6.水泥稳定碎石的运输
为了节省倒车、拌和料摊铺时间,一般采用15t以上的自卸汽车运输,并要求车况良好,防止装满料后不能卸车,时间太长,引起水泥稳定碎石混合料凝固而造成浪费。同时应用蓬布覆盖,一方面减少运输途中的洒漏,污染路面,也防止雨淋;另一方面减少运输途中的水分蒸发。运输车辆要求适当降低速度,以减少因车辆颠簸造成混合料离析。由于受水泥凝结时间的限制,应保证水泥混合料从拌和开始到摊铺结束在2个小时内完成。
7.水泥稳定碎石的摊铺
7.1摊铺前应对底基层进行清扫,洒水湿润,但不能形成积水。
7.2摊铺前应进行测量定线,沿路两侧应设置两根高程控制线,中间设置可拆除的高程控制杆,每10m长设一控制杆,两侧高程控制应设在距路面边结20cm外。
7.3横向接缝的处理。人工末端混合料整齐,紧靠混合料放两根方木,方木高度与混合料同厚,方木的另一侧用碎石回填约3m长,其高度应高出方木几厘米,将混合料碾压密实。下次开始摊铺前,将碎石和方木除去,即可开始重新摊铺。
7.4应避免纵向接缝。如摊铺机的摊铺宽度不够,宜采用两台摊铺机梯队作业,一前一后相隔约5～10m。
7.5摊铺前应将螺旋布料器进行适当调整:在保证摊铺厚度的前提下,螺旋下边缘与路基的距离调到最小;选用大直径的螺旋叶片,其直径不得小于铺层虚方厚度的1.5倍,调整布料螺旋的转速,使其稳定在连续布料状态。
7.6在摊铺过程中,由于混合料的滚动,螺旋布料器内上层混合料是一层离析层,只有粗集料。为了不使铺筑的混合料出现离析,布料器内料位应略高些,一般控制在螺旋叶片高度的2/3处,以免上层混合料影响摊铺效果。
8.水泥稳定碎石的碾压
8.1应选用18t以上的压路机或重型振动压路机进行碾压,分层碾压,每层压实厚度不应超过20cm。
8.2压实顺序应按照先轻后重的原则。直线和不设超高的平曲线段,由两侧路肩开始向路中心碾压;在设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
8.3一般碾压的工艺为静压1～2遍,小振幅弱振2遍,大振幅强振2～3遍,轻型轮胎压路机碾压1遍。碾压至要求的密实度及表面无明显轮迹为止,一般需碾压6～8遍。
8.4控制压路机碾压速度,静压阶段控制在1.5～1.7km/h,振压阶段控制在2.0～2.5km/h,细压阶段控制在2.5km/h左右。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上掉头或急刹车。
8.5在碾压过程中,前后两遍停机不应在同一断面上,要错开50～70cm。同一遍在不同的位置停机点应成阶梯形错开。碾压时应重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处。
9.水泥稳定碎石的养护
9.1水泥稳定碎石基层碾压成型并经检查压实度合格后,应立即覆盖洒水养护。由于水泥稳定碎石是水硬性材料,水分参与了水泥的水化反应,水分的散失将影响其凝结硬化后形成的强度。故养护是一项十分重要的工序。施工经验表明,在同期内通过养护的水泥稳定碎石的强度是不养护的水泥稳定碎石强度的1.5倍～2.0倍;且经过养护的水泥稳定碎石出现的干缩裂缝比不经过养护出现的干缩裂缝要少得多。
9.2养护有两种方法:一是采用湿砂、草袋或塑料薄膜覆盖。若用砂层覆盖的,砂层需要7～10cm厚,砂铺均匀后,在其上洒水,使基层常保持湿润,养护期不少于7d;二是沥青封层。对于基层,为了减少洒水的工作量,可于摊铺后第二天在基层洒水湿润后喷洒沥青乳液进行封面。沥青层既能保持基层湿润,又有利于后续工序进行,是一种较好的养护方法。
9.3养护期间,应尽量限制车辆行使,若遇不可避免的车辆,也必须遵循轻车慢速的原则,限制重型车通过,其他车辆的车速不能超过30km/h。
1.引言
水泥稳定碎石作为路面基层材料具有整体性强、承载力高、水稳定性好、抗冻性强、刚度大、早期强度高等特点,越来越多地被应用于各级道路。水泥稳定碎石施工工艺及施工管理要求较高,为了能充分发挥水泥稳定碎石的这些优点,必须有切实可行的施工措施。
2.水泥稳定碎石承载力的形成原理
2.1嵌挤作用
水泥稳定碎石是将水泥、级配碎石、石屑和水按一定比例混和搅拌,摊铺碾压后形成的一种半刚性结构层。由于水泥稳定碎石是按一定的级配组合进行设计的,大小颗粒互相填充,在外力的作用下,级配碎石相互之间的嵌挤形成了内摩阻力,使其具有一定的承载力。
2.2水泥的硬化作用
水泥矿物质与集料上的水分发生水化反应,产生了硅酸钙,铝酸钙和氢氧化钙三种主要水化物。硅酸钙和铝酸钙是主要的胶结成分,而氢氧化钙则从溶液中分离出来参与各种反应并形成其他水化物,各种水化物产生后有的自身继续进行反应硬化,形成水泥石料骨架,有的则与碎石中的其它矿物质发生硬凝反应和碳化作用,从而增大了水泥稳定级配的强度。
3.水泥稳定碎石的原材料
3.1水泥
水泥是影响水泥稳定碎石质量的关键。由于水泥稳定碎石的成型必须在终凝前完成,而原材料的拌和、运输、摊铺、碾压须有足够的时间,因此,不能用快硬水泥、早强水泥。一般选用缓凝型普通硅酸盐水泥,初凝时间要求在3h以上,终凝时间不少于6h。为了有利于拌合及剂量上的控制,建议采用较低标号的水泥(如32.5级)。
3.2碎石
碎石应为坚硬、强度高、无风化的石灰岩材料,其颗粒应具有规定的级配组成。碎石的有机杂质含量应小于2%,其最大粒径不应大于31.5mm,压碎值小于30%。碎石粒径偏大,则粒料间的粘结力不足,受力颗粒极易松散,整体性差;若粒径偏小,基层强度不够,预防温缩、干缩、裂缝的能力越弱。级配取用中值范围,且小于0.075mm颗粒不宜大于5%,塑性指数宜小于4。
3.3水
水应清洁不含有害杂质。凡是饮用水(含牲畜饮用水)均可用于水泥稳定碎石的施工。
4.水泥稳定碎石施工配合比的确定
4.1水泥用量宜控制在3.5%～6.0%之间
如果水泥用量过少,水泥分布不均相对偏差较大,强度难以满足要求;反之水泥用量过多,费用增加,混和料的收缩系数增大,出现裂缝的机率也就愈大。同时过多的水泥用量,其基层过高的强度和刚度与沥青面层的强度相差过大,对面层结构不利。
4.2含水量是影响水泥稳定碎石质量的又一项重要指标
实践证明,含水量小于最佳含水量2%以上,基层表面松散,容易起皮,混和料难以成型;含水量大于最佳含水量2%以上,碾压有明显轮迹,混和料粘轮,有时还会出现局部反弹,成型后会有明显的干缩裂缝。根据试验结果,最佳含水量应控制在5%～7%之间,考虑到混和料在运输、碾压过程中的水分散失,施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1%左右。
5.水泥稳定碎石的拌和
一般采用集中厂拌,不应采用现场搅拌。厂拌有拌和设备,进料有电脑控制,精度较高。但拌前应反复测试调整,使其符合级配要求。搅拌混合料应让搅拌机连续稳定作业,严格控制搅拌时间。
6.水泥稳定碎石的运输
为了节省倒车、拌和料摊铺时间,一般采用15t以上的自卸汽车运输,并要求车况良好,防止装满料后不能卸车,时间太长,引起水泥稳定碎石混合料凝固而造成浪费。同时应用蓬布覆盖,一方面减少运输途中的洒漏,污染路面,也防止雨淋;另一方面减少运输途中的水分蒸发。运输车辆要求适当降低速度,以减少因车辆颠簸造成混合料离析。由于受水泥凝结时间的限制,应保证水泥混合料从拌和开始到摊铺结束在2个小时内完成。
7.水泥稳定碎石的摊铺
7.1摊铺前应对底基层进行清扫,洒水湿润,但不能形成积水。
7.2摊铺前应进行测量定线,沿路两侧应设置两根高程控制线,中间设置可拆除的高程控制杆,每10m长设一控制杆,两侧高程控制应设在距路面边结20cm外。
7.3横向接缝的处理。人工末端混合料整齐,紧靠混合料放两根方木,方木高度与混合料同厚,方木的另一侧用碎石回填约3m长,其高度应高出方木几厘米,将混合料碾压密实。下次开始摊铺前,将碎石和方木除去,即可开始重新摊铺。
7.4应避免纵向接缝。如摊铺机的摊铺宽度不够,宜采用两台摊铺机梯队作业,一前一后相隔约5～10m。
7.5摊铺前应将螺旋布料器进行适当调整:在保证摊铺厚度的前提下,螺旋下边缘与路基的距离调到最小;选用大直径的螺旋叶片,其直径不得小于铺层虚方厚度的1.5倍,调整布料螺旋的转速,使其稳定在连续布料状态。
7.6在摊铺过程中,由于混合料的滚动,螺旋布料器内上层混合料是一层离析层,只有粗集料。为了不使铺筑的混合料出现离析,布料器内料位应略高些,一般控制在螺旋叶片高度的2/3处,以免上层混合料影响摊铺效果。
8.水泥稳定碎石的碾压
8.1应选用18t以上的压路机或重型振动压路机进行碾压,分层碾压,每层压实厚度不应超过20cm。
8.2压实顺序应按照先轻后重的原则。直线和不设超高的平曲线段,由两侧路肩开始向路中心碾压;在设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
8.3一般碾压的工艺为静压1～2遍,小振幅弱振2遍,大振幅强振2～3遍,轻型轮胎压路机碾压1遍。碾压至要求的密实度及表面无明显轮迹为止,一般需碾压6～8遍。
8.4控制压路机碾压速度,静压阶段控制在1.5～1.7km/h,振压阶段控制在2.0～2.5km/h,细压阶段控制在2.5km/h左右。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上掉头或急刹车。
8.5在碾压过程中,前后两遍停机不应在同一断面上,要错开50～70cm。同一遍在不同的位置停机点应成阶梯形错开。碾压时应重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处。
9.水泥稳定碎石的养护
9.1水泥稳定碎石基层碾压成型并经检查压实度合格后,应立即覆盖洒水养护。由于水泥稳定碎石是水硬性材料,水分参与了水泥的水化反应,水分的散失将影响其凝结硬化后形成的强度。故养护是一项十分重要的工序。施工经验表明,在同期内通过养护的水泥稳定碎石的强度是不养护的水泥稳定碎石强度的1.5倍～2.0倍;且经过养护的水泥稳定碎石出现的干缩裂缝比不经过养护出现的干缩裂缝要少得多。
9.2养护有两种方法:一是采用湿砂、草袋或塑料薄膜覆盖。若用砂层覆盖的,砂层需要7～10cm厚,砂铺均匀后,在其上洒水,使基层常保持湿润,养护期不少于7d;二是沥青封层。对于基层,为了减少洒水的工作量,可于摊铺后第二天在基层洒水湿润后喷洒沥青乳液进行封面。沥青层既能保持基层湿润,又有利于后续工序进行,是一种较好的养护方法。
9.3养护期间,应尽量限制车辆行使,若遇不可避免的车辆,也必须遵循轻车慢速的原则,限制重型车通过,其他车辆的车速不能超过30km/h。