免养生水泥稳定碎石基层在徐州公路养护中的应用研究

马夫恒

(徐州市公路事业发展中心 江苏徐州 221006)

随着普通国省干线公路交通量持续快速增长，部分公路常过早地出现各类病害，难以继续提供舒适的行车服务。因此，需要进行各类日常小修保养措施以维持公路的正常服役性能[1]。采用传统水泥稳定碎石对基层进行换填时，由于水稳基层的养护时间较长，一般需进行3～7 d养生后方可形成强度进而实施沥青面层的施工作业[2]，且需要封闭施工段落进行水稳基层养生，在路况一般或交通量大的地方，封闭施工会导致交通问题，严重影响人们的出行。因此，有必要开发一种材料或技术能够水泥稳定碎石基层在短时间内迅速形成强度，在保证工程质量的前提下，从而减少公路日常养护对交通运行的不利影响，有效缓解公路养护与交通运行之间的矛盾，提升道路养护的公众满意度[3-4]。

本文借鉴自密实混凝土的特点，研发出一种新型添加剂——免养生剂，使水稳基层能够在短时间内迅速获得力学性能，达到施工沥青面层的强度要求。同时，通过免养生剂优良的膨胀性，能有效提高免养生水稳基层的抗收缩性能，以尽量减少水稳基层裂缝的产生，获得“强度形成快、抗收缩性能强、耐久性好”免养生水稳基层，从而彻底解决水稳基层养护造成的质量与安全难题，实现水稳基层快速高质量的养护效果。

1 级配设计

1.1 原材料

本文用到的石料为石灰岩，选取4 种规格，即20～30 mm、5～20 mm、5～15 mm、0～5 mm，分别称为1#、2#、3#、4#料。所用水泥为C42.5号。

1.2 外加剂

本文选用的免养生剂，可以使水稳基层能够在短时间内迅速获得力学性能，达到施工沥青面层的强度要求，其技术指标要求如表1所示。

表1 免振免养剂技术指标

1.3 配合比设计

免养生水泥稳定碎石选择4.5%的水泥用量，并掺入免养生剂改善水泥稳定碎石的性能。免养生剂掺量选用4%、6%、8%、10%、12%、14%这6种。试件编号根据免养生剂掺量分别为M0、M4、M6、M8、M10、M12、M14。免养生剂为外掺，掺量为水泥质量的百分比。

2 性能研究概况

为确定免养生水泥稳定碎石的性能，本文将进行无侧限抗压强度试验、干缩温缩试验以及抗疲劳试验，各项研究将同时对比免养生水泥稳定碎石与传统水泥稳定碎石的性能差异。

试件的成型采用静压压实成型，静压采取最大压力值400 kN、维持2 min最大压力值、加载速率1.0 kN/s。

2.1 无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度与劈裂强度、弯拉强度等指标有很强的相关性，是水泥稳定碎石性能的重要评价指标[5]。本部分参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中无侧限抗压强度试验方法，并结合静压压实法、静压成型法，进行免养生水泥稳定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d无侧限抗压强度试验。试验结果如图1所示。

图1 掺加免养生剂免养生水泥稳定碎石无侧限抗压强度

图1 为掺加免养生剂免养生水泥稳定碎石24 h、48 h、3 d、4 d、5 d、7 d无侧限抗压强度结果。从图中可以得到：（1）掺入免养生剂后，提高了水泥稳定碎石无侧限抗压强度，在掺量6%～8%时提升效果最为明显。加入免养生剂，水泥稳定碎石的含水量降低，水泥的分散性变高且更为均匀，无侧限抗压强度得到提高；（2）养护时间越久，免养生水泥稳定碎石无侧限抗压强度越高。

2.2 干缩温缩试验

本节参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中干缩温缩试验方法，结合免养生水泥稳定碎石的静压压实法和静压成型法进行干缩温缩试验，试验结果如下。

从图2、图3结果可以得到以下几点。

图2 掺加免养生剂免养生水泥稳定碎石的干缩应变变化图

图3 掺加免养生剂免养生水泥稳定碎石的温缩应变变化图

（1）暴露时间越久，免养生水泥稳定碎石的干缩应变越大。20 d左右时趋于稳定。

（2）加入免养生剂后，水泥稳定碎石的最终总应变减小。材料的膨胀应变和收缩应变随着免养生剂掺量的增加而增加。

（3）掺加免养生剂可以减少免养生水泥稳定碎石的干缩温缩。随着掺量的增加效果逐渐降低。免养生剂掺量为6%～8%时效果比较明显[6-7]。

2.3 抗疲劳性能试验

根据前期水泥稳定碎石配合比设计结果，测试水泥稳定碎石的四点弯曲强度。选用不同初始应力比，进行水泥稳定碎石四点弯曲疲劳试验，研究试验过程中拉压应变增长规律，对比拉压应力条件下的应变和模量变化规律；对疲劳过程中拉压应变及动态拉压模量的特征点进行分析。

根据实验结果得出：破坏极限拉压应变、初始拉压应变与初始应力比均呈现良好的线性关系，掺加免养生剂的水泥稳定碎石试件与未掺加的性能变化规律基本一致，结果差异很小，可以忽略免养生剂对水泥稳定碎石的抗疲劳性能影响。

3 工程应用及效益分析

为了更好地研究免养生水泥稳定碎石的使用性能，在徐州市贾汪区境内G206 威汕线（桩号K766+610～K766+710，上行超车道）养护工程进行了试验路基层的铺筑，并对试验路基层进行了试验检测，检验免养生水泥稳定碎石实际应用情况和综合效益。

3.1 现场施工情况

3.1.1 生产情况

免养生水泥稳定碎石确定好生产配合比，采用WCZ300 型拌合楼按照比例进行试铺混合料的生产，采用计算机自动控制全部生产过程。生产中拌和楼各料仓集料、水、外加剂及水泥计量准确，满足施工指导意见的要求。

一般是通过改装料斗、调节出料速度来实现外加剂的添加功能。由于该项目拌合楼短时间无法改造出料斗，通过计算出料速度和生产料总量，采用人工添加，保证拌合过程中免养生剂稳定、均匀地出料。

3.1.2 现场运输

对于免养生水泥稳定碎石的运输，不可泄露、抛洒。用篷布覆盖运料车用以防水，运输途中与等待时均不可揭开篷布，保证含水率。

3.1.3 现场摊铺及碾压

现场使用1台DTU95C摊铺机进行摊铺，现场检测表明终压含水率控制在最佳含水率附近，现场碾压严格按照碾压方案进行碾压，如表2 所示。碾压过程不存在粘轮、漏压、超压现象，水泥稳定碎石未出现推移现象。

表2 施工压实设备组合及碾压方案

3.1.4 摊铺外观

路面压实成型后观测，表面水泥裹覆均匀，集料未出现裸露情况，也不存在水泥粘走的情况，终压后含水率良好，无花白料，铺面整体均匀性较好，不存在离析现象。

3.1.5 施工后养护

基层施工完成后，无需洒水养生，采用土工布覆盖养护24 h 即可，同时做好交通警示和防护，防止车辆误入。

3.2 试验路段弯沉检测

基层施工铺筑完成24 h后，采用《贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验方法》（T 0951-2008）对试验路段进行了弯沉检测，检测结果弯沉值均小于10。

3.3 试验路段钻芯取样调查

24 h现场钻芯取样见如图4所示，芯样外观完整，无裂缝。

图4 免养生水泥稳定碎石钻芯取样外观图

3.4 效益分析

3.4.1 经济效益

通过计算得出，相同条件下，选择免养生剂和免养生剂配制的免养生水泥稳定碎石层成本与普通水稳层基本相当，考虑到静压条件下的燃油节省量每方水稳混合料成本费减少了0.68 元，同时还减少机械维修加固费用，提高了生产效率，缩短了工期，提高了施工质量和耐久性，从多方面降低工程整体造价，因此其潜在的综合经济效益是可观的。同时，免养生水泥稳定碎石是针对特殊限制条件下提出的，从整个工程经济效益出发，考虑到其与环境的相容性，在特殊条件下采用免养生水泥稳定碎石技术是比较经济合理的[8-9]。

3.4.2 社会效益

在施工过程中需要注意对环境的影响。水泥稳定碎石铺筑过程中普遍采用振动压实，噪声影响很大。本次噪声监测分别对试验段施工和一般路段的施工进行了对比。从监测结果得出，一般路段碾压时打开了振动器，噪声平均值已超过100 dB，对周边环境影响很大；而应用了免养生水稳技术的试验段平均噪声为86.3 dB，较振动压实路段降低了15 dB，与交通高峰期的道路噪声相当。由此可见，免养生水稳技术的环境友好性[10-11]。

4 结论

无侧限抗压强度试验结果表明：掺加免养生剂后，水泥稳定碎石的早期强度均有明显提升，免养生剂掺量为6%～8%时效果最佳。

干缩温缩试验结果表明：随着时间的增加，试件的收缩应变均会增加，掺加免养生剂后，应变增加量略有降低，总体与普通水泥稳定碎石的差异不大。

抗疲劳试验结果表明：掺加免养生剂的水泥稳定碎石试件与未掺加的性能变化规律基本一致，结果差异很小，可以忽略免养生剂对水泥稳定碎石的抗疲劳性能影响。

实际工程应用中效果良好，经济效益和社会效益显著。