高速公路施工中水泥粉煤灰稳定碎石的应用

　　一、原材料分析
　　粉煤灰是一种气硬性材料，当与水泥、石灰、水等材料拌和均匀经过充分压实达到一定龄期后，具有较高的抗压强度。粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3等能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在，这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，大部分水化产物开始以凝胶体出现，随着凝期的增长，逐步转化为纤维状晶体，并随着数量的不断增加，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合物的孔隙，形成较高的强度。随着粉煤灰活性的不断调动，使水泥粉煤灰不仅有较高的早期强度，而且其后期强度也在不断提高，从而降低了水泥稳定碎石干缩严重的现象，提高了基层的整体质量，延长了路面的使用寿命。
　　二、配合比设计
　　1、最佳粉煤灰掺量的确定
　　以水泥掺量为3％(质量分数)，粉煤灰掺量按0％、5％、10％、15％，压实度按97％进行底基层的无侧限抗压成型试验，测其7d无侧限抗压强度以确定粉煤灰的最佳掺量。
　　在水泥掺量为3％、粉煤灰掺量为10％时，混合料的无侧限抗压强度具有较高值，其95％保证率的保证值为2.15MPa，满足规范要求底基层的强度标准值；且粉煤灰的最佳掺量为10％。
　　2、水泥剂量的确定
　　根据以上结果，确定粉煤灰的掺量为10％，底基层水泥剂量取3％，3.5％，4％，基层水泥剂量取3％、4％、4.5％、5％、6％，分别进行无侧限抗压强度试验以确定水泥剂量，同时相应地进行了水泥稳定碎石的无侧限抗压强度试验作为对比。
　　通过以上分析可以看出，水泥粉煤灰碎石材料的7d无侧限抗压强度随水泥剂量的增加而增加；相同水泥剂量下，水泥粉煤灰稳定碎石与水泥稳定碎石相比，无侧限抗压强度前者明显高于后者，强度提高近25％；在达到相同强度等级情况下，水泥剂量降低了1％；底基层用水泥粉煤灰稳定碎石，水泥剂量取3％、粉煤灰掺量取10％，其7 d无侧限抗压强度代表值为2.15MPa，满足规范要求底基层的强度标准值；基层用水泥粉煤灰稳定碎石，水泥剂量取4．5％、粉煤灰掺量取10％，其7d无侧限抗压强度代表值为3.16MPa，满足规范要求底基层的强度标准值。
　　三、施工过程分析
　　1、中央分隔带土模及侧模的制作
　　在路基路床顶中央分隔带处，按照设计宽度，支立中央分隔带模板，然后再培出土路肩，并按水稳碎石设计宽度切除多余土方，形成水稳碎石施工的侧模。
　　2、测量放样
　　用全站仪按极坐标法测量恢复中线，每10m设一排桩，根据单幅水稳碎石设计宽度，放出水稳碎石宽度边线。根据以往施工经验，此段水稳碎石试验段松铺系数暂采用1.3，即摊铺厚度为23.4cm。
　　3、水稳碎石拌和
　　采用WBS一500型连续式拌和站，砂、粉煤灰、O.5～1mm碎石及1～3mm碎石各用一个仓进行配料。在施工前应按施工配合比进行试拌，并对各技术指标进行验证。试验室要对每次生产的混合料进行筛分、调整，直至与设计值吻合后才大量拌和混合料。
料场的粗、细集料应分类堆放和供料，拌和前碎石骨料由装载机装入级配料仓，粉煤灰应防止过于扬尘或过湿成团，过湿的原材料从级配料仓下料时会很困难，影响配合比的准确性和输料速度。在搅拌缸前部设有液体喷头，适量比例的水在涡旋流量计和变频水泵控制下加入搅拌缸中。含水量要依据施工时天气、气候调节，使运输至施工现场的摊铺含水量接近最佳。
　　全部拌和过程由拌和机电控系统集中控制，在操作员的统一调度下进行工作。拌和机料仓输送器旁配备专职值守人员，发现拌和不均匀或其他拌和质量问题及时汇报操作间，确保拌和机生产出的水稳碎石混合料符合各项试验要求。
　　4、机械组合和碾压
　　摊铺后，当水稳碎石混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时及时碾压。试验证明，在一定范围内，水稳碎石压实度每提高一个百分点，其强度将增加5％～8％。因此提高压实度也是提高强度的途径之一。
　　水稳碎石压实分初压、复压和终压。采用机械有：802X链轨车1台，18t振动压路机1台，20t振动压路机1台，YL20A型胶轮压路机1台。
　　(1)初压阶段。摊铺机摊铺后采用链轨车排压1遍，使摊铺后的水稳混合料的颗粒重新排列，内摩擦力减小，颗粒间易于重新集聚。排压1遍后，18t振动压路机稳压1遍，碾压时应匀速进退，不要在碾压段紧急制动或快速启动。测量员要及时检查高程，发现明显较高或较低的地方，要及时进行调整。
　　(2)复压阶段。此阶段是压实作业中的关键阶段。初压后，当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量，18t振动压路机低振1遍，再高振1遍。20t振动压路机梯形跟进，高振2遍。相邻碾压带应重叠1／3轮宽，碾压速度以1.5～1.7km／h为宜。复压结束后，水稳碎石经检测已经达到了规定的压实度。
　　(3)终压阶段。终压的目的是消除水稳碎石表面缺陷和保证有较好的平整度，终压使用11轮轮胎静压压路机2台碾压，并紧跟在复压后进行，速度为2.5～3.5km／h，终压后水稳碎石应全部满足压实度要求。
　　实际工作中，初压、复压、终压要相互衔接，梯形跟进，严格控制碾压速度。为保证压实效果，还要注意：①碾压作业要遵循“由低到高，先两边后中间，轻重轻”的压实原则；②碾压过程中，要先稳压，后振动碾压，再静压；③土路肩同时压实；④专职试验员控制压实遍数及压实度，并做好详细记录，记录碾压遍数、压实度、压实厚度等；⑤压实度检验合格后，用YL20A型胶轮压路机进行最终的收面碾压。
　　四、结论
　　1、水泥粉煤灰稳定碎石的强度在很大程度上受混合料级配的影响，级配越接近骨架结构，混合料强度越高。
　　2、在混合料中掺加粉煤灰后，其早期和后期抗压强度以及劈裂强度均有大幅度提高，水泥粉煤灰稳定碎石中水泥与粉煤灰之间存在最佳的比例关系，该比例在1:1.5～1:2时早期和后期抗压强度较高，并且劈裂强度较高。
　　3、将集料最大粒径由31.5mm降低到26.5mm时，混合料早期抗压强度略有降低，但后期抗压强度和劈裂强度均有一定程度提高。
　　4、水泥粉煤灰稳定碎石强度的形成主要受水泥剂量的影响，水泥剂量越高，混合料强度越高。
　　5、水泥粉煤灰稳定碎石收缩性能优于水泥稳定碎石，并且采用接近于骨架结构的级配时收缩较小。