柔性基层的施工配合比设计及施工管理质量控制雷振忠1.docx
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柔性基层的施工配合比设计及施工管理质量控制雷振忠1
柔性基层的施工配合比设计
及施工管理质量控制
雷振忠
华祥公司
[摘要]本文根据江苏省高指及东南大学对软土地基的基层的要求和科研项目由原来的水稳改为沥青碎石,首先对原材料、施工配比设计、施工过程控制、质量检测的方法等总结出一套行之有效的施工方法和质量控制方法,为江苏省高速公路对软土地基施工总结出一套经验。
[关键词]柔性基层施工配合比质量控制
本项目淮安—盐城高速公路,是东南大学科研项目路段。
本项目起点淮安K0+000至K30+900,本路段经专家建议充分考虑公路的功能使用要求及所处的地区的气候、水文、地质等自然条件,结合该地区高等级公路路面施工经验和材料供给,本着技术先进,经济合理,安全适用,合理取材,方便施工,进行路面优化。
根据专家评审会议精神①水泥稳定碎石基层7天浸水无侧限抗压强度代表值选用3.5MPa②关于部分路段可适量掺加消石灰粉代替矿粉,部分路段底基层采用低剂量水泥稳定碎石以及在HA3,HA4,YC10,YC11标修建部分柔性基层试验段,我标段就是HA3,HA4段之中.
淮盐高速公路所在地区年降雨量为887~1060毫米,年平均气温13.6—14.7摄氏度,属北亚热带气候,具有海洋型气候与大陆型气候过渡的特点,路面结构应具有抗车辙,抗滑,防渗功能的要求以及高温稳定性和低温抗裂性,HA3,HA4,标段大部分为软基地段,为了防止路面应具有抗车辙,抗滑,防渗功能的要求以及高温稳定性和低温抗裂性,东南大学在我标段搞基层试验段分为两种,一种是从K20+250~K21+572.10右副,下面为20cm水稳,中间为15cm级配碎石,上面为24cm沥青级配碎石;第二种是K21+030~K21+576.8右副上面第一层12cm沥青碎石,第二层为19cm水泥稳定碎石,第三层为15cm级配碎石,第四层为20cm水泥稳定碎石。
路面设计的目的:
是提供一种在预定使用期内同所处的环境相适应并能承受预期交通荷载作用的路面结构,由于路面的使用性能会随环境和交通荷载的反映作用而逐渐变坏,路面结构设计的内容,包括结构层次的组合,各结构层材料的组成和厚度的确定,它必然影响路面的结构特性和使用性能,因而在结构设计时仍要密切联系并考虑材料的组成及其性能,以期得到使用性能最佳的路面结构。
柔性路面基层也就是沥青稳定碎石,沥青碎石通常会有较多的碎石颗粒(粒径5mm或2.5mm以上),而且对它的级配要求较松,级配范围宽,因此其孔隙率较大,一般在3--6之间,沥青稳定碎石具有较高的强度和稳定性,它是高级沥青面层之一,可以在中等交通道路上用作面层或基层。
我标段沥青稳定碎石是根据淮盐高速公路试验路面结构设计(表1)结构一和结构二的沥青面层材料与主线路面结构(结构四)相应层次材料相同,但基层材料与主线结构存在较大差别,主要表现在以下几个方面。
路面结构设计方案表1
结构一
结构二
结构四
设计方法
容许应变设计
容许应变设计
弯沉控制、拉应力验算
总厚度
69cm
76cm
76cm
面层
4cmSMA13
6cmSuperpave20
4cmSMA13
6cmSuperpave20
4cmSMA13
6cmSuperpave20
8cmSuperpave25
基层
24cm沥青稳定碎石
15cm级配碎石
20cm水泥稳定碎石
12cm沥青稳定碎、19cm水泥稳定碎石、15cm级配碎石、20cm水泥稳定碎石
38cm水泥稳定碎石
20cm二灰土
1采用了较厚的沥青稳定碎石材料,以协调路面的不均匀沉降,减轻行车荷载对软土地基的不利影响。
2采用了15cm厚的级配碎石材料,以协调软土地基的不均匀沉降,同时为级配碎石层提供了支撑平台,以利于级配碎石发挥回弹模量非线性,减少行车荷载作用下的塑性变形。
3沥青稳定碎石和二灰稳定碎石,水泥稳定碎石最大的不同是沥青稳定碎石是柔性路面基层,水泥稳定碎石和二灰稳定碎石它们可以产生干缩裂缝,反射到沥青路面上,沥青路面也产生裂缝,在南方多角地段路面就会漏水产生路面水破坏。
1沥青稳定碎石配合比设计
1.1原材料的要求
1.1.1沥青
采用优质道路石油,泰普克AH70#沥青,技术标准实测值见表2。
道路石油沥青技术要求表2
检验项目
70号
实测值
针入度(25℃,100g,5s)(0.1mm)
60-80
67
延度(5cm/min,15℃)(cm),不小于
100
>120
延度(5cm/min,10℃)(cm),不小于
20
软化点(环球法)(℃),不小于
46
47.4
溶解度(三氯乙烯)(%),不小于
99.5
针入度指数PI
-1.3~+1.0
薄膜加热试验163℃,5h
质量损失(%),不大于
0.6
0.3
针入度比(%),不小于
65
60
延度(15℃)(cm),不小于
100
>100
延度(15℃)(cm),不小于
6
闪点(COC)(℃),不小于
260
280
含蜡量(蒸馏法)(%),不大于
2
密度(15℃)(g/cm3),不小于
1.01
1.042
动力粘度(绝对粘度,60℃)(pa.s)不小于
180
注:
沥青须达到PG64-22.
1.1.2粗集料
采用宜兴佳乐石灰岩,该石料石质坚硬,清洁,无风化,近立方体颗粒的碎石,粒径大于2.36mm,其技术指标和实测值见表3。
历清混合料用粗集料技术要求表3
指标
单位
技术要求
实测值
试验方法
石料压碎值,不大于
%
24
T0316
洛杉矶磨耗损失,不大于
%
28
24.6
T0317
表观相对密度,不大于
t/m3
2.60
T0304
吸水率,不大于
%
2.0
T0304
对沥青的粘附性
4级
4级
坚固性,不大于
%
12
2.2
T0314
针片状颗粒含量,不大于
%
15
2.0
T0312
水洗法<0.075mm颗粒含量,不大于
%
1.0
T0310
软石含量,不大于
%
3.0
T0320
1.1.3细集料
采用宜兴佳乐石灰岩,佳乐碎石厂碎石为地下30mm深处的石料,生产路面材料,无山皮土,无风化,石质坚硬,清洁,具体规格见表4技术要求实测值见表5。
沥青混合料用细集料规格表4
规格
公称粒径
(mm)
水洗法通过个筛孔的质量百分率(%)
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
S16
0-3
100
100
80-100
50-80
25-60
8-45
0-25
0-15
沥青混合料用细集料质量要求表5
项目
单位
高速公路
实测值
试验方法
表观相对密度,不大于
t/m3
2.50
2.68
T0328
坚固性(>0.3mm部分),不小于
%
12
3.0
T0340
含泥量(小于0.075mm的含量),不大于
%
3
T0333
砂当量,不小于
%
60(以控制在70以上)
86
T0334
亚甲蓝值,不大于
g/kg
25
T0346
棱角性(流动时间),不小于
s
30
T0345
1.1.4填充料
采用淮安中意矿粉,矿粉为石灰岩碱性史料磨制而成矿粉,技术要求见表6。
沥青混合料用矿粉质量要求表6
项目
单位
高速公路、一级公路
实测值
试验方法
表观相对密度,不大于
t/m3
2.50
2.695
T0352
含水量,不大于
%
1
0
T0103烘干法
粒度范围<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm
%
%
%
100
90-100
75-100
100
96.3
89.4
T0351
外观
无团粒结块
无团粒结块
亲水系数
<1
0.87
T0353
塑性指数
<4
3.4
T0354
注:
亲水系数宜小于0.8
1.2沥青稳定碎石的设计标准
沥青稳定碎石的矿粉级配采用连续级配,其级配范围应符合表8规定,配合比应符合表7的技术要求。
沥青稳定碎石混合料马歇尔试验配合比设计技术标准表7
试验指标
单位
密级配基层(ATB)
公称最大粒径
mm
26.5mm
马歇尔试件尺寸
mm
Ø101.6mmx63.5mm
击实次数(双面)
次
75
空隙率VV
%
3-6
稳定度,不小于
KN
7.5
流值
mm
1.5-4
沥青饱和度VFA
%
55-70
密级配基层VFB的矿料间隙率VMA不小于(%)
设计空隙率(%)
ATB-25
4
12
5
13
6
14
在进行沥青稳定碎石的配合比设计时,宜直接以表8作为工程设计级配范围。
集料密度见表9。
沥青稳定碎石级配范围表8
31.5
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
粗
粒
式
ATB-25
100
90-100
60-80
48-68
42-62
32-52
20-40
15-32
10-25
8-18
5-14
3-10
2-6
集料密度试验结果表表9
矿料
视密度(g/cm2)
饱和面干密度(g/cm2)
毛体积密度(g/cm2)
1#料
2.73
2.7
2.68
2#料
2.73
2.69
2.66
4#料
2.68
矿粉
2.695
1.3目标配合比设计
1.3.1沥青稳定碎石混合料的目标配合比设计按图1的步骤进行。
1.3.2设计初试级配,在工程设计级配范围内涉及1—3组粗集料不同的配合比分别位于工程设计级配范围的上方、中值、下方,设计合成级配不得有太多的锯齿形交错,且在0.3mm--0.6mm内不出现驼峰。
见图2
沥青稳定碎石混合料目标配合比设计流程图图1
沥青稳定碎石级配图图2
筛孔
1#
2#
3#
4#
矿粉
合成级配
规范上限
规范中值
规范下限
设计级配
31.5
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
26.5
86.7
100
100
100
100
94.0
100
95
90
95.0
19
23.9
100
100
100
100
65.8
80
70
60
75.7
16
12.3
100
100
100
100
60.5
68
58
48
66.1
13.2
2.2
96.2
100
100
100
55.0
62
52
42
55.7
9.5
0.2
59.9
100
100
100
44.7
52
42
32
41.8
4.75
0.1
3.7
95.4
100
100
30.0
40
30
20
30.0
2.36
0.1
0.1
7.4
85.5
100
25.4
32
23.5
15
21.9
1.18
0.1
0.1
0.2
42.6
100
14.7
25
17.5
10
16.0
0.6
0.1
0.1
0.2
22
100
9.6
18
13
8
11.8
0.3
0.1
0.1
0.2
8.3
100
6.1
14
9.5
5
8.7
0.15
0.1
0.1
0.2
4
100
5.1
10
6.5
3
6.3
0.075
0.1
0.1
0.2
2.2
95
4.4
6
4
2
4.6
比例
45
26
0
25
4
100.0
沥青稳定碎石马歇尔试验结果见表10,看图见图3
沥青稳定碎石马歇尔试验结果表表10
油石比(%)
3
3.5
4
4.5
5
理论密度(g/cm2)
2.56
2.54
2.52
2.50
2.49
击实密度(g/cm2)
2.39
2.40
2.418
2.443
2.44
空隙率(%)
6.6
5.5
4.0
2.3
2.0
沥青体积百分率(%)
6.9
8.06
9.28
10.55
11.7
矿料间隙率(%)
13.5
13.56
13.28
12.85
13.7
饱和度(%)
51
59
69.9
82.1
85
稳定度(KN)
7.9
8.2
9.1
8.6
8.3
流值(0.01cm)
23
27
31
36
41
图3
密度
稳定度
空隙率
流值
饱和度
共同范围
3
3.5
4
4.5
5
注;图中a1=4.5%a2=4.0%a3=4.3%a4=3.7%OAC1=(4.5+4+4.3+3.7)/4=4.1
OAC2=(3.5+4)/2=3.75OAC=4.1+3.75=3.9
浸水马歇尔稳定度试验结果
混合料类型
非条件(0.5h)
条件(48h)
残留稳定度SO(%)
要求(%)
空隙率(%)
马歇尔稳定度(KN)
流值(0.1mm)
空隙率(%)
浸水马歇尔稳定度(KN)
流值(0.1mm)
Sup25
4.47
8.6
32.0
3.83
8.5
30.2
95.9
≥85
4.19
9.0
27.4
4.47
8.3
28.6
3.99
8.7
28.2
3.87
8.4
27.5
平均值
4.22
8.76
29.2
4.05
8.4
28.8
根据以上图的汇总确定最佳油石比为3.9%为设计油石比,验证3.9%的油石比的马歇尔稳定度,浸水马歇尔稳定度.见附表1和附表2
2生产配合比的调试
目标配合比各种材料比例表11
混合料类型
下列各种矿料所占比例(%)
沥青用量(%)
沥青碎石
1#
2#
4#
矿粉
3.9
45
26
25
4
目标配合比设计级配表12
混合料类型
集料级配下列筛孔(mm)的通过率(%)
沥青
碎石
31.5
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
100
94
65.8
60.5
55.0
44.7
30.0
25.4
14.7
9.6
6.1
5.1
4.4
100
90-100
60-80
48-68
42-62
32-52
20-40
15-32
10-25
8-18
5-14
3-10
2-6
2.1拌和楼冷料流量试验
本项目采用ACP-4000型拌和楼,冷料进料速度采用转速比控制,包括单仓转速比统一转速比控制,生产过程中通过单仓转速比的设定,确保各料仓材料用量比例,而统一转速比的控制,则是在保证冷料比例不变的情况下,通过此转速比整体调整材料进料量,调节拌合楼产量.本次流量试验在保证统一转速比恒定的情况下进行,对于每种材料按转速比大小进行3次流量试验,每次流量试验进料时间为5分钟,流量与转速比关系见表13与图4
HY-HA21标拌合楼流量试验结果表13
1#
2#
4#
转速比(%)
流量(t/h)
转速比(%)
流量(t/h)
转速比(%)
流量(t/h)
20
23.4
20
26.2
20
15.5
30
38.6
30
35.4
30
24.0
40
51.0
40
48.6
40
30.5
皮带转速比与流量的关系图图4
2.2热料仓筛分试验
2.2.1拌和楼筛网设置根据本项目矿料的级配及对该拌和楼应经验,拌和楼筛网尺寸分别40、32、16、6.0、3.6mm。
2.2.2在生产配合比设计过程中,为保证二次筛分试样的代表性和真实性,拌和楼上料速度与正常生产时上料速度相一致,各个热料仓单独放料,各热料仓前面料放掉,待稳定后取样,并对所取样品进行了热料仓料筛分和密度试验,结果见表14和表15
表14拌和楼热料仓料筛分结果
材料
下列筛孔的通过率(%)
37.5
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
4#仓
100
93.4
52.7
7.0
2.0
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
3#仓
100
100
100
100
93.0
63.9
2.9
0.9
0.7
0.6
0.6
0.6
0.6
2#仓
100
100
100
100
100
100
100
91.4
0.5
0.4
0.4
0.4
0.4
1#仓
100
100
100
100
100
100
100
84.2
48.2
27.0
12.6
5.2
3.7
矿粉
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
99.9
98.6
86.4
拌和楼各料仓集料密度试验结果表15
材料
表观密度(g/cm3)
毛体积密度(g/cm3)
吸水率(%)
4#仓
2.716
2.698
0.2
3#仓
2.718
2.686
0.4
2#仓
2.720
2.682
0.5
1#仓
2.730
2.672
0.8
2.2.3依据目标配合比设计级配及热料仓筛分试验结果,进行了生产配合比组合设计,各热仓料及矿粉质量比:
4#:
3#仓:
2#仓:
1#仓:
矿粉=43.0%:
28.0%:
5.0%:
20.0%:
4.0%
矿料合成级配计算结果如表16所示.生产.目标配合比级配对照如图5
表16
筛孔
1#
2#
3#
4#
矿粉
合成级配
规范上限
规范中值
规范下限
设计级配
31.5
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
26.5
93.4
100
100
100
100
97.2
100
95
90
95.0
19
52.7
100
100
100
100
79.7
80
70
60
75.7
16
7
100
100
100
100
60.0
68
58
48
66.1
13.2
2
93
100
100
100
55.9
62
52
42
55.7
9.5
0.4
63.9
100
100
100
47.1
52
42
32
41.8
4.75
0.4
2.9
100
100
100
30.0
40
30
20
30.0
2.36
0.4
0.9
91.4
84.2
100
25.8
32
23.5
15
21.9
1.18
0.4
0.7
0.5
48.2
100
14.0
25
17.5
10
16.0
0.6
0.4
0.6
0.4
27
100
9.8
18
13
8
11.8
0.3
0.4
0.6
0.4
12.6
100
6.9
14
9.5
5
8.7
0.15
0.4
0.6
0.4
5.2
100
5.4
10
6.5
3
6.3
0.075
0.4
0.6
0.4
3.7
95
4.9
6
4
2
4.6
比例
43
28
5
20
4
100.0
图5
2.2.4沥青用量的确定:
根据生产配合比的级配调试结果,进行了目标配合比最佳沥青用量3.9%及最佳沥青用量+0.3%做马歇尔试验参见表17图6
马歇尔试验结果表17
油石比(%)
3.6
3.9
4.2
理论密度(g/cm3)
2.55
2.54
2.53
击实密度(g/cm3)
2.42
2.43
2.45
空隙率(%)
5.0
4.3
3.2
沥青体积百分率(%)
8.4
9.1
9.9
粒料间隙率(%)
13.4
13.4
13.1
饱和度(%)
62.6
67.9
75.5
稳定度(%)
8.6
8.8
8.3
流值(mm)
29
32
34
密度
稳定度
空隙率
流值
饱和度
共同范围
3
3.5
4
4.5
5
注:
a1=4.2%a2=3.9%a3=3.9%OAC1=4.0OAC2=3.75
OAC=3.9
图6
生产配合比浸水马歇尔稳定度试验结果表18
混合料类型
非条件(0.5h)
条件(48h)
残留稳定度
SO%
要求
(%)
空隙率
(%)
马歇尔稳定度
流值
0.1mm
空隙率
(%)
残留马歇尔稳定度
流值
0.1mm
沥青级配碎石
4.7
8.6
29
3.9
8.6
32
96.6
4.3
8.8
30
4.7
8.3
30
5.1
8.9
32
5.1
8.5
29
平均值
4.7
8.8
30
4.6
8.5
30
由于天气寒冷气温低于5度
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