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。
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。