公路基层施工中高活性粉煤灰的应用研究.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）1 工程概况某公路项目中的某标段工程位于地下水位较高的区域，土质以低液限黏土为主，年平均气温在 1415，年际温差变化大，具有夏热冬冷的气候特点。如果在此路段采用半刚性基层结构，受工程所在地气候、土质以及地理环境等因素的影响，会造成基层反射裂缝，导致沥青面层早期开裂。故本工程选取900 m试验路段，路基宽12 m，路基开挖深度至新建路床顶面下0.7 m，在底层回填30 cm厚的老旧路面破碎材料，用低剂量生石灰粉处理上面40 cm厚的填土。试验路段制定三个基层施工方案：方案一，试验路段长300 m，基层结构为18 cm石灰底基层+32 cm水泥粉煤灰碎石基层；方案二，试验路段长300 m，基层结构为 18 cm 石灰底基层+32 cm 二灰碎石基层：方案三，试验路段 300 m，基层结构为 18 cm 石灰底基层+32 cm水泥石灰粉煤灰碎石基层。通过试验路段施工效果评价，为确定某标段基层施工中高活性粉煤灰的应用方案提供依据。2 公路基层施工中高活性粉煤灰的应用2.1 高活性粉煤灰碎石基层性能要求2.1.1 强度高活性粉煤灰碎石基层要具备足够强度，能够承受车辆荷载的反复作用，不会发生基层变形。基层混合料强度满足以下要求：石料强度高，形成混合料骨架结构；混合料整体抗压强度高，提高基层抗疲劳破坏能力。2.1.2 刚度基层刚度与面层刚度匹配，如果基层刚度过大，则会降低基层的抗裂性；如果基层刚度过小，则会使基层受到过大拉应力作用产生早期开裂1。2.1.3 水稳性本工程所在地全年降雨量较为集中，雨水渗入土层后升高地下水位，当路基填土不高时，地下水会渗入路基结构层，使底基层和基层处于潮湿状态。所以，本工程基层施工要求高活性粉煤灰混合料具有良好的水稳性，当处于过湿状态下不会造成整体刚度和强度下降，能够承受冻融循环作用力。2.1.4 抗冲刷能力粉煤灰碎石基层易产生唧泥病害，原因在于路面各层受到较大行车荷载的长期作用后，会促使各面层的交界面形成空隙，当流动水渗入空隙后产生冲刷作用，同时冲刷作用又会进一步加大空隙，形成恶性循环，引发严重的路面病害2。因此，本工程要求合理调整高活性粉煤灰的配合比，提高粉煤灰碎石混合料的抗冲刷能力，防止发生唧泥病害。2.1.5 抗裂性能温度收缩裂缝是路面结构层裂缝的主要形式，当基层收缩量越小时，面层发生裂缝的可能性越小。本工程要求粉煤灰碎石基层具备良好的抗裂性能，在施工中控制粉煤灰碎石基层水分散失，消除基层因温度变化发生干缩裂缝3。2.1.6 疲劳性能当路面结构长期受到行车荷载反复作用时，路面产生的应力会超过其强度下降后的结构抗力，当弯拉应力大于抗弯拉强度时，则会使裂缝贯穿路面全截面从而产生断裂。本工程建成通车后的交通量较大，要求高活性粉煤灰碎石基层具备较强的抗疲劳破坏能力。2.2 高活性粉煤灰混合料配合比设计2.2.1 粉煤灰本工程所在地产生的粉煤灰活性较高、颗粒偏粗、品质参差不齐，在选用粉煤灰前需检测其性能指标。取当地四家热电厂的粉煤灰样品进行分析，试验检测结果如下：A厂粉煤灰SiO2和AL2O3的含量为73%，CaO含量为3%，烧失量为3%，比表面积为2 876 cm2/g；B厂粉煤收稿日期：2023-01-11作者简介：甄亮（1981），男，高级工程师，从事公路施工工作。公路基层施工中高活性粉煤灰的应用研究甄亮（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司石衡分公司，河北 石家庄 050000）摘要：以某高速公路工程为依托，分析高活性粉煤灰在基层施工中的应用。研究结果表明，在基层施工中采用高活性粉煤灰作为基层材料，实施水泥粉煤灰碎石基层施工方案，优化设计水泥粉煤灰碎石混合料配合比，加强基层施工工艺流程控制，能够保证高活性粉煤灰基层的强度、刚度、水稳定性等技术性能达到设计要求。关键词：高速公路；基层施工；高活性粉煤灰中图分类号：U416.1文献标识码：B78交通世界TRANSPOWORLD灰SiO2和AL2O3的含量为75%，CaO含量为4%，烧失量为 4.5%，比表面积为 3 300 cm2/g；C 厂粉煤灰 SiO2和AL2O3的含量为72.5%，CaO含量为2.5%，烧失量为3%，比表面积为2 995 cm2/g；D厂粉煤灰SiO2和AL2O3的含量为74%，CaO含量为2%，烧失量为4%，比表面积为2 650 cm2/g。结合试验检测数据分析可知，D厂粉煤灰为高活性粉煤灰，本工程选用此厂提供的粉煤灰材料。2.2.2 水泥本工程采用的高活性粉煤灰混合料基层要求具备足够的强度，能够承受车轮荷载反复作用，在标准轴次下不会发生残余变形和疲劳弯拉破坏。为保证基层刚度与面层刚度匹配，水泥选用普通硅酸盐水泥，取样本进行水泥胶砂试验，试验检测结果为：养生时间3d，符合标准要求的3 d；抗折强度实测值4.1 MPa，符合标准要求的不小于2.5 MPa；抗压强度21.2 MPa，符合技术要求的不小于10.0 MPa。2.2.3 集料集料是高活性粉煤灰混合料中的骨架材料，本工程选用石灰岩集料，要求集料洁净干燥，具有一定强度且针片状含量不高。为保证公路基层工后平整度达到设计要求，控制集料的最大粒径，集料级配检测结果如下：筛孔尺寸为37.5、31.5、19、9.5、4.75 mm的集料通过率分别为100%、92.2%、79.0%、56%、35%。2.2.4 石灰选用等级较高、含活性氧化物较多的石灰，提高水泥石灰粉煤灰稳定碎石的抗干缩能力。在混合料拌和前，充分消解石灰，尽量将消解后的石灰投入到工程施工中，避免石灰因长时间堆放与空气中二氧化碳发生反应生成碳酸钙，影响石灰活性4。2.2.5 混合料配合比设计确定试验路段三种基层混合料的配合比设计，分别为：1）水泥粉煤灰碎石。配合比为水泥粉煤灰碎石=51085，强度为4.6 MPa，总成本为每百吨4 240元。2）二灰碎石。配合比为石灰粉煤灰碎石=8 1082，强度为4.0 MPa，总成本为每百吨4 252元。3）水泥石灰粉煤灰碎石。配合比为水泥石灰粉煤灰碎石=351082，强度为4.8 MPa，总成本为每百吨4 674元。4）方案比选。三种混合料的强度均能够满足设计强度不小于3.0 MPa的要求；水泥粉煤灰碎石的强度较高且成本最低，能够保证基层施工的经济效益和工程质量，因此选用水泥粉煤灰碎石施工方案，将该配合比作为高活性粉煤灰混合料的最优级配。2.3 高活性粉煤灰碎石路基的施工工艺2.3.1 施工工艺创新根据已建成工程资料显示，路面基层厂拌机铺法的施工工期较长，养生成本较高。为加快施工进度、控制工程造价，试验路段对传统的基层施工工艺进行创新，创新后的施工方案为：基层采用分层摊铺法，每层厚度为16 cm，当下基层施工长度达到200 m时，同步进行下基层施工，上下基层同时施工时间不超过4 h5。2.3.2 施工准备1）准备 WCB500型破碎拌和站，2台同型号摊铺机，载重25t自卸运输车，21t胶轮压路机，振动压路机。2）清理石灰土底基层，检查底基层干湿程度，如果底基层过干，则要洒水润湿。底基层准备后上报监理工程师验收。3）对底基层施工放样，测量中线和边线，用石灰水浇洒出边线。2.3.3 混合料生产1）按照设计的混合料配合比拌和混合料，控制水泥用量；采用碎石拌和站拌和混合料，拌和站配置电子称量系统，按照配合比设计投放材料6。2）在拌和过程中，检测混合料的含水量，当含水量过低时，则要向拌和斗内加入适量水，要求含水量实测值超出最佳含水量1%，避免混合料运输途中因水分蒸发而导致混合料运至施工现场时的含水量过低。3）拌和站配置集中操作室，由操作室控制原材料用量、投放顺序和拌和时间，保证混合料拌和均匀，不会出现结团成块、粗细集料分离现象。4）混合料生产后存储在贮料仓内，取样检测混合料各项指标，待检验合格后运输混合料。2.3.4 混合料运输1）运输前清理自卸运输车的车厢，在装料时前后移动车辆不少于3次，保证混合料均匀分布到车厢内，防止出现混合料离析现象。2）装料后在车厢上覆盖防尘保温材料，避免混合料运输途中水分散失过快。2.3.5 混合料摊铺1）试验路段采用两套摊铺机联合作业，摊铺机配置自动找平系统，最大摊铺宽度为7.5 m；在摊铺施工前，检查摊铺机各种装置仪表是否运行正常，保证摊铺机处于最佳技术状态7。2）摊铺前，在熨平板下方垫上木垫板，垫板厚度与松铺厚度相同，使熨平板落到垫木上，调整自动找平装置。3）自卸车停靠在摊铺机前方30 cm处向料斗内卸料，缓缓抬起车厢，使混合料滑入摊铺机料斗，保证料斗内的混合料高度始终位于送料器高度2/3处。4）卸料时自卸车挂空挡，不得直接碰撞摊铺机，由摊铺机推动其前进。5）根据拌和站的混合料生产能力合理安排运输车79总651期2023年第21期（7月 下）辆，确保摊铺机供料及时，满足连续施工要求；混合料摊铺后检查摊铺厚度，人工找补混合料离析或坑洼处。2.3.6 混合料碾压1）摊铺后检测混合料含水量，要求含水量实测值达到最佳含水量要求，检测后紧接着进入碾压施工；碾压按照先轻、后重、再轻的顺序施工，要求压实度达到设计要求。2）初压采用振动压路机紧跟摊铺机前进，静压2遍，从外侧向中心部位碾压，相邻两幅碾压带重叠轮宽不小于1/3；复压采用振动压路机振压3遍，振动频率控制在3550Hz，轮迹重合宽度为1020 cm；终压采用21 t胶轮压路机，静压2遍，消除轮迹。3）压路机启动过程和停止之前要减缓行进速度，直线路段先碾压两侧、再碾压中间部分，确保路拱达到设计要求；弯道路段从低处向高处碾压8。4）在纵向静压时，不能在同一断面上转向，应压成锯齿状，错开不小于1 m；试验路段碾压施工在46h内完工，检查试验路段基层是否整平，如果存在拥包处，则要人工整平后再用压路机碾压一遍。2.3.7 接缝处理1）在横向接缝处理中，为避免发生混合料推移现象先碾压终点处，碾压后采用3 m直尺检查平整度，在混合料未初凝前整平混合料。2）每个工作日留1个横缝，当摊铺结束后，抬高摊铺机熨平板，驶离施工现场；施工人员处理混合料末端，在紧靠混合料的位置放置方木，方木宽度、长度和高度与基层压实后的尺寸相同；采用压路机将混合料碾压至方木边，次日撤掉方木，继续摊铺施工。2.3.8 养生1）试验路段采用再生棉材料进行基层养生，再生棉搭接长度需大于其宽度1/3，养生期限不少于7 d。2）在养生过程中，洒水湿润表面，禁止此路段通行车辆，保护基层不受破坏；如果此路段为交通要道，可以上报监理工程师审批开放交通，但仍需禁止重载车辆通行且采取限速措施，车辆行驶速度不得超过30 km/h。2.3.9 平整度控制1）在试验路段两侧设置钢丝基准线，拉紧钢丝基准线，避免钢丝松弛下垂，在混合料摊铺过程中检查基准线是否满足设计标高要求。2）摊铺前按照松铺系数调整摊铺机的夯锤振动频率、自动找平装置等，摊铺过程中随时检查已铺基层的标高。3）摊铺过程中及时清除基层上的杂物、大块石料，在此处填补合格的新料。4）摊铺过程中保证连续供料，摊铺机行进速度不得低于1 m/min，不得高于3 m/min，施工现场安排指挥人员指挥卸料，保证现场自卸汽车有序卸料。5）摊铺机过程中由传感器自动控制标高，减少人工调整熨平板仰角的情况。2.3.10 基层路用性能检测在试验路段完工后，于次年调查评价路面使用情况，调查指标为裂缝率和平整度，具体检测结果如下：1）水泥粉煤灰碎石基层试验段发生贯通缝 1 条，非贯通缝 1 条，裂缝率为 1.1 m2/1 000 m2，平整度为 0mm，无车辙。2）二灰碎石基层试验段发生贯通缝1条，非贯通缝2条，裂缝率为1.2 m2/1 000 m2，平整度为0 mm，无车辙。3）水泥石灰粉煤灰碎石试验段发生无贯通缝，非贯通缝 2 条，裂缝率为 1.1 m2/1 000 m2，平整度为 0mm，无车辙。根据试验路段路用性能检测结果可知，本工程采用水泥粉煤灰碎石基层结构具有技术可行性。3 结束语在公路基层中使用水泥粉煤灰碎石基层结构，采用高活性粉煤灰改善基层混合料性能，能够增强基层的水稳性、抗冲刷能力和抗裂性能。在高活性粉煤灰应用过程中，要做好粉煤灰性能指标的试验检测工作，优选出经济合理、性能指标优越的粉煤灰，从而改善半刚性基层的路用性能，提高路面整体质量。参考文献：1 张拓.高等级公路沥青路面施工中高活性粉煤灰的应用J.华东公路，2021（1）：48-49.2 高振东，祖发金.高活性粉煤灰在沥青路面基层中的应用研究J.产业与科技论坛，2012（24）：71.3 王喆.高活性粉煤灰在高等级公路沥青路面施工中的应用J.黑龙江交通科技，2011（1）：2-3.4 董艳红.高活性粉煤灰在高等级公路沥青路面施工中的应用J.华东公路，2017（3）：92-93.5 王大伟，付金.高活性粉煤灰在台背回填工程中的应用分析J.科技传播，2011（1）：120，128.6 李月华，周平，郑强.石灰岩粉替代粉煤灰在碾压混凝土中的应用J.四川水力发电，2020（4）：74-77.7 王大伟，陈新强.高活性粉煤灰混合料在公路基层施工中的应用J.交通世界，2011（11）：103-105.8 张美香，马保国，鄢佳佳.高活性湿排粉煤灰料浆制备及性能研究J.武汉理工大学学报，2006（11）：52-55.80