低剂量复合水稳在城市道路基层中的应用

李秀显

当前城市道路普遍使用的是水泥稳定碎石基层,这是一种目前国内常见的半刚性基层,水泥掺量一般在5%左右,7 d的无侧限抗压强度可达5 MPa,较其他路基材料高,抗渗性和抗冻性较好。但是,由于水泥稳定混合料固有的干缩性和温缩性,裂缝无法避免,而裂缝一旦形成,必然降低使用寿命。

近年来,水泥稳定碎石基层裂缝问题日益突显,人们开始尝试

用多种方法减少水泥稳定碎石基层裂缝,其中主要有以下两方面:1)降低水泥剂量,从降低水泥稳定基层的模量着手;2)采用柔性基层。沧州市市政工程公司近几年在这方面做了大量的研究。2009年,在室内试验的基础上,在城市道路纬三东路道路基层采用了低水泥剂量并掺加RAP料的低剂量复合水稳的试应用,效果良好。

1 工程概况

纬三东路为沧州市东西方向主干路,全长快车道宽24 m,全长702 m,路面结构采用两步30 cm灰土+18 cm水泥稳定基层+下封层+6 cm中粒式+4 cm细粒式沥青混凝土面层,水泥稳定基层设计强度1.5 MPa～2.5 MPa。

2 原材料

2.1 RAP料

RAP料(Reclaimed Asphalt Pavement):本工程所用的RAP料是由铣刨机对旧沥青路面进行铣刨后回收的混合料。回收后同一类的RAP料堆进行充分混合,在使用前进行破碎、筛分处理,并将破碎筛分后的RAP料分类存放以减小材料的变异性。

2.2 水泥

水泥:沧州“神狮”牌水泥,在纬三东路道路工程中的水稳基层中选择了“神狮”牌P.S32.5硅酸盐水泥。

2.3 集料

在纬三东路道路工程中,水泥稳定集料采用的是20%新集料和80%RAP料混合的复合集料。新集料规格为10 mm～30 mm,RAP料为通过铣刨机回收的旧沥青路面铣刨料,其筛分试验结果如表1所示。

表1 筛分试验结果

3 配合比设计

在施工前首先进行了水泥稳定碎石组成设计,按照3.0%,4.0%,5.0%三个水泥剂量进行了标准击实试验和无侧限抗压强度试验。试验结果见表2。

表2 重型击实和无侧限试验结果

试验结果:三个不同水泥剂量的无侧限抗压强度能够达到设计要求。综合考虑温缩裂缝和经济因素,最终确定配合比为水泥∶碎石=3.0∶100,最佳含水量为6.0%,最佳干密度为2.30 g/cm3。

4 生产过程控制

4.1 混合料的含水量

含水量的大小直接影响到水稳基层压实度的保证和裂缝的产生。含水量偏小,基层表面容易松散、离析,难以压实;含水量偏大,碾压易粘轮,表面翻浆,而且基层成型后水分散失越多,越容易出现干缩裂缝。考虑到混合料在运输过程中有水分散失,在运输车辆上加设了土工布进行覆盖。另外,纬三东路道路工程是春季施工,大风天气居多,水分蒸发很快,因此施工过程中含水量控制在比最佳含水量大1%左右,即生产含水量为7.0%。同时,施工现场设专人实时观察检测混合料的含水量,当现场的含水量出现异常时,及时通知拌合厂调整含水量。

4.2 混合料拌和

由于掺加水泥剂量小,拌和时必须保证水泥连续均匀掺加,拌和必须要充分、均匀、稳定。拌合时间不足、拌和不均匀,易出现粗细料集中、离析等现象。在纬三东路道路工程中,采用的是厂拌法,拌合设备能够准确的控制各种材料的用量。另外,拌合现场设有专人随时检测水泥用量、含水量和各种集料的配比,保证了水稳混合料的质量。

5 施工过程控制

5.1 混合料摊铺与压实

混合料到场后要做到及时摊铺、及时碾压,尽量缩短从加水拌和到碾压终了的时间,在施工时可尽量采用多台摊铺机平行作业,同时要准备充足的压实设备,这样既能加快施工进程,又可以减少混合料的离析。根据以上措施要求,在纬三东路道路工程水稳施工中,混合料到场后,由ABG-423和中国镇江两台摊铺机一前一后联合摊铺,碾压组合为一台PT-240R胶轮压路机+一台YZ26E单钢轮振动压路机+两台26 t三轮压路机,碾压遍数及顺序为:先由胶轮压路机碾压2遍,然后单钢轮振动压路机振压4遍,最后由两台三轮压路机联合静压4遍,现场跟踪检测压实度、水泥剂量,出现异常马上进行处理,通过对该工程的跟踪观察,得出水泥稳定复合集料如下结论:施工过程与常规水泥稳定碎石相同,因为掺加了旧沥青路面铣刨料,混合料比常见的水泥稳定碎石颜色偏黑,其他外观与常规水泥稳定碎石无差别。

5.2 基层养生

碾压完毕后喷洒透层油、洒水养生,养生期不能少于7 d,养生期内保持表面湿润。在铺筑沥青面层之前尽量封闭交通,以减少车辆荷载的影响,并尽快铺筑面层。在铺筑面层前要对水稳基层彻底清扫,并进行下封层施工,加强基层与面层之间的结合。

5.3 指标检测

施工过程中,取拌合现场和施工现场的混合料检测,水泥剂量均为 3.1%,含水量5.8%,现场检测压实度为98%。24 h后,检测水稳基层外观质量良好,无脱粒、松散的现象,7 d后进行钻芯检测,共钻取两个芯样,芯样均完整,上表面平整,下表面稍有凹凸,切割面有轻微掉渣现象,对芯样进行室内修整后检测无侧限抗压强度分别为2.0 MPa和1.76 MPa,满足1.5 MPa～2.5 MPa要求。

6 结语

纬三东路道路工程竣工通车将近一年,目前能够目测到的由于水稳基层裂缝反射到面层的横向贯通裂缝不超过10条。从使用结果来看,低水泥剂量复合水稳的应用效果非常好。

降低水泥用量并用柔性材料RAP料代替部分新集料,有效地降低了水稳基层的模量,大大减少了产生裂缝的可能性,进而减少沥青面层的反射裂缝。同时,节约了水泥和新集料,提高旧料的利用率,降低了生产成本,还有效地保护了环境,与当前倡导的绿色施工和可持续发展相协调,值得推广使用。