（交通运输工程专业论文）骨架密实结构水泥稳定碎石施工质量控制与应用研究.pdf

摘要 本文以内蒙古地区为背景，结合当地的气候条件及工程实体，对骨架密实结构在内 蒙古g 3 0 4 鲁北一霍林河段的应用为出发点，综合分析水泥稳定碎石基层所应具备的各 项路用性能，对水泥稳定碎石骨架密实结构基层性能的提高，从原材料、集料配合比设 计、施工生产设备、施工中重点工艺的控制进行研究总结，通过对施工过程的各个环节 的控制，全面加强工艺及原材料控制，有效提高水泥稳定碎石基层的路用性能。供其他 高速公路工程建设提供参考。 选择材质较好的原材料进行碎石生产，严格控制集料的生产过程，从集料生产设备 的比选、加工过程的控制、不同加工方案的对比、集料产品的各种技术指标控制等方面 入手，对比分析选择合理配套的集料加工碎石设备和生产工艺，严格控制生产过程的各 种技术指标，确保加工优质的集料；同时对如何提高加工的集料质量提出了探讨性的方 法和控制指标要求，为从源头上控制好骨架密实结构基层的施工打下基础。 拌和机的拌和均匀性与搅拌器充盈率和拌和时间三者之间存在着相互制约的关系。 在搅拌器结构和转子转速一定的情况下，增加对材料的拌和时间，保证混合料的拌和质 量，有利于提高混合料的均匀性，提高水泥的计量和标定精度，改进水泥计量方法，通 过在线标定系统的应用对水泥用量的控制起到较好的效果。 利用理论计算和试验相结合的方法来设计骨架密实嵌挤结构级配。对比静压成型与 振动成型的强度，及压实度的控制标准。 施工机械的选择对实现骨架密实型级配结构有重要影响。在施工要高度重视，及时 发现处理机械设备引起的施工变异和施工过程中产生的离析。 现场采取摊铺及合理的压路机组合的方法，综合质量控制方式。 关键词：水泥稳定碎石；骨架密实型；碎石生产；配合比设计；施工机械；施工工艺； 施工质量控制 a b s t r a c t a c c o r d i n gt oc l i m a t ea n dp r o j e c to f t h ei n n e rm o n g o l i a , t h ea r t i c l ed e b a t ea p p l i c a t i o n so f d e n s ef r a m e w o r ks t r u c t u r ei n g 3 0 4 ，i ta n a l y s et h ep e r f o r m a n c eo fc e m e n ts t a b i l i z i n g a g g r e g a t em i x t u r eb a s i c ，i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fc e m e n ts t a b i l i z i n ga g g r e g a t e m i x t u r eb a s i c ，i ti n v e s t i g a t er a wa n dp r o c e s s e dm a t e r i a l s ，a g g r e g a t eg r a d a t i o n ，e q u i p m e n t ， t e c h n i q u e s ，a n ds oo n w ec a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fc e m e n ts t a b i l i z i n ga g g r e g a t e m i x t u r eb a s i cf r o mc o n s t r u c t i o n ，t e c h n i q u e sa n dr a wa n dp r o c e s s e dm a t e r i a l s i tm a yb eu s e d a sr e f e r e n c ef o ro t h e rh i g h w a yc o n s t r u c t i o n s c h o i c em a t e r i a lq u a l i t yg o o dr a wm a t e r i a lc a r r i e so nt h ec r u s h e ds t o n ep r o d u c t i o n ，t h e s t r i c tc o n t r o la g g r e g a t e sp r o d u c t i o np r o c e s s ，c o m p a r e dt oc h o o s e s ，t h ep r o c e s s i n gp r o c e s s c o n t r o l ，t h ed i f f e r e n tw o r k i n gs c h e m ec o n t r a s t ，a g g r e g a t ep r o d u c tf r o mt h ea g g r e g a t e p r o d u c t i o ne q u i p m e n ta s p e c t sa n ds oo ne a c hk i n do ft e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o nc o n t r o lt oo b t a i n , t h ec o n t r a s t i v ea n a l y s i sc h o i c er e a s o n a b l en e c e s s a r ya g g r e g a t ep r o c e s s i n gs t o n e b r e a k i n gp l a n t a n dt h et e c h n i q u eo fp r o d u c t i o n ，t h es t r i c tc o n t r o lp r o d u c t i o np r o c e s s se a c hk i n do ft e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n ，g u a r a n t e e st h ep r o c e s s i n gh i g hq u a l i t ya g g r e g a t e ；h o wm e a n w h i l et oe n h a n c e t h ep r o c e s s i n gt h ea g g r e g a t eq u a l i t yt op r o p o s et h ed i s c u s s i o nm e t h o da n dt h eg u i d ep o s t s r e q u e s t ，f o rc o n t r o l l e dt h eg o o ds k e l e t o nd e n s et e x t u r eb a s i cu n i tf r o mt h e s o u r c et h e c o n s t r u c t i o nt ob u i l dt h ef o u n d a t i o n m i x e su pr e l a t i o n sw h i c ht h eu n i f o r m i t ya n dt h em i x e rf u l lr a t ea n dt h em i x i n gt i m e t h r e eb e t w e e ne x i s tr e s t r i c t sm u t u a l l y i nt h em i x e rs t r u c t u r ea n dr o t o rs p e e dc e r t a i ns i t u a t i o n , i n c r e a s e st ot h em a t e r i a lm i x i n gt i m e ，g u a r a n t e e dt h a tt h eb l e n dm i x e su pt h eq u a l i t y , i s a d v a n t a g e o u si ne n h a n c e st h eb l e n dt h eu n i f o r m i t y , e n h a n c e st h ec e m e n tt h em e a s u r e m e n ta n d t h ed e m a r c a t i o np r e c i s i o n ，o b t a i n st h eg o o ds k e l e t o nd e n s et e x t u r ec e m e n ts t a b i l i z a t i o n c r u s h e d - s t o n e a g g r e g a t eg r a d a t i o na c c o r d i n g t ot h et e s tr e s u l tr e c o m m e n d a t i o n s a n t i - s e g r e g a t i o ne f f e c t t h em e t h o dw h i c hu n i f i e su s i n gt h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o na n dt h ee x p e r i m e n td e s i g n s t h es k e l e t o nt oi n l a yd e n s e l yp u s h e st h es t r u c t u r eg r a d a t i o n t h et a m p i n gd e n s i t yo ri n s p i r e s t h er e a ld e n s i t yt oc a l c u l a t et h ea g g r e g a t ec o n t e n ta n dt h eb i n d i n gd o s a g e s e l e c t i n go fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r i e st oh a se f f e c t so nr e a l i z i n gt h es k e l e t o nd e n s e g r a d a t i o ns t r u c t u r e m u s tt a k es e r i o u s l yi nt h ec o n s t r u c t i o n ，d i s c o v e r e dp r o m p t l yt h e p r e p a r a t i o nm a c h i n ee q u i p m e n tc a u s e si nt h e c o n s t r u c t i o nv a r i a t i o na n dt h ec o n s t r u c t i o n p r o c e s sp r o d u c e ss e g r e g a t i o n t h es c e n ea d o p t ss p r e a d sp a v i n gt h em e t h o dw h i c ha n dt h er e a s o n a b l eb u l l d o z e r c o m b i n e s ，c o m p r e h e n s i v eq u a l i t yc o n t r o lw a y k e yw o r d s ：c e m e n t s t a b i l i z e dm a c a d a m ；d e n s es k e l e t o nt y p e ；c r u s h e ds t o n e p r o d u c t i o n ；m i xr a t i od e s i g n ；c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y ；c o n s t r u c t i o np r o c e s s ；c o n s t r u c t i o n q u a l i t yc o n t r o l ； 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 6 年皤月矽e t 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 卅年6 月妒e t 坤年6 月垆日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 在我国公路建设与发展过程中，半刚性材料占有十分重要的地位，被广泛应用于各 地各等级的公路路面基层或底基层中，半刚性基层成为我国公路路面的主要基层形式之 一。应用实践表明，半刚性材料具有强度高、稳定性好、刚性大、板体性好、造价低廉、 原材料来源广泛等优点，能够很好地适应当前的交通条件、自然条件及经济条件。尤其 是水泥稳定碎石，以其良好的路用性能，应用更加广泛。 随着水泥稳定碎石相关研究的不断开展和工程实践经验的不断总结，水泥稳定碎石 基层的应用不断走向成熟，对于水泥稳定碎石基层的一些固有的弊病得到了很好地抑制 与改善。其中水泥稳定碎石结构形式的改善效果尤为明显。目前，半刚性混合料的结构 状态分为骨架密实型、骨架空隙型、悬浮密实及均匀密实型四种。公路沥青路面设计 规范( j t gd 5 0 。2 0 0 6 ) 中明确提出：高速公路、一级公路的基层或上基层宜选用骨架密 实结构混合料；二级及二级以下公路的基层及各级公路的底基层可采用悬浮密实型混合 料；均匀密实型混合料用于高速公路、一级公路的底基层或二级及二级以下公路的基层； 骨架空隙结构混合料具有较高的空隙率，适用于考虑路面内部排水要求的基层。骨架密 实结构基层在规范中被提出明确要求的同时，对其实际应用也有了大量研究，其良好的 路用性能得到了业界的认可。在实际生产中以及大量研究结果表明：骨架密实结构的水 泥稳定碎石基层具有良好的稳定性和力学特性，而在实际的施工中也并没有增加施工的 成本费用，在一定的程度上有效地降低了水泥用量，使施工成本反而有所降低 2 】。水泥 稳定碎石的结构也随之逐渐由悬浮结构转变为骨架密实结构，得到了广泛应用。 但是，骨架密实结构对原材料、原材料的生产设备、施工工艺、集料的控制及水泥 用量和动态稳定性等要求更高，特别要加强施工工艺的控制，要保证施工结束后结构具 备骨架密实的特性。由于粗骨料用量的增加，如果施工过程控制不到位，不能有效地控 制离析现象的出现，反而会使得结构性能变得更加脆弱，抗弯拉性能降低，加剧结构的 不稳定性，各方面的路用性能也会急剧降低。如果水泥用量的偏差超过了误差允许的范 围，更会使得结构的基本性能无法保证。在施工中易出现离析现象，造成基层结构的不 稳定：道路使用后基层会出现裂缝，造成道路面层的龟裂、坑槽和冻害。 内蒙古的公路建设起步相对较晚，在2 0 0 0 年国家实施西部大开发战略后，内蒙古 被划为西部大开发的省份之一，在国家政策的大力支持下，公路建设才开始大规模展开， 第一章绪论 公路里程快速增加，公路等级明显提高。截至到2 0 0 7 年底，已建成高速公路1 7 6 8 公里， 一级公路2 8 3 6 公里，二级公路1 0 7 7 8 公里。在公路建设的大潮中，各种新技术、新工 艺、新材料不断地得到了应用，起到了明显的效果与作用。本研究以g 3 0 4 内蒙古通辽 鲁北至霍林河一级公路工程水泥稳定碎石基层为依托，针对骨架密实结构水泥稳定碎石 在内蒙古应用中存在的问题，从集料质量、施工设备、混合料配合比、施工工艺等方面 开展骨架密实结构水泥稳定碎石施工质量控制与应用研究，以期为骨架密实结构水泥稳 定碎石在内蒙古的大面积应用与施工质量保证提供技术参考依据。 1 2 国内外研究现状 水泥稳定碎石基层是目前我国普遍采用的一种半刚性基层。国内外对于半刚性基层 的路用性能与施工技术等进行了大量研究与实践，取得了许多成果。其中研究方面主要 是进一步提高其路用性能，有效避免半刚性基层的开裂，增强其抗冲刷能力及整体稳定 性。 1 2 1 国内研究现状 1 集料级配组成 长安大学胡力群博士对水泥稳定碎石进行研究时，按照半刚性基层混合料中 4 7 5 m m 以上粗集料分布状态划分为四种结构类型：悬浮均匀结构、悬浮密实结构、骨 架密实结构和骨架空隙结构，并对后三种结构类型水泥稳碎石路用性能进行研究，比较 出三种结构在路用性能中的差异，认为骨架密实结构能够有效的改善半刚性基层的抗裂 性能，抗冲刷能力。 长安大学蒋应军在水泥稳定碎石收缩裂缝防治研究中提出，骨架密实结构水泥 稳定碎石混合料的级配形式，通过研究得出：骨架密实结构水泥稳定碎石混合料的无侧 限抗压强度、劈裂强度、抗冻性能、抗疲劳性能等方面明显优于规范推荐的悬浮结构水 泥稳定碎石混合料，尤其是骨架密实结构水泥稳定碎石抗裂能力大大提高，极大地延长 了基层的开裂间距。未经充分压实的混合料的局部区域空隙率偏高，从而影响基层强度、 抗冻性、抗裂特性、抗疲劳性能等，因此，在基层施工时一定要保证有足够的压实度， 以减少基层裂缝的产生。水泥稳定碎石混合料的干缩主要是通过毛细管张力作用、吸附 水及分子间力作用、层间水作用及碳化收缩作用四个过程引起的宏观体积收缩。其干燥 收缩值与材料刚度成反比，与含水量成正比。 江苏省交通科学研究院进行了“水泥稳定碎石抗裂设计方法”的研究，得出如下研究 2 长安大学硕士学位论文 成果：水泥稳定碎石混合料基层水泥掺量越大，基层强度越高，刚度越大，但过高的水 泥用量会导致抗裂能力的下降。室内研究表明，适量的外加剂能显著降低水泥稳定碎石 混合料的干缩应变。混合料集料级配过粗( 4 7 5 m m 通过率2 9 ) 时基层弯沉值较大， 级配较细( 规范中值) 时细集料偏多容易导致裂缝，因此建议集料级配宜控制4 7 5 m m 通过率为3 4 左右。施工中水泥稳定碎石混合料含水量应控制为略高于最佳含水量。 2 骨架密实结构级配设计方法 目前，集料骨架密实型级配的设计方法主要分理论法和试验法两种。 1 ) 理论法 长安大学蒋应军采用嵌挤原则，从理论上计算不同级配集料的空隙率，再进行逐级 填充，从而确定主骨料级配，他利用的嵌挤原则假设集料为直径d 的球体，按简单的立 方体堆积，颗粒排列堆积的最松状况即对边长为d 的立方体，一个直径为d 的球，其 空隙率为= v = i - 譬, d 3 = 4 7 6 ，女口果为d 2 籼蚵j 星8 个v - l _ 警邓6 ；oo 。 依次类推，空隙率总是l 一冬= 4 7 6 ，以上理论的分析的基础上，分别使用下一级的集 料填充上级集料形式的空隙。可得出粗集料骨架的级配组成为表1 1 所示。 表1 1 级配组成 2 ) 试验法 长安大学博士刘红瑛和腾旭秋用试验方法设计骨架密实型级配，由刘红英博士从 3 1 5 1 9 m m ，1 9 - - - 9 5 m m ，9 5 - - - 4 7 5 m m ，4 7 5 2 3 6 m m ，2 3 6 - - 1 1 8 m m ，1 1 8 - - - 0 6 m m 分别逐级填充；腾旭秋博士从4 7 5 m m 以上开始逐级填充，他们采用重型干击实和振实 密度的试验确定各级料的空隙率，从而确定主骨料的级配为表1 2 所示。 表1 2 级配组成 3 ，混合料组成设计方法研究 1 ) 现行规范设计方法 水泥稳定混合料配合比设计流程，如图1 1 所示。 3 第一章绪论 图1 1 材料组成设计 公路路面基层施工技术规范( 以下简称规范) 规定，基层混合料组成设计方 法为：在给定的级配区间内，通过掺配来确定集料的级配；对于水泥剂量的确定，水泥 稳定碎石通过至少3 个剂量来筛选。在确定每个配合比的最佳含水量时，至少还要作5 个含水量的击实试验。 该设计方法体现的思想是：混合料中集料的最高含量由集料自然堆积的松方容重确 定。当超过这个限度时，认为半刚性基层材料的性质会受到损坏。因此集料采用松方容 重，刚刚靠拢而不密实，剩余部分为结合料所填充。概括地说，就是“松排骨架，紧密 填充”。多年的使用实践表明，该方法存在以下缺点： ( 1 ) 抗拉强度低：混合料的劈裂强度约为抗压强度的1 1 0 1 1 2 ； ( 2 ) 易缩裂：过多的结合料使混合料的收缩系数较大，容易造成基层产生干缩和 温缩裂缝，使面层形成反射裂缝，导致路面破坏。 2 ) 体积法 所谓“体积法 是指在骨架密实结构中用来计算各种集料组成比例的一种方法。 采用体积法时，首先应确定出混合料中骨架结构中空隙的体积，再通过适当的方法确定 填充在骨架孔隙中的填充物的体积，当两者相等时，从理论上说就可以形成骨架密实结 构。在沥青混合料s m a 的材料组成设计中采用的便是“体积法 。 采用体积法计算水泥稳定碎石骨架密实结构混合料组成时，需要确定出如下约 束条件： ( 1 ) 水泥剂量，水泥剂量宜在3 6 之间。 ( 2 ) 混合料经过压实后，粗集料形成的空隙体积应等于由水泥、细集料和水组成 4 长安大学硕士学位论文 的填充物体积。 在进行水泥稳定碎石骨架密实结构材料配比计算前的相关参数确定的具体作法如 下： ( 1 ) 用容量瓶或网篮法测定粗集料的表观密度； ( 2 ) 按照粗集料级配要求选择4 5 0 0 9 左右粗集料并称重； ( 3 ) 计算粗集料实体所占体积； ( 4 ) 将粗集料表面用水喷湿，将喷湿后的粗集料倒入直径为1 5 c m 的钢模中，采用 振动压实设备振动压实( 振动参数：频率2 8 - - 3 0 h z ，静面压力1 0 4 m p a ，偏心块夹角 9 0 0 ) ： ( 5 ) 用钢尺仔细量取振实后石料表面距筒边缘的高度，测量时按径向测4 次，取 其平均值，并计算出骨料所占的体积； ( 6 ) 根据重量一定的粗集料压实后骨架所占体积及其实体所占体积，可以计算出 粗骨料骨架内部的空隙体积； ( 7 ) 用击实法和振动法测定水泥、细集料的最大干密度，此值也可在2 0 - - 2 2 之 间取值，混合料中水泥用量最大时取高限水泥用量最小时取低限 5 】。 軎+ w 旷a x + 兰：b p 式中：x - 一混合料中水泥的用量( g ) r 混合料中细料的用量( g ) w 租料装满标准容器后粗料的质量( g ) p 水泥、细集料的最大干密度( g c m ) a 混合料中预定水泥用量( ) b 通过试验确定出的粗集料空隙体积( c m 3 ) 通过以上二元一次方程组，可以求出水泥和细集料的用量，由此得到了满足水泥剂 量和空隙关系等条件下水泥、细集料和粗集料质量之间的用量比例。计算出的水泥、细 集料、粗集料质量之和与混合料总体积之比为理论上的最大干密度。 1 2 2 国外研究现状 国际上普遍认为半刚性基层材料的开裂难以避免，应避免在重交通道路或高等级公 5 第一章绪论 路使用。半刚性材料普遍用作土基改善层或作为底基层材料。由于各国路面结构设计理 论和材料设计方法有很大不同，在水泥稳定粒料强度标准方面的要求也有很大差异。 g e o r g e 研究了水泥混合料的干缩特性认为： 1 土中粘粒含量越多，水泥土的收缩越大； 2 制件含水量越大，试件的干缩性应变也越大； 3 混合料梁式试件的干缩应变开始随水泥剂量的增加而减少，并达到一个最小值， 然后随水泥剂量的增加而增大； 4 干缩随养生期的增加呈增大趋势； 5 减轻水泥土干缩的最有效的措施是添加石灰或粉煤灰代替部分水泥。 南非的水泥稳定集料设计强度按压实度1 0 0 制件要求，但施工时按压实度9 7 制 件质量检验，以符合施工实际情况。在道路施工材料技术指南( t r h l 4 ) 中，水泥 稳定材料的要求明确需控制上限和下限。 日本的半刚性基层沥青路面主要使用在较低交通量的道路上，日本的水稳基层的水 泥剂量很低，类似于少量结合料的级配碎石材料。7 d 强度为2 9 m p a ，底基层仅为 0 9 8 m p a 。 英国在1 9 4 8 年对用于道路的水泥稳定土建议： 1 正常交通情况下，根据7 d 抗压强度1 7 2 m p a 设计；在重交通量的情况下，7 d 抗压强度应是2 7 5 - - 3 4 3 m p a ； 2 而当水泥稳定材料作为主要道路的路面底基层或交通量很轻的道路路面基层时， 可以用7 d 抗压强度1 0 3 m p a , - 一1 7 2m p a 。 英国在1 9 6 9 年的道路与桥梁技术规范中，对现场拌和的水泥稳定类材料做的试件 的最小强度做了如下的规定( 适用于路面基层和底基层) ： 1 五个试件为一组的7 d 龄期的平均抗压强度，对圆柱体试件( 高：直径= 2 ：1 ) 应 不小于2 7 5m p a ，对于立方体试件应不小于3 4 2m p a 。 2 同时规定水泥稳定土材料的均匀性应是：5 个试件一批，连续5 批试验的抗压强 度的偏差系数的标准离差( 均方差) 应不超过4 0 。 英国在1 9 8 6 年的公路工程技术标准中，又将水泥处治材料分成4 个不同的等 级：c m b i = 4 5 m p a ，c m b 2 = 7 0 m p a ，c m b 3 = 1 0 0 m p a ，c b m 4 = 1 5 0 m p a 。 德国规范要求水泥稳定承重层的7 d 强度为9m p a ，且需切缝，实际上是贫混凝土。 美国加利福尼亚州水泥稳定基层的7 d 强度为5 2m p a ，主要用于交通量较大的州级 6 长安大学硕士学位论文 公路中，加利福尼亚州将水泥处治基层分为a 、b 两个等级，此为a 级要求；b 级的强 度指示为抗力值r ，要求r - 8 0 ，典型的水泥剂量为2 3 ，它实际上是水泥改善土， 广泛用于交通量较小的县级公路上。 1 3g 3 0 4 内蒙古通辽鲁北至霍林河一级公路工程介绍 1 3 1 工程概况 国道3 0 4 线是内蒙古自治区“三横、九纵、十二出口一条纵线，是连接通辽地区 的重要公路，也是霍林河煤矿主要的煤炭外运通道。鲁北至霍林河段路面三标是国道3 0 4 线上的一个标段。 主线采用一级公路标准，设计行车速度为1 0 0 公里d , 时。采用分离式和整体式两种 断面形式。整体式路基宽度2 4 5 米，中央分隔带宽2 o 米，土路肩宽2 o 7 5 米，硬路 肩宽2 2 5 米，路缘带宽2 o 5 米，行车道宽4 3 7 5 米。分离式断面新建一幅路基宽 1 2 米，路面宽1 1 米，利用现有旧路一幅，维持原有路基宽度。 面层采用5 厘米a c 1 6 ( i ) 型中粒式沥青砼，基层采用2 0 厘米水泥稳定级配碎石， 7 天龄期无侧限抗压强度不小于4 m p a ；底基层采用2 0 厘米水泥稳定级配碎石，7 天龄 期无侧限抗压强度不小于2m p a 。 1 3 2 施工标段l t l m 0 3 主要工程情况及技术要求 施工标段l t l m 0 3 的起讫桩号为k 5 9 + 0 0 0 - - k 9 4 + 9 5 8 7 7 7 ，路线全长3 5 9 5 8 公里。 路面结构分为三层，由下而上分别是水泥稳定碎石底基层、水泥稳定碎石基层和沥青面 层。其中水泥稳定碎石底基层厚度为2 0 c m ，水泥稳定碎石基层厚度为2 0 c m ，沥青面层 为5 c m ，主要工程数量为水泥稳定碎石底基层5 0 9 8 0 5 r n 2 ，水泥稳定碎石基层7 0 4 1 7 2m 2 ， 面层6 8 5 9 4 1m 2 。 1 基层原材料 1 ) 水泥采用普通硅酸盐水泥。初凝时间不小于3 h ，终凝时间不小于1 0 h 。不得使 用快凝水泥、早强水泥及受潮变质的水泥。所用水泥的强度等级不高于4 2 5 ，宜采用3 2 5 。 当采用3 2 5 强度等级的水泥，用设计水泥剂量不能满足基层的强度要求时，可考虑采用 强度等级为4 2 5 的水泥。 2 ) 用于水泥稳定碎石基层中的碎石应质地坚硬耐久、洁净、有良好的级配，其级 配范围和技术指标应符合现行规范的要求。 3 ) 凡是饮用水( 含牲畜饮用水) 均可用于水泥稳定碎石基层的施工。遇到可疑水 7 第一章绪论 源时，应进行试验鉴定，鉴定合格后方可使用。 2 混合料配合比 1 ) 按照公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 的有关规定进行混合料的配 合比试验。 2 ) 对于水泥稳定碎石基层，若配比试验强度的水泥剂量小于设计剂量，实际生产 5 ，实际生产采用的水泥剂量应比试验确定的剂量多0 5 。若配比试验确定的水泥剂 量大于设计剂量5 ，则必须改善集料级配，或采用强度等级较高的水泥( 如4 2 5 ) ，再采 用5 的水泥剂量重新进行试验，直到满足设计抗压强度要求为止，而实际生产采用5 5 的水泥剂量。 3 ) 在完成配比试验后，进行水泥稳定碎石基层延迟时间( 从加水拌和到试件成型所 需的时间) 对水泥稳定碎石性能达到的干密度和强度的影响试验。根据拟定水泥剂量的 混合料的延迟时间与强度的关系曲线和要求达到的强度，确定施工时的容许延迟时间； 或根据施工现场可能达到的延迟时间和要求达到的强度确定是否调整拟定的水泥剂量。 特别注意，气温越高，混合料的施工容许延迟时间就越短。因此，确定混合料的施工容 许时间必须考虑气温因素。 4 ) 试验确定施工时的容许延迟时间大于2 h 时，施工时应按2 h 作为容许延迟时间 进行施工质量控制。 3 机械设备 为保证水泥稳定碎石基层的质量和进度，应有足够配套的机械设备。 1 ) 稳定粒料拌和设备是关键设备，由经验丰富的机械专业工程师负责进行安装、 调试； 2 ) 水泥稳定碎石摊铺机的技术性能良好，一切正常后投入试验路铺筑； 3 ) 其他处于正常使用中的各种类型压路机、装载机、运料自卸车、洒水车等投入 基层施工的机械设备，需经常由机械工程师检查、进行维修、保养，使之处于良好的工 作状态。 1 4 研究内容与技术路线 1 4 1 研究内容 本文的研究以g 3 0 4 内蒙古通辽市鲁北至霍林河路面三标为依托，对骨架密实结构 水泥稳定碎石基层应用中的材料与施工工艺控制开展研究，主要研究内容包括： 1 骨架密实结构的原材料生产控制及技术指标影响性能研究；水泥稳定碎石混合 8 长安大学硕士学位论文 料是一种复合材料，它是水泥、粗集料、细集料所组成。这些组成材料在混合料中，由 于组成材料质量的差异和数量的多寡，以及各组成材料之间相互作用的特点、相对位置 分布及相互联系的状况，可以形成不同的组成结构，并表现出不同的性能。通过对水泥 稳定碎石组成及骨架密实结构的特性的分析，以阿拉哈达碎石场和阿日孔都愣碎石场为 比较对象，选择碎石加工的生产设备类型及加工过程，在碎石生产过程中对重点指标进 行控制。对其试验指标及实际应用情况进行对比，获得较理想的碎石，为骨架密实结构 的实现做好前提工作。 2 施工机械设备控制，主要是生产设备的调试与控制。着重分析了拌和设备控制 工艺对拌和成品的影响分析及技术改进。分析了拌和设备的搅拌均匀对骨架密实结构水 泥稳定碎石的影响，拌和设备的水泥控制系统对骨架密实结构水泥稳定碎石的影响，摊 铺机和压路机对骨架密实结构的影响，并针对其影响提出了具体的改进措施。通过对生 产及施工设备的改进，为实现骨架密实结构做准备。 3 混合料配合比设计及其影响效果。分析集料级配基本理论，包括级配初步选择， 对不同规格集料比例进行确定，通过重型击实试验和振动击实试验的对比分析，在实际 施工中加以控制。确定集料的配合比，用静压成型试验和振动成型试验进行对比分析， 并对试验段的结果进行分析。以期获得较好的试验及施工效果。 4 施工工艺的实施，对运输、摊铺、碾压、养生过程的工艺控制及技术改造对于 实现实体工程效果的影响进行了研究。确定了施工的工艺流程，通过准备下承层与测量 放样，混合料的拌和与运输，摊铺，纵断面高程、横坡度、宽度控制，松铺系数控制， 碾压，接缝处理，养生，检测以及工程控制指标在施工项目应用等各方面的控制，严格 控制好施工过程中的每一步，是保证骨架密实结构实现的又一关键。 1 4 2 技术路线 本研究技术路线如图1 2 所示。 9 第一章绪论 图l 。2研究技术路线图 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章碎石质量控制研究 2 1 水泥稳定碎石组成及骨架密实结构的特性 水泥稳定碎石混合料是一种复合材料，它是水泥、粗集料、细集料所组成。这些组 成材料在混合料中，由于组成材料质量的差异和数量的多寡，以及各组成材料之间相互 作用的特点、相对位置分布及相互联系的状况，可以形成不同的组成结构，并表现出不 同的性能。随着对水泥稳定碎石应用要求的提高和对基层材料性能认识的深入，研究和 工程应用中均体现出水泥稳定类混合料的路用性能与它的结构特点有着非常密切的关 系。当组成水泥稳定碎石混合料结构的各个因素发生变化时，混合料的力学特性也会发 生变化。各种结构类型的特点，水泥稳定碎石混合料的结构特性几个内在因素主要取决 于以下几点： 1 矿质颗粒的结构特点：包括矿质颗粒的大小、形状、最大粒径、级配、岩性等 都会对水泥稳定碎石混合料的结构特性产生影响，尤其是混合料中形成骨架的粗集料颗 粒对其强度等性能的形成有很大的影响。 2 结合料性质：水泥物理化学性质、水泥与集料的比例对混合料的结构特性有着 很大的影响，尤其是对混合料的早期性能起着关键的作用。 3 含水量：水泥稳定类混合料中的含水量对混合料结构的形成有着很大的作用， 最佳含水量的确定对于控制结构的均匀性、离析性以及结合料与集料之间的联结等整体 结构特性有着很大的影响。 骨架密实结构要求混合料既有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据残余空隙的多少 加入细料，混合料中细集料的压实体积应“临界 于粗集料形成的空隙体积，从而使混 合料形成较高的密实度。这种结构的混合料三轴试验表明，混合料不仅具有较高的内摩 阻角，而且具有较高的粘聚力。理论上讲，属于该种结构类型的水稳类混合料具有最优 的力学性能、抗收缩性能和抗冲刷性能。 2 2 碎石加工工艺与质量控制 对于骨架密实结构的水泥稳定碎石基层来说，碎石的质量是保证混合料质量的及基 层整体质量好坏的基础。集料是构成水泥稳定碎石混合料的主要组成部分，集料在混合 料中发挥骨架作用，是混合料力学性能的主要来源，是影响骨架密实结构水泥稳定碎石 基层的重要因素。因此，选用品质优良的原材料是配合比设计和施工生产保证产品质量 的关键。好的集料来源于优质的石料，在确定碎石加工场地的时候，首先要对石料的岩 第二章碎石质量控制研究 性进行鉴定，通过鉴定指标全面掌握集料的相关性能。在本项目中特别注重碎石的选择， 根据工程实际情况，调查确定选用阿拉哈达碎石场和阿日孔都愣碎石场。 2 2 1 碎石加工工艺 2 2 1 1 碎石加工设备 目前的碎石加工设备主要有：鄂式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机以及大型的 联合破碎机。一般的碎石加工设备是由几台设备组成的，常见的组成方式有： 1 鄂破+ 鄂破+ 振动筛； 2 鄂破+ 锤破+ 振动筛； 3 鄂破+ 反击破+ 振动筛 4 大型的联合碎石机 由于各级公路的要求及技术等级的不同，碎石机的加工工艺及要求也不一样，其主 要的优缺点如表2 1 ： 表2 1 不同工艺加工的碎石优缺点 针对骨架密实结构的应用规范要求原则，在高速公路及一级公路的基层用骨架密实 结构的水泥稳定碎石，具有工期短、用量大的特点，因此，要求在碎石机的选择上必须 根据工程数量的实际情况选择最为合理的碎石加工设备，在本工程实体中选择的设备为 第三种组合的碎石加工设备。 阿拉哈达碎石场和阿日孔都愣碎石场的加工设备具体组成为： 1 阿拉哈达碎石场设备 一破为颚式破碎机，破碎机型号为1 2 0 0 m m * 1 5 0 0 m m ；二破为反击式破碎机，破碎 机型号为9 0 0 m m * 1 2 0 0 m m ；外加除尘设备。该组合的加工设备针对产地的岩性碎石产 量在1 0 0 0 - - - 1 5 0 0 w 之间。 2 阿日孔都愣碎石场设备 一破为颚式破碎机，破碎机型号为9 0 0 m m * 1 2 0 0 m m ；二破为颚式破碎机，破碎机 型号为6 0 0 m m * 9 0 0 m m 。该组合的加工设备针对产地的岩性碎石产量在5 0 0 , 7 0 0 m 3 之 间。 阿拉哈达碎石场碎石加工设备如图2 1 和图2 2 所示。 1 2 长女 学碗学位论文 图2 1 集料加工除尘设备 田2 2 集辩加工设备 22 l2 碎石加工过程 碎石加工过程如图2 3 所示。块石开采后，将浮土筛去，无风化的块石进入喂料u 经一破鄂破破碎后，直接进入二破反击式破碎机再次破碎，破碎后进入振动筛筛分为符 合要求的规格，超粒径的返回二破，细集料除尘，反复加工到需要的规格为止。 圈2 3 集科加工# 睫圈 第二章碎石质量控制研究 2 2 2 加工后的碎石技术指标 水泥稳定碎石基层施工所用的集料通常要求表面洁净、干净、无杂质、无风化，具 有足够的强度，采用的最大粒径应与基层厚度相适应。集料的粒径越大，施工和易性越 差，越易产生离析现象，影响强度及平整度，而骨架密实结构一个重要的指标要求就是 防止离析现象的产生。集料分为4 个规格的粒径，分别为0 - - 4 7 5 r a m 、4 7 5 - - - 9 5 m m 、 9 5 - - 1 9 m m 、1 9 - 3 1 5 m m ，掺配后使用。同时为了保证更好的路用性能，加工后的集料 主要技术指标如表2 2 、表2 3 所示。 表2 2 阿拉哈达设备生产集料主要技术指标 矿料l#o 9 - 31 5 m m ) 2 拌( 9 5 19 m m )3 群( 4 7 5 - - - - 9 5 m m )4 撑( 0 4 7 5 m m ) 毛体积相对密度2 4 8 92 4 6 82 4 5 0 表观相对密度 2 5 6 12 5 5 82 6 0 62 6 0 1 吸水率( ) 1 1 31 4 22 4 4 压碎值( ) 1 4 9 针片状( ) 6 38 71 0 1 液塑限指数i p 4 6 o 0 7 5 m m 通过率( ) 0 3 0 95 48 2 通过对比可以发现，阿拉哈达碎石的各项指标明显优于阿日孔都楞碎石，说明了： 采用配套合适的加工设备可以加工比较理想的原材料，是保证碎石质量重要因素之一。 2 3 碎石j j n - r 过程质量控制要点 2 3 1 针片状颗粒含量控制 1 技术要求 集料的形状对于混合料的结构强度和稳定性形成都具有十分重要的影响。理想的集 料形状是有棱角形状接近立方体的集料。针片状颗粒是指用游标卡尺测定粗集料最小厚 度方向与最大长度方向之比小于1 ：3 的颗粒。针片颗粒含量用于评价集料的形状和抗压 能力，以评定其在工程中的适用性。对于水泥稳定碎石基层集料( 合成级配) 针片状颗 粒含量要求不大于2 0 。 2 影响因素与控制方法 1 4 长安大学硕士学位论文 集料的针片状颗粒含量同破碎机性能有关，一般反击破式破碎机加工的集料针片状 颗粒含量均能满足不大于2 0 的要求，但鄂式破碎机加工的集料一般达不到该指标。因 此集料的生产加工强调使用反击破式破碎机。 加工块石的岩性特征也对针片状颗粒含量产生影响。岩石的结构特征是影响岩石物 理力学性质的重要因素。石灰岩为沉积岩，石灰岩晶体颗粒的大小，影响岩石的强度， 晶体颗粒越大，岩石强度越高。同时，岩石胶结物的构成也对其强度产生影响。其中强 度最高的是亮晶胶结，其次是微晶胶结，强度最低的是泥晶胶结。集料压碎值指标也遵 从同样的规律。岩石胶结物强度越高，集料针片状颗粒含量越少。 破碎机加工方式的影响。反击破是利用冲击能来破碎物料的破碎机械，当物料进入 板锤作用区时，受到板锤的高速冲击而破碎，被抛向安装在转子上方的反击装置上再次 破碎，然后又从反击衬板上弹回到板锤作用区重新破碎。此过程重复进行，直到物料被破 碎至所需粒度，由机器下部排出为止。 反击破式破碎机的主要参数有转子的直径与长度、转子的转速、板锤的数量、生声 能力、电动机功率等。当转子的转速较快时，破碎机的生产能力增大，但同时破碎集料 的针片状颗粒含量也会增加，因此，设定合理的转子转速，对保证集料的产量与质量都 是很重要的。其次，板锤及打击板的数量，在同转子直径相匹配的情况下，板锤及打击 板数量多时，其加工碎石的形状好，针片状颗粒含量也相对较少。 2 3 2 0 0 7 5 r a m 以下颗粒含量控制 大量研究证明，0 0 7 5 m m 以下颗粒的含量对于骨架密实结构的性能有着很大的影 响，公路沥青路面设计规范( j t gd 5 0 2 0 0 6 ) 规范规定基层集料中0 0 7 5 m m 以下颗粒 含量 t 8 0 0 n 的拉力将钢丝拉紧；通过测量两摊铺机交汇处的地面高程与设计高 程的差值，控制中央铝合金尺的高度进而控制两摊铺机间的高程。用石灰再打出基层边 线，控制好宽度，然后立钢模或上土培肩，厚度与设计厚度相同。 放样时，在结构层边线两边布设高程基准线，基准线采用钢钎桩( 间距1 0 m ) 及 钢纤上布设钢丝绳的方式。两摊铺机的中间通过三角导向支架与铝合金尺进行高程传 递。具体如下： 4 9 第i 章施工i 艺及质量控科 ( 1 ) 高程导向线 高程( 纵坡) 导向线由基准杆控制，其示意图如图5 2 附注2 ：l 尺寸均以厘米计2 固定杆的长度为8 5 c