水泥稳定碎石基层离析原因及控制措施分析

王明明

(广西田新高速公路有限公司,广西 南宁 530022)

0 引言

水泥稳定碎石作为路面结构的主要承重层,在路面结构层中的重要性是毋庸置疑的,因此需要提高水泥稳定碎石基层施工质量。但在实际的施工过程中,由于所使用的材料,设备以及人为因素等,容易对混合料造成多次离析,离析的部位会严重影响水稳层的整体性、强度、平整度、水稳性等。因此本文主要对现场施工过程中混合料产生离析的原因进行分析,并根据其分析结果提出相应的控制措施,尽可能地减少施工过程中混合料的离析现象,提高水泥稳定碎石基层施工质量。

1 工程概况

玉林(省界)至湛江高速公路位于广东省湛江市境内。工程路线全长91.874 km,海田支线长7.6 km,合计99.474 km。

该标段桩号范围为K20+000～K33+165(SJ1)/K32+687.967～K37+140(SJ2),路线全长17.617 km。本标段路面全长13.165 km,采用一级高速公路标准建设,设计时速为120 km/h。该项目主线路面结构从上至下依次为18 cm沥青混凝土面层、60 cm水泥稳定碎石层(20 cm底基层+20 cm下基层+20 cm上基层),15 cm级配碎石垫层。

2 原因分析

本文依据现场实际施工过程情况,对各个环节可能出现的混合料离析现象进行分析。

2.1 配合比设计

该标段为有效控制水泥稳定碎石基层出现裂缝的问题,在满足设计及相关规范中集料的用量范围条件下,增加了10～20 mm、20～25 mm两挡粗集料的用量,0～5 mm档细集料从最开始的32%调整到28%,下调了4%,集料配合比更靠近于嵌挤式紧密级配。由于混合料中粗骨料用量相对增多,细集料的用量相对减少,这进一步增加了施工过程中混合料离析控制的难度。

2.2 原材料方面

因为不同料场的石料质量各有差异,所以同一规格集料的磨耗率、压碎值等指标不尽相同;同时石场石料的筛孔经过长时间使用,孔径磨损变大,集料规格难以控制精准,加工出的碎石颗粒的粒径、颗粒的级配就会发生变化,实际生产出集料中的粗骨料将会增多,从而增加离析现象的发生。

2.3 拌和过程中发生的离析

2.3.1 集料仓

下料是通过打开下料孔进行工作的,若细集料含水过多或遇下雨天气,易结团卡住下料口,不能按照设定的比例进行下料,导致级配发生变化;料斗间隔板高度不足,如若装载机上料过满,将产生混料,导致离析现象的产生。

2.3.2 传送带

传送带的倾角过大,导致水稳料中的粗集料在重力的作用下下滑或滚落造成水稳料离析现象;传送带传送速度较快,在成品仓内造成抛物离析;水稳料中的细集料如果含水率过大,容易粘结在传送带上,部分细集料被高速运转的皮带甩到地面上,造成水稳料的离析。

2.3.3 拌和

拌和时间越长,混合料越均匀,离析的可能性越小。采用WCB800型稳定土拌和机进行混合料拌和,若拌和时间少于规范标准中要求的15 s[1],混合料搅拌不均匀;如若运输能力不够,拌和机将经常进行启停,导致拌和过程中断,粗集料在再次启动拌和时滚落到边部,造成混合料的离析。

2.4 运输过程中发生的离析

自卸车装料时,未能按照技术交底要求进行多次分装,并由于出料口与自卸车存在高度差的原因,水稳料在自卸车车厢内形成一个锥体,导致水稳料中的粗骨料滚落或滑到料堆的四周,而水稳料中细集料则更多地留在料堆顶部,造成了水稳料的离析;在运输途中,若路面不平整、颠簸,车速过快急停或转弯,在惯性的作用下,大集料易向车厢边侧滚动造成粗集料的集中;在运输途中,由于水稳料表面水分的蒸发,致使表面的水稳料变干,粘结性降低,易造成水稳料的离析。

2.5 摊铺过程中发生的离析

自卸车在向摊铺机料斗内卸水稳料的过程中,水稳料滚落到空载的料斗周围,造成粗集料的集中;摊铺机收斗作业时,由两侧的翻板将集料翻到料斗中央,造成粗集料的再次集中,若料斗内两侧混合料较满,收斗时混合料将洒落到下承层表面,若不能及时进行清理或清理不完全将造成底部的离析;若车辆较少,经常停机等料也会造成两辆车摊铺连接处的离析。

摊铺机送料主要由刮板输送和螺旋布料器分料进行,刮板主要将水稳料平板式输送到螺旋布料器,对混合料的搅拌不起作用;螺旋布料器在分料的过程中,将实现对混合料的二次搅拌,通常料位的高度应定在一个标准的范围内。布料时若螺旋叶片转动速度过快,会直接将粗骨料摊铺到表面,进而造成离析现象;若供料不足时,布料传感器将加快螺旋叶片转动速度,导致细骨料直接卸至摊铺面,粗骨料则被带到摊铺机两侧,造成离析现象。

3 控制措施

在水泥稳定碎石基层现场实际施工的过程中,可以根据水稳料离析产生的具体原因,采取必要的针对性措施,把控现场施工细节,减少过程中的水稳料离析现象,降低离析对水稳层产生的危害,保障水泥稳定碎石基层的施工质量。

3.1 加强原材料的控制

为避免不同料场石料质量的参差,选择具有相应生产能力的单一料场供料,并对每批次石料进行检测,不合格的石料严禁进场,并做好检测台账。对不同规格的水稳料应分别进行堆放,避免混料,并且在不同规格集料之间设立隔墙。在装载机进行上料过程中,应从上部向下部逐层进行,每层高差不能相差太大,避免因混合料滚落造成离析;同时,料堆底部的粗集料较多,不宜将料堆底部清理得过于干净。

3.2 拌和过程中离析的控制

(1)每次摊铺开盘之前,进行石料的料仓取样筛分、皮带取样筛分,快速检测4.75 mm、9.5 mm、19 mm筛孔通过率,了解水稳料级配大致情况;进行室内水洗筛分,获取级配准确情况;根据原材料和水洗筛分情况,结合现场摊铺和取芯情况,进行级配的微调,主要调整20～25 mm、0～5 mm两档料的比例,调整幅度为1%～4%。

(2)料斗间加高挡板防止窜料,并加设雨棚;安排专人进行捣料,尤其避免细集料堵住料仓,使配合比发生变化,并时刻监测装载机是否上错集料。

(3)因为传送带采用凹槽式,所以倾角不宜太大,避免水稳粗集料在重力作用下滚落或下滑集中在传送带中间;架设挡板,减少输送过程中水分的蒸发,避免混合料变干、粘结性减低。

(4)在成品仓内装设钢挡板,缓解抛料离析的问题。

3.3 运输过程中离析的控制

(1)自卸车从成品仓装料时,按照前-后-中的顺序进行三次装料,避免一次性装料粗集料集中到车厢外侧。

(2)不管距离远近,均需要苫布苫盖,并包裹严实,避免运输过程中车厢表面水稳料水分蒸发,粘结性降低,造成离析现象。

(3)对料车通行道路进行修整,保证道路平整,减少运输车辆的颠簸;同时车辆平稳驾驶,严禁急刹车与快速转弯,以减少水稳料的离析。

3.4 摊铺过程中离析的控制

(1)水稳料自卸车倒车至摊铺机前,尽量进行一次举升,避免多次举升造成水稳料中粗集料的多次集中。

(2)每辆自卸车卸料完成后,摊铺机料斗内的水稳料应留部分于料斗内,不宜清理得过于干净,一般料斗两侧的粗集料较多,等下辆自卸车卸料时,再与新料一起输送至后面的螺旋布料器,经过其二次搅拌,能够很好地避免离析现象。

(3)自卸车卸料过程中粗集料主要集中于侧板处,频繁收斗将增加离析出现的频率,以三车进行一次收斗为宜,并将散落料铲回摊铺机内,过干时予以废弃。

(4)对螺旋布料器增加反向叶片,并以埋入水稳料2/3深度为宜,螺旋布料器应匀速运转,充分发挥二次搅拌的作用,以减少水稳料离析。布料器前挡板增加橡胶挡板,并与物料挡板的间距≤30 cm。

(5)对离析位置人工采用筛子补撒细料,对水稳料表面局部的粗细集料“窝”和含水量超限点应及时铲除,换用合格的新料拌和填补。

(6)根据摊铺距离的远近,充分考虑装料、往返运输、摊铺、等待的时间,确定所需的自卸车熟料,施工过程中摊铺机的摊铺速度不宜过快,控制在1.5 m/min左右,同时应避免出现停机等料的现象。

4 结语

水泥稳定碎石作为路面结构的主要承重层,水稳料离析会导致成型水稳强度、平整度、整体性等性能变差,会降低路面的使用寿命。由于目前的现场施工工艺还不能完全避免水稳料的离析现象,所以分析水稳料离析产生的原因并对其有针对性地采取相应措施来减少离析是保证高速公路质量的关键。通过以上对原材料、拌和、运输、摊铺等施工过程中可能造成水稳料离析细节的严格把控,水泥稳定碎石基层的离析现象得到较好控制,路面水稳结构的整体质量得到较大提高。