关键词：干硬性二灰稳定碎石、连续摊铺施工、工作机理、可行性、级配、含水率、添加剂
Feasibility Analysis of Dry hard Two Ash Stability in
macadam base And engineering practice
Yang dong sheng
Abstract: Working Mechanism ordinary Two Ash Stability in Macadam based incorporated in Two Ash Stability in macadam base and experience in engineering continuous paving asphalt pavement construction, feasibility recent years, Qingdao dry hard Two Ash Stability in macadam base theoretical analysis to explain the key issues which summed up gradation in engineering applications, moisture content, and other additives.
Key words: Two Ash Stability in Macadam based, Continuous Paving Construction, Working Mechanism,Feasibility,Grading,Moisture content, Additive.
随着城市交通的不断升级以及城市居民对居住环境及出行要求的不断提高，快速且高质量的进行道路改造和恢复成为城市建设决策者越来越关注的问题，有时不得不牺牲质量而满足工期要求，造成部分道路改造出现质量问题。
二灰稳定碎石作为市政道路工程中常用的半刚性基层，具有较高的后期强度、良好的板体性能，其强度主要来源于集料颗粒的内摩擦力和填充结合料的粘结力两个方面，而其养生期一般为7天，但这种常规做法日益满足不了城市道路（尤其是市区）工期的要求，总结青岛近几年二灰基层设计及施工经验，一种改良的二灰稳定碎石应运而生，其在二灰稳定碎石基层施工碾压结束后，省略常规的养护过程，在较短的时间内铺筑沥青面层开放交通，达到缩短施工工期，提高工程经济效益和社会效益的目的。本文结合工程实际，分析干硬性二灰的工作机理及可行性，阐述在工程应用中总结出的级配、含水率、添加剂等关键问题。
1 干硬性二灰稳定碎石基层理论分析
普通二灰碎石基层在养护周期不足的情况下，连续铺筑沥青面层造成基层表面的松散破坏，是由于基层在较短的时间里还未能形成基本的强度，无法抵御沥青面层施工过程中各种机械的碾压所造成的。当发生这种现象时，不仅基层结构的整体性受到影响，不利于其强度的形成和发展，而且造成面层和基层之间无法有效连接，形成“两张皮”状况。
因此基层施工规范强调要有7d的养护周期的同时，还要求施工中不允许机械车辆掉头、转弯或急刹车等操作现象，以免带来上述后果。怎样使二灰基层尽快达到规范要求的无侧限抗压强度是关键，从这一角度考虑，结合二灰碎石强度形成及机理分析，认为可通过以下几个方面来提高二灰碎石的早期强度：
1、降低二灰碎石含水率，采用重型压路机压实，提高成型压力。
2、合理确定骨料含量，使混合料嵌挤作用发挥最大效应。
3、添加外掺剂，加速化学反应，提高早期强度。
（1）含水率对二灰碎石强度的影响
通常认为二灰碎石强度与其含水量的关系呈现凸形曲线，在含水量较小时，强度随着含水量的增大而增大，但当含水量超过一定量后，随着含水量的增大而下降。
若以最大强度下浮10%作为施工控制的界限，二灰碎石含水量的允许变化范围为最佳含水量的+0.5%~-1.5%，含水量超出其上限1%，7天无侧限抗压强度将下降1/3以上，但是对于含水量较低的混合料，通过增加成型压力，混合料的强度会随之增长，两者近似呈线性关系，而初始含水量偏大的话，其抗压强度增长幅度会小很多。因此，二灰碎石碾压时含水量应以宁低勿高为原则。另外，含水量较低的二灰碎石，通过增加成型压力会减小骨料之间的空隙，从而增加骨料之间嵌挤力，从而提高其初期抗剪强度和板体性，为连续施工时防止施工车辆的剪切破坏起到积极的作用。
通过以上分析，二灰碎石可通过适当降低含水量以及增加成型压力来改善其前期强度，尤其是抗剪强度。
（2）集料含量对二灰碎石强度的影响
二灰碎石混合料是一个由二灰和集料构成的多相复合系统，二灰填充集料堆积后的空隙略有剩余，将二灰碎石粘结为一个整体，对整个二灰碎石系统的强度贡献而言，集料起骨架作用，二灰起粘结和填充作用。然而集料含量突破一定极限后，二灰已经不能将碎石粘结为一个整体性很好的系统，甚至不能完全填充集料空隙，集料的增强作用就不能发挥，就会导致集料增强的效果降低。在我国城市道路建设中一般采用骨架密实型二灰混合料，集料含量一般为80%~85%，同时具有规定的级配。石灰粉煤灰的含量为20%~12%。
根据已有研究成果，就强度而言当集料含量为60%~80%时，随着集料含量的增加，混合料的抗压强度也随之增加，但当集料含量超过80%时，其抗压强度就会降低，集料含量为80%的二灰碎石其抗压强度等指标要优于集料含量为85%的二灰碎石。
（3）外掺剂对二灰碎石强度的影响
粉煤灰是一种具有化学潜能的物质，其化学活性在通过一定途径下才能激发出来，普通二灰碎石在常规养生条件下，这种激发反应进行的很缓慢，早期石灰粉煤灰的粘结作用对二灰碎石的整体强度的影响非常微小，一般需养生7d后才能形成一定强度，显然在工期紧张的城市道路建设中不能满足施工需求。添加化学外掺剂，就是根据粉煤灰与石灰作用的原理，使具有潜在活性的SiO2、Al2O3解聚和溶蚀，使更多的成分能够在短时间里发生火山灰反应，生成充足的水化硅酸钙、水化铝酸钙等多种凝胶物质，从而确保二灰碎石的早期强度得到大幅度提升。
通过外掺剂的使用，短时间内对二灰材料强度提升的幅度很大，根据已有研究，在夏季高温条件下，添加1%碳酸钠，二灰碎石在第一天的无侧限抗压强度就能达到0.6~0.8MPa，第二天就能达到1.3 ~1.4 MPa。故尽量利用夏季高温施工并结合化学外掺剂的使用，是确保二灰碎石连续施工的有效措施。
通过以上分析，普通二灰碎石通过适当降低含水率、重型压实、严格控制骨料含量、夏季施工配合添加外掺剂等措施可提高二灰碎石的早期强度，为实现基层面层连续摊铺成为可能。
2工程应用
青岛市近几年在道路材料方面不断尝试新的做法，积极采用新工艺、新技术、新材料，一方面不断提升工程质量，另一方面尽量做到缩短工期，以最快速度还优美之环境、顺畅之交通于市民，青岛市在2017上合峰会期间，道路综合整治工程中普遍采用的是干硬性二灰作为道路基层，并取得了良好的效果，保证了工期的同时质量也得到保障。
（1）含水率的确定
二灰碎石可通过适当降低含水量以及增加成型压力来改善其前期强度，尤其是抗剪强度。至于含水量降低程度，二灰碎石基层碾压时的含水量需控制在最佳含水率的-1.5%~+0.5%范围内。根据青岛2017年上合峰会道路综合整治工程中《二灰稳定碎石配合比验证检测报告》，二灰碎石最佳含水率为7.5%，而在二灰基层施工碾压时的含水量控制在最佳含水量的-1.5%以内，既6%左右，若含水量再降低，水分将不能满足石灰粉煤灰的火山灰反应，对二灰基层强度造成很大影响。
（2）集料含量及级配的确定
随着集料含量的增加，混合料的抗压强度也随之增加，但当集料含量超过80%时，其抗压强度就会降低，集料含量为80%的二灰碎石其抗压强度等指标要优于集料含量为85%的二灰碎石。结合青岛地区以往工程经验以及室内试验，本工程的集料含量为80%，二灰含量为20%。具体级配如下：
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（3）石灰粉煤灰比例的确定
结合青岛市的气候特点，其高温天气少，且湿度大，雾气多，地面温度低，利用夏季高温施工的时期很短，本工程按照青岛地区惯例未使用外掺剂，而是通过增加石灰比例，提高混合料的碱度，以加速火山灰反应，使二灰碎石在短时期内形成强度。
故本工程通过增加石灰比例的方式，增加早期强度，当集料含量为80%时，石灰比例为5%时，二灰碎石的强度最高，本工程在此基础上，石灰含量调整为8%，既石灰：粉煤灰：集料=8：12：80。
（4）施工质量检验
针对本工程，由于采用的干硬性二灰基层属于非常规的二灰碎石材料，故采取了多种方式对施工质量进行检测，以检验最终施工效果。通过钻心取样，直接了解其基层强度形成的状况，同时结合施工验收，检测相关路面的弯沉值，通过检测结果分析，干硬性二灰在整体性上与普通二灰无本质差异，均能完整取芯，且其强度以及弯沉指标均能满足规范与设计要求，可见干硬性二灰的连续施工方式在实践中是完全可行的。
参考文献：
[1] 《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）。
[2] 张超、杜新科、胡长顺 石灰粉煤灰类基层材料早期强度的可恢复性[J]。长安大学学报（自然科学版），2006（3）。
[3]徐飞龙、框志平、凌建明，二灰碎石基层分层施工技术的试验研究[J]。同济大学学报，2002（1）
杨东升（1985- ） 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司 工程师
研究方向：道路交通
电话：15866892530
地址：青岛市崂山区深圳路222号天泰金融广场A座13楼
论文作者:杨东升
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月4期
论文发表时间:2020/4/23
标签：碎石论文; 强度论文; 含水量论文; 基层论文; 抗压强度论文; 石灰论文; 工程论文; 《城镇建设》2020年2月4期论文;