CN110055846B

CN110055846B - 一种水泥稳定碎石基层及其施工方法

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Publication number: CN110055846B
Application number: CN201910416771.1A
Authority: CN
Inventors: 张悦; 孙浩洋; 陈燕; 刘雄伟; 梁亮; 单继雄; 吕军军; 崔伟; 谷建玲
Original assignee: Hebei Ruizhi Traffic Technology Consulting Co ltd
Current assignee: Hebei Traffic Planning Institute Ruizhi Traffic Technology Consulting Co.,Ltd.
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: CN110055846A

Abstract

本发明涉及高速公路路面铺设的技术领域，具体涉及一种水泥稳定碎石基层，其由包括如下重量份的组分混合后施工而成：粗集料78‑87份、细集料5‑13份、高贝利特水泥4‑9份、硫铝酸钙‑氧化钙复合膨胀剂0.2‑0.8份和水5‑15份，所述水泥稳定碎石基层的表层喷设有防水增强剂，所述防水增强剂由包括如下重量百分比的原料制备得到：脂肪酸防水剂1‑3%、苯丙乳液50‑70%、石棉粉15‑30%和水10‑25%；还涉及该水泥稳定碎石基层的施工方法，施工得到的基层相对于现有技术基层其力学强度提高，平均温缩系数与平均干缩系数均降低，综合性能得到改善。

Description

一种水泥稳定碎石基层及其施工方法

技术领域

本发明涉及高速公路路面铺设的技术领域，具体涉及一种水泥稳定碎石基层及其施工方法。

背景技术

水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。水泥稳定碎石成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。

水泥稳定碎石基层属半刚性结构层，具有良好的力学性能，易于摊铺施工。但是半刚性基层施工完成后，在铺筑沥青路面前，由于较长时间裸露，会因受到外界日温差产生的温度应力的反复作用，此温度应力与基层的干缩应力相结合，很容易引起半刚性基层开裂。时间越长，裂缝越大，当在基层上方铺设好沥青层后，基层的裂缝会逐渐向上扩展至沥青面层，或者逐渐向下扩展，从而形成上下相连的裂缝，即反射裂缝。初期的反射裂缝，仅影响路面美观，降低平整度，对行车并无明显影响。但是，当路表有水时，水会顺着反射裂缝渗入沥青面层和基层内，在路面上方高速行车荷载的外界因素下，裂缝内的水会在荷载压力下不断冲击基层中的粘料，使基层中的水泥或泥土等粘料大量减少而只剩碎石等骨料，从而使路面形成中空的结构，强度大大降低，缩短了道路的使用周期。

水稳基层裂缝产生的内部原因之一是集料的级配及配合比是否合适，粗集料或细集料过多都会对基层强度产生影响，使弯沉值的变异系数较大、悬空系数较大及均匀性较差，粗集料集中部位的强度较高，而细集料集中部位的强度较低，这样就会使基层的内应力不平衡，从而导致干缩裂缝的产生。水稳基层裂缝产生的另一个内部原因是水泥的掺量，当水泥掺量超过5％后，基层的收缩系数会逐渐增大，从而会加重基层开裂。因此，现有技术中为了避免基层开裂严重，多采用降低水泥掺量且将水泥掺量控制在3-5％。然而，水泥可以增强水稳基层的强度和稳定性，将水泥掺量限制在5％内，则会相对降低基层的刚度。

综上，寻找一种既可以满足水稳基层的刚度要求，又能减少干缩裂缝，从而延长道路使用周期的水稳基层迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种水泥稳定碎石基层，提高了基层的力学强度，降低了温缩系数与干缩系数。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种水泥稳定碎石基层，其由包括如下重量份的组分混合后施工而成：粗集料78-87份、细集料5-13份、高贝利特水泥4-9份、硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂0.2-0.8份和水5-15份，所述水泥稳定碎石基层的表层喷设有防水增强剂，所述防水增强剂由包括如下重量百分比的原料制备得到：脂肪酸防水剂1-3％、苯丙乳液50-70％、石棉粉15-30％和水10-25％。

通过采用上述技术方案，高贝利特水泥，简称HBC，与普通水泥一样同属于硅酸盐水泥系列。但是高贝利特水泥中硅酸二钙占总体的90％左右，远远超过了硅酸三钙的含量，并且其氧化钙的含量很小，远远低于国家规定的5％。因此，高贝利特水泥的水化慢，水合热较小，抗水化性好，自身的收缩率低。将高贝利特水泥应用于本发明的水稳基层中，可以有效降低在塑性阶段发生水化反应的水泥量，配合硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，提高水稳基层的有效膨胀能，从而提高基层的补偿收缩能力，可以减少基层的干缩裂缝。在水稳基层的表层喷设防水增强剂，使铺设沥青面层之前的养护期内，水稳基层表层未完全裸露，一方面可以降低外界环境对基层造成的影响；另一方面防水增强剂可以逐步渗入基层内部，通过与基层内的高贝利特水泥及细集料混合，实现“反毛细管效应”，从而达到防水、憎水、抗渗、防漏等特效，并且防水增强剂中的石棉粉可以覆盖在基层表面形成硬化保护层，提高基层表面的刚度。本发明中通过在基层中加入硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，并对基层表面防水处理，可以在满足降低基层干缩裂缝的前提下，相对提高水泥掺量，提高了基层的强度。

作为优选，其由包括如下重量份的组分混合后施工而成：粗集料80-85份、细集料7-10份、高贝利特水泥5-8份、硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂0.4-0.6份和水8-12份，所述水泥稳定碎石基层的表层喷设有防水增强剂，所述防水增强剂由包括如下重量百分比的原料制备得到：脂肪酸防水剂1.5-2.5％、苯丙乳液55-60％、石棉粉20-25％和水15-20％。

通过采用上述技术方案，优化组分含量，进一步改善基层的综合性能。

作为优选，所述粗集料为采用两级反击式或锤式破碎机加工得到的石灰岩碎石，所述石灰岩碎石的压碎值≤26％，针片状含量≤15％，0.075mm以下粉尘含量≤1.2％，软石含量≤3％；所述细集料为天然砂。

作为优选，所述粗集料与细集料混合形成的混合料的级配范围为：通过31.5mm方孔筛为100wt％，通过26.5mm方孔筛为95-100wt％，通过19.0mm方孔筛为75-85wt％，通过16.0mm方孔筛为66-77wt％，通过9.5mm方孔筛为46-58wt％，通过4.75mm方孔筛为28-38wt％，通过2.36mm方孔筛为20-28wt％，通过1.18mm方孔筛为11-19wt％，通过0.6mm方孔筛为8-15wt％，通过0.3mm方孔筛为5-11wt％，通过0.15mm方孔筛为3-8wt％，通过0.075mm方孔筛为0-5wt％。

通过采用上述技术方案，保证粗集料杂质含量合格，碎石粒型好，使其形状接近立方体。控制粗、细集料的级配，更有利于基层内粗集料及细集料的分散均匀性，从而避免局部强度过大或过小，使基层内部应力均匀，降低基层的收缩力。

作为优选，所述混合料中通过0.075mm方孔筛为3-5wt％。

通过采用上述技术方案，提高水泥稳定碎石的抗疲劳性能。

作为优选，所述石棉粉为蛇纹石石棉粉，长度为100-200μm。

通过采用上述技术方案，蛇纹石石棉粉，即温石粉，具有纤维状空间结构，可以为防水增强剂提供骨架支撑，利于在基层表层形成硬化防护层，提高对基层的防水保护作用。

本发明的第二个目的是提供一种上述水泥稳定碎石基层的施工方法，其通过如下步骤施工而成：

(1)将粗集料、细集料、高贝利特水泥、硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂和水拌和均匀，得到拌和料；

(2)将步骤(1)中的拌和料摊铺在待铺位置，碾压并压实，形成基层；

(3)对步骤(2)得到的基层进行养护，养护期间向基层表面上喷洒防水增强剂2-3次，并使防水增强剂均匀覆盖在基层表层；养护结束后即得水泥稳定碎石基层。

通过采用上述技术方案，在基层铺设完成后的养护期内，间隔喷洒防水增强剂，可以对基层起到持续性的防水及保护作用，避免基层直接裸露，既可以降低外界环境对基层造成的开裂影响，又可以提高基层自身的防水能力，从而改善基层的强度，延长道路的使用周期。

作为优选，所述步骤(2)中，用两台摊铺机先后梯形交错排列摊铺，两台摊铺机前后相隔5-8m，同时向前摊铺，横向重叠100-200mm。

作为优选，所述步骤(2)中，用压路机碾压，每次由两端折回的位置呈阶梯形随摊铺机向前推进，且保证折回处不在同一横断面。

通过采用上述技术方案，保证基层压实度和压实均匀性，使基层内各部的强度均匀，避免局部强度过大或过小导致内部应力不均匀，可以降低基层自身的收缩应力。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

(1)通过对基层表面用防水增强剂处理，提高基层自身的防渗水能力，减少从反射裂缝进入基层内的水量，从而提高基层的抗干裂能力和强度，延长道路的使用周期；

(2)选用高贝利特水泥，结合硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，可以提高基层自身的补偿收缩能力，避免开裂；

(3)通过基层自身的配料，结合表层的防水增强处理，使基层在满足刚度要求的前提下，降低干缩开裂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。

本发明中的高贝利特水泥初凝时间为4.8小时，终凝时间为8.5小时，由于高贝利特水泥进场入罐时其出炉天数为1天，因此将其存放7天，安定性合格后使用，并将散装高贝利特水泥入罐的温度控制在50℃以内。本发明中硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂的化学分析数据具体为：烧失量2.10％，SO₃ 19.72％，SiO₂ 2.00％，Fe₂O₃ 1.19％，Al₂O₃ 4.39％，CaO68.62％，MgO1.74％，f-CaO47.72％。脂肪酸防水剂选自郑州龙达防水材料有限公司。苯丙乳液选自山东宝达新材料有限公司的BC-01苯丙乳液。石棉粉选用蛇纹石石棉粉，长度为100-200μm。粗集料为采用两级反击式或锤式破碎机加工得到的石灰岩碎石。细集料为天然砂。

本发明中的防水增强剂采用常规的建筑防水剂的制备方法，具体为：按照表1中的掺量，将脂肪酸防水剂、石棉粉和水混合后，于80r/min的转速下搅拌50min，然后加入苯丙乳液，于120r/min的转速下搅拌60min即得。

实施例1

一种水泥稳定碎石基层，其通过如下步骤施工而成：

(1)将78kg粗集料、5kg细集料、4kg高贝利特水泥、0.2kg硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂和5kg水拌和均匀，得到拌和料；其中，石灰岩碎石的压碎值为26％，针片状含量为15％，0.075mm以下粉尘含量为1.2％，软石含量为3％；粗集料与细集料混合形成的混合料的级配范围为：通过31.5mm方孔筛为100wt％，通过26.5mm方孔筛为96.8wt％，通过19.0mm方孔筛为79.0wt％，通过16.0mm方孔筛为64.6wt％，通过9.5mm方孔筛为52.9wt％，通过4.75mm方孔筛为32.3wt％，通过2.36mm方孔筛为21.3wt％，通过1.18mm方孔筛为15.2wt％，通过0.6mm方孔筛为9.4wt％，通过0.3mm方孔筛为6.8wt％，通过0.15mm方孔筛为5.2wt％，通过0.075mm方孔筛为0wt％；

(2)在铺料前，在待铺位置的两侧设基准线，控制铺设高程；采用两台性能不低于福格勒2100型覆带式摊铺机先后梯形交错排列摊铺，两台摊铺机前后相隔5m，同时向前摊铺，横向重叠100mm；用自卸汽车采用三次卸料法卸料；摊铺机保持2m/min的行进速度匀速行进，中途不得变速；铺设时当料斗内粘附较多混合料时收斗，收斗后立即连接满载的运料车向摊铺机内喂料；在铺设的混合料初凝前进行碾压操作，具体为：使用激振力不小于50t的振动压路机及自重为35t的压路机进行碾压，碾压遵循“先轻后重、先弱后强、先慢后快、先边缘后中间”的原则，两侧路肩和接缝处多压3遍；压路机每次由两端折回的位置呈阶梯形，随摊铺机向前推进，使折回处呈45°斜角；振动轮应重叠1/3轮宽，后轮超过两段的接缝处；后轮压完路面全宽时为一遍；压路机的碾压速度在头两遍采用2km/h，以后各遍采用2.5km/h；压实后用6m直尺逐段检测平整度，平整度合格，得到基层；

(3)在基层铺设压实后先向基层表面上喷洒防水增强剂1次，按照1.5kg/m²的喷涂量使防水增强剂均匀覆盖在基层表层；然后采用透水式土工布进行养护，两幅间相互搭接25cm，然后以石块压边；养护期为10天，养生期间内，用洒水车间隔向土工布表面洒水，使土工布表面始终保持湿润；养护第四天，撤掉土工布，再次向基层表面上喷洒防水增强剂1次，使防水增强剂均匀覆盖在基层表层；然后再覆盖透水式土工布进行养护，两幅间相互搭接25cm，然后以石块压边；再养护6天后即得水泥稳定碎石基层。

实施例2

实施例2与实施例1的施工操作区别在于：步骤(2)中，两台摊铺机前后相隔8m，同时向前摊铺，横向重叠200mm，其余与实施例1中均一致。

实施例3

实施例3与实施例1的施工操作步骤相同，区别在于各原料按照表1中的配比加入，并且石灰岩碎石的压碎值为25％，针片状含量为15％，0.075mm以下粉尘含量为1.0％，软石含量为2.8％；粗集料与细集料混合形成的混合料的级配范围为：通过31.5mm方孔筛为100wt％，通过26.5mm方孔筛为95wt％，通过19.0mm方孔筛为85wt％，通过16.0mm方孔筛为77wt％，通过9.5mm方孔筛为58wt％，通过4.75mm方孔筛为28wt％，通过2.36mm方孔筛为20wt％，通过1.18mm方孔筛为11wt％，通过0.6mm方孔筛为8wt％，通过0.3mm方孔筛为5wt％，通过0.15mm方孔筛为3wt％，通过0.075mm方孔筛为3wt％；其余与实施例1一致。

实施例4

实施例4与实施例1的施工操作步骤相同，区别在于各原料按照表1中的配比加入，并且粗集料与细集料混合形成的混合料的级配范围为：通过31.5mm方孔筛为100wt％，通过26.5mm方孔筛为100wt％，通过19.0mm方孔筛为75wt％，通过16.0mm方孔筛为66wt％，通过9.5mm方孔筛为46wt％，通过4.75mm方孔筛为38wt％，通过2.36mm方孔筛为28wt％，通过1.18mm方孔筛为19wt％，通过0.6mm方孔筛为15wt％，通过0.3mm方孔筛为11wt％，通过0.15mm方孔筛为8wt％，通过0.075mm方孔筛为5wt％；其余与实施例1一致。

实施例5-7

实施例5-7与实施例1的施工操作步骤相同，区别在于各原料配比按照表1中的量添加。

需要注意的是，以上各实施例中配制的水稳基层料，目的主要在于表达整体的工艺和原料配比关系。在实际施工中，根据现场所需的基层料量，可以在本发明的配比内相应扩大各原料用量，以满足不同的路况需求。

表1中，各原料的单位均为kg，水1为向水泥稳定碎石基层中添加的水，水2为向防水增强剂中添加的水。

表1实施例1-7的各原料含量(单位kg)

对比例1

对比例1与实施例5的区别在于，水稳基层的表层无防水增强剂处理，其余与实施例5一致。

对比例2

对比例2与实施例5的区别在于，水稳基层原料中将高贝利特水泥替换为普通硅酸盐水泥，其余与实施例5一致。

对比例3

对比例3与实施例5的区别在于，水稳基层原料中无硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂，其余与实施例5一致。

对比例4

对比例4为申请公布号为CN 109336476 A的发明专利申请中实施例1的半刚性基层。

性能测试

采用T 0804-1994的试验方法测试实施例1-7及对比例1-4的各基层的最大干密度和最佳含水量。采用T 0843-2009和T 0844-2009中限定规格的试件，用T 0805-1994和T0806-1994的试验方法，分别检测试件的7天无侧限抗压强度试验和7天劈裂试验。采用T0844-2009中限定规格的试件进行温缩试验(T 0854-2009)和干缩试验(T 0855-2009)。采用美国MTS810材料疲劳试验机对水稳基层混合料疲劳性能进行测试，试件成型方法使用振动成型，振动频率30Hz，静压力150kPa；养生时间为3个月，养生温度25℃，湿度90％；试验荷载波形为正弦波，加载频率100Hz，试件长度30cm，应力水平0.7，采用三分点加载方式，测试其重复加载的次数即为疲劳寿命。各项目的测试结果见表2。

表2不同基层的性能测试结果

由表2的检测结果表明，本发明的水稳基层刚度和抗干缩开裂能力均优于现有技术中的半刚性基层材料(对比例4)：7天无侧限抗压强度提高了近12％，7天劈裂强度提高了近33％，平均温缩系数降低了16％，平均干缩系数降低了近12％。由对比例1的结果证明，本发明中的防水增强剂对本发明基层的刚度和抗干缩开裂能力均有影响，若无该防水增强剂的处理，则基层的抗压强度及劈裂强度降低，平均温缩系数及平均干缩系数也均降低，综合性能下降，并且会降低基层的使用寿命。由对比例2结合对比例3的数据证明，本发明中的高贝利特水泥和硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂对基层的强度和抗干缩开裂能力均具有正向的协同影响作用。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种水泥稳定碎石基层，其特征在于，其由包括如下重量份的组分混合后施工而成：粗集料80-85份、细集料7-10份、高贝利特水泥5-8份、硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂0.4-0.6份和水8-12份，所述水泥稳定碎石基层的表层喷设有防水增强剂，所述防水增强剂由包括如下重量百分比的原料制备得到：脂肪酸防水剂1.5-2.5%、苯丙乳液55-60%、石棉粉20-25%和水15-20%；所述硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂的化学分析数据具体为：烧失量2.10%，SO₃19.72%，SiO₂2.00%，Fe₂O₃1.19%，Al₂O₃4.39%，CaO68.62%，MgO1.74%，f-CaO47.72%；所述石棉粉为蛇纹石石棉粉，长度为100-200μm。

2.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层，其特征在于：所述粗集料为采用两级反击式或锤式破碎机加工得到的石灰岩碎石，所述石灰岩碎石的压碎值≤26%，针片状含量≤15%，0.075mm以下粉尘含量≤1.2%，软石含量≤3%；所述细集料为天然砂。

3.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层，其特征在于，所述粗集料与细集料混合形成的混合料的级配范围为：通过31.5mm方孔筛为100wt%，通过26.5mm方孔筛为95-100wt%，通过19.0mm方孔筛为75-85wt%，通过16.0mm方孔筛为66-77wt%，通过9.5mm方孔筛为46-58wt%，通过4.75mm方孔筛为28-38wt%，通过2.36mm方孔筛为20-28wt%，通过1.18mm方孔筛为11-19wt%，通过0.6mm方孔筛为8-15wt%，通过0.3mm方孔筛为5-11wt%，通过0.15mm方孔筛为3-8wt%，通过0.075mm方孔筛为0-5wt%。

4.根据权利要求3所述的水泥稳定碎石基层，其特征在于：所述混合料中通过0.075mm方孔筛为3-5wt%。

5.一种权利要求1-4任一项所述的水泥稳定碎石基层的施工方法，其特征在于，其通过如下步骤施工而成：

（1）将粗集料、细集料、高贝利特水泥、硫铝酸钙-氧化钙复合膨胀剂和水拌和均匀，得到拌和料；

（2）将步骤（1）中的拌和料摊铺在待铺位置，碾压并压实，形成基层；

（3）对步骤（2）得到的基层进行养护，养护期间向基层表面上喷洒防水增强剂，并使防水增强剂均匀覆盖在基层表层；养护结束后即得水泥稳定碎石基层。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用两台摊铺机先后梯形交错排列摊铺，两台摊铺机前后相隔5-8m，同时向前摊铺，横向重叠100-200mm。

7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述步骤（2）中，用压路机碾压，每次由两端折回的位置呈阶梯形随摊铺机向前推进，且保证折回处不在同一横断面。