王晓翠,王晓利

(1.浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 311231；2.西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西 西安 710054)

随着中国公路交通事业的进一步发展,公路建设对道路的施工和使用性能提出了更高的要求。半刚性基层路面结构层不但能提供重载车辆必需的承载能力,也具有良好的整体性和稳定性。但是半刚性材料的强度形成需要足够长的时间,早期强度低,基层施工完毕较长一段时间后,才可进行路面工程的施工。同时，由于半刚性基层所用的都是收缩性较大的材料,也由于我国绝大多数道路的沥青路面又都是薄沥青面层,所以我国道路上沥青路面的裂缝特别严重[1]。因此，我们将自行研制的氟铝酸钙和硫铝酸钙矿物相喷射水泥用于水泥稳定类基层材料,该水泥不仅具有速凝、早强特性,而且具有微膨胀性,可以加速公路施工速度,减少路基收缩问题。

浙江省多为山地,越来越多的公路建于山区之中。传统的施工方法中心站集中厂拌法施工的厂拌设备都是安装在固定地点作业,且装置多,整机庞大,占地面积较大[2]。在山区修建公路时,由于场地的限制,建立搅拌站不太方便,而且施工完一段路段后,搅拌站的地点也得随之改变,这样势必增加施工的难度和成本。在实体工程中,传统的施工方法要求水泥有较长的凝结时间,以满足施工组织的要求，而喷射水泥的凝结比普通水泥要快。因此,为了缩短施工组织时间,考虑施工工艺的改进是有必要的。鉴于此,基层材料不再采取厂拌法施工工艺,而是采取现场浇注成型施工工艺：先将骨料直接铺到路面上,再将粘结材料浇注到骨料中,最后，通过压路机振动压实形成路基。

1 原材料

1.1 水泥

水泥为自行研制的氟铝酸钙和硫铝酸钙矿物相喷射水泥,各项指标见表1。

表1 喷射水泥的基本性质

1.2 石料

石料采用连续级配的石灰岩碎石。按照《公路工程集料实验规程(JTGE42—2005)》中的实验方法,经测定,石料的技术指标见表2,满足《公路基层施工技术规范(JTJ034—2000)》中石料的要求。

表2 集料技术指标

2 浇注材料的试验研究

浇注成型工艺应具有的特点是：一是浇注料浆应具有良好的流动性,以便于浇注；二是浇注材料可将高比例水凝结为固体结晶体,从而使浇注料浆在一般浓度条件下不脱水而变成固体。因此，为了满足浇注成型的要求,浇注材料应具有含水量高、固水早强等特点。使材料水化后形成具有32个结晶水的水化硫铝酸钙(钙矾石)是完全能满足上述要求的[3]。同时,为了提高浆体的流动性,并使浆体形成最佳针状结构状态的钙矾石,宜在配料中加入石膏和石灰,并增大水灰比。

2.1 浇注材料的配比

为了提高浆体的流动性,同时使浆体形成最佳针状结构状态的钙矾石,试验得到浇注材料的最佳配比为：喷射水泥∶天然硬石膏∶石灰或熟石灰=50%∶35%∶15%。

2.2 浇注材料的含水量

采用浇注成型工艺要求浇注料浆的流动性较大,而由干密度击实试验确定的最佳含水量不能满足浇注成型工艺所要求的流动性,因此，有必要研究并确定浇注成型工艺中浇注材料合适的含水量。

以干密度击实试验所确定的最佳含水量作为含水量的下限,试验结果如表3。

表3 材料的最大干密度和最佳含水量

根据水的下限增加水的用量,为了提高拌和物的流动性,加入0.8%的减水剂(占水泥质量的百分比),然后由浇注法振动成型为Φ150 mm×h150 mm圆柱型试件,最后置于(20±2)℃的环境温度下进行湿气养生。到达7 d龄期时,测定试件抗压强度,结果见表4。

表4 材料在不同含水量时的7 d抗压强度(MPa)

由上述试验结果可以确定,当混合料配比为5∶95时,取浇注材料的含水量为6.8%,则浇注材料的水灰比为6.8/5=1.36。

2.3 浆体的流动性和凝结时间

由于浇筑材料的水灰比高达1.36,水占水泥浆体的体积达50%～60%,所以浆体在使用时具有很好的流动性,有利于浇注成型工艺的施工。

测得浇注材料的初凝时间为35 min,终凝时间为70 min。

3 施工方法的试验研究

3.1 试验方案

对于浇注成型施工工艺,实验室制定了几种不同的成型试验方案。

方案一：将集料一次全部加入试模内,集料振实后再将浇注料浆浇入,然后放到振动台上进行振动成型。

方案二：将集料分批加入试模内,每层厚度约为100 mm,每次加入集料后,将集料重型击实后再将料浆浇入重型击实,然后再加入下一批集料,采取同样的方法将其制成试块。

方案三：将集料分批加入试模内,每层厚度约为100 mm,每次加入集料后,将集料振实后再将料浆灌入振实,然后再加入下一批集料,采取同样的方法最终将其制成试块。

方案四：同样每层厚度约为100 mm,每次加入集料后,不再振实或压实,直接浇注料浆,然后再加入第二批集料,再浇料浆,如此这般分批分别加入集料和料浆,最后一次振动成型。

3.2 结果与讨论

试验结果见表5及图1～4。

表5 不同方案成型结果

方案一采取一次加料成型,浇注料浆不能很好的浇注到底部,试块底部只有少量的料浆到达,导致试块底部容易脱落,成型效果很差,见图1。方案二采取了分批成型的方法,但采取重型击实法使得浇注不够均匀,浇注效果不够理想,虽然能够成型,但有些薄弱环节还是容易脱落,见图2。方案三每次加入集料后都要先将集料振实再加入浇注料浆,集料在没有料浆的状态下进行振实,这使得集料离析现象严重,小颗粒都分布到试块下部,大颗粒聚集到试块上部,相当的不均匀,见图3。方案四采取分批加完后一次振实,由于加入的料浆很大一部分已经灌入到集料中去,在振实的过程中浇注料浆对集料产生了一定的阻力,这大大减少了骨料的离析现象,见图4。

图1 试验方案一结果

图2 试验方案二结果

图3 试验方案三结果

图4 试验方案四结果

综合以上试验现象及分析,确定方案四为最佳成型方案,在以下的试验中均采取方案四成型。

4 强度试验

将搅拌成型与浇注成型工艺制作的基层材料进行比较,进行路用性能测试的试件利用室内振动台按方案四成型。试验采用配合比为5∶95,将集料与浇注料浆分批装模,浇注法成型，饱湿养生至规定龄期,然后测定不同养生龄期试件的无侧限抗压强度,试验结果见表6。

表6 两种工艺喷射水泥稳定碎石不同龄期的抗压强度(MPa)

从试验结果可以得出,采用浇注成型工艺后,虽然混合料的强度有所降低,但喷射水泥稳定碎石类基层材料3 d抗压强度可达2.1 MPa,7 d强度可达3.2 MPa,7 d的无侧限抗压强度已达到《公路工程基层施工规范(JTJ034—2000)》中的水泥稳定碎石基层强度要求。

5 结 语

1)通过对浇注材料的研究,施工工艺的改进,将搅拌静压成型改为浇注振动成型,可以避免混合料的搅拌,简化施工工艺,加速施工速度。

2)采用浇注振动成型工艺后,虽然混合料的强度有所降低,但喷射水泥稳定碎石类基层材料7 d无侧限抗压强度仍可达3.2 MPa,已达到现行《公路工程基层施工规范(JTJ034—2000)》中的水泥稳定碎石基层强度要求。

[1] 刘清芳,蒋甫,应荣华.水泥稳定碎石半刚性基层材料的抗裂性能分析[J].中南公路工程,2004, 29(2):73-77．

[2] 宣国梁,李进三.道路施工技术[M].北京：人民交通出版社,1999．

[3] 孙恒虎,刘文永.高水固结充填采矿[M].北京:机械工业出版社,1998．