浅谈石灰粉煤灰稳定碎石基层施工

浅谈石灰粉煤灰稳定碎石基层施工

芦峥

泛华建设集团有限公司 北京 100070

摘要:道路基层是道路结构中的主要部分，位于路基和道路面层之间，在路面结构中起主要承重作用。基层根据力学性能一般划分为：柔性基层（如级配碎石基层）、半刚性基层（如二灰碎石基层）和刚性基层（如混凝土基层）。柔性基层强度低但不易裂缝，刚性基层强度高但易裂缝，半刚性基层介于两者之间。根据结合料类型又可分为：无结合料（如级配碎石）、无机结合料（如二灰稳定碎石）、有机结合料（如沥青稳定碎石）。无机结合料的粘结力不如有机结合料强，但是无机结合料的强度会随龄期逐渐增加，而有机结合料一般随龄期的增加而逐渐老化，因而强度逐渐降低。石灰粉煤灰稳定碎石基层是公路与城市道路工程中普遍采用的一种基层类型，该种基层类型属于半刚性无机结合料基层材料。

关键词：石灰粉煤灰碎石、道路基层

绪论

道路基层是道路结构中的主要部分，位于路基和道路面层之间，在路面结构中起主要承重作用。

基层根据力学性能一般划分为：柔性基层（如级配碎石基层）、半刚性基层（如二灰碎石基层）和刚性基层（如混凝土基层）。柔性基层强度低但不易裂缝，刚性基层强度高但易裂缝，半刚性基层介于两者之间。根据结合料类型又可分为：无结合料（如级配碎石）、无机结合料（如二灰稳定碎石）、有机结合料（如沥青稳定碎石）。无机结合料的粘结力不如有机结合料强，但是无机结合料的强度会随龄期逐渐增加，而有机结合料一般随龄期的增加而逐渐老化，因而强度逐渐降低。石灰粉煤灰稳定碎石基层是公路与城市道路工程中普遍采用的一种基层类型，该种基层类型属于半刚性无机结合料基层材料。

一、组成材料分析

1、石灰

石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。石灰是将主要成分为碳酸钙CaCO₃的天然岩石，经900～1100℃煅烧而成，排除二氧化碳后，所得的以氧化钙CaO为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。消石灰又称熟石灰、主要成分氢氧化钙，化学表达式为Ca(OH)₂，是一种白色粉末状固体，具有强碱性。可以通过生石灰加入适当比例的水进行消化，在经过离心脱水，于150℃-300℃干燥筛分后得到。

道路中的石灰应是消石灰或生石灰，对高速公路或一级公路宜采用磨细的消石灰粉，并尽量缩短石灰的存放时间，对高速公路和一级公路用石灰应不低于II级技术要求，二级及以下公路用石灰应不低于III级技术要求。石灰的具体指标要求如下：

生石灰技术要求

消石灰技术要求

2、粉煤灰

粉煤灰是发电厂的煤粉在燃烧过程中的残留物，悬浮于高温的烟气中，通过集尘设备回收的粉尘污染物，随着现代环境污染控制要求的提高，粉煤灰中的硫含量成为影响工业废渣稳定基层的重要因素。

粉煤灰的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁，三种重要成分占总质量要超过70%，CaO含量在2%到6%，烧失量一般要小于20%，粒径变化在0.001-0.3mm之间，比表面积在2500-3500 cm²/g之间，干粉煤灰的堆放宜加水，以防止飞扬；湿粉煤灰的含水量不宜超过35%，干粉煤灰不应含有团块、腐殖质及有害物质，使用时应将凝固的粉煤灰块打碎或过筛。

粉煤灰技术要求

3、集料

混合料中碎石的压碎值和粒径级配是主要控制标准，其中高速公路和一级公路用碎石的压碎值不应大于30%，二级和二级以下公路用碎石的压碎值不应大于35%，高速公路和一级公路最大粒径不大于31.5mm，二级和二级以下公路不大于37.5mm。碎石的外型应有棱角并接近立方体，这样可以提供较大内摩擦角，增大颗粒嵌挤作用，使材料性能更优。级配组成按以下三种方式组合：

骨架密实型混合料的级配范围

悬浮密实型碎石混合料的级配范围

悬浮密实型砂砾混合料的级配范围

二、影响强度的因素

1、化学作用

粉煤灰中含有大量的SiO₂、Al₂O₃ 等活性物质，石灰在水的作用下形成饱和的Ca(OH)₂溶液，混合料中的活性物质在与Ca(OH)₂溶液作用生成水化硅酸钙和铝酸钙凝胶。

xCa(OH)₂+SiO₂+nH₂O→xCaO·SiO₂(n+1)H₂O

xCa(OH)₂+Al₂O₃+nH₂O→xCaO·Al₂O₃ (n+1)H₂O

上述化学式所形成的凝胶物质具有水硬性，这些胶凝物质把颗粒胶结在一起，填充颗粒空隙，使颗粒间紧密结合，减少了颗粒间的空隙和透水性，同时提高密度，但是这种作用比较缓慢，只有在温度高时，强度增长才能加速，因此，二灰碎石最好再热季节施工，并加强保湿养生。

2、龄期作用

无机结合料的重要特点之一就是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐步具有一定的刚性，一般石灰粉煤灰稳定类材料的设计龄期为6个月。强度指标与龄期的关系见下表：

石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期关系

3、温度与湿度的作用

无机结合料经过拌和压实后，由于水分挥发和混合料内部的水化作用，混合料内部的湿度会不断减少，由此会引起无机结合料稳定材料的体积收缩，这种收缩称为干缩。由于室外温度在随时变化，无机结合料是由多重材料混合而成的，每种材料的温度收缩系数不同，大颗粒收缩系数小，小颗粒的收缩系数大，由不同收缩变化导致的裂缝称为温缩，干缩与温宿产生的裂缝对混合料有很大影响。

半刚性基层一般在温度较高季节修建，成型初期基层含水率大，且未被沥青覆盖，基层内的水分必然蒸发，从而发生由表及里的干燥收缩，同时，环境温度也存在昼夜温差，因此修建初期的半刚性基层同时受干燥收缩和温度收缩的综合作用，必须注意养生。经过一段时间的养生，铺筑沥青面层后，基层内的相对湿度略有加大，使含水量趋于平衡，这时半刚性基层的变化以温度收缩为主。

四、石灰粉煤灰稳定碎石基层施工环节

1、配合比设计

在进行混合料配合比设计时各地方结合当地经验，石灰与粉煤灰的比例约为1:3到1:4，石灰粉煤灰与粒料的比例常采用20:80到15:85。根据经验这个比例的混合料既可以减少基层反射裂缝，还能有效减少沥青路面的车辙。在确定配合比的试验中，应把二灰经验配比当做中值，分别制作多组试件，按规定程序进行重型击实试验和强度试验。试件养生湿度为95%，温度为25℃±2℃，养生6天，第7天保水，试件为15cm×15cm（高×直径）的圆柱体。制作好的试件按下表强度要求进行检测。

石灰粉煤灰混合料7d无侧限抗压强度和压实度标准

2、拌合

混合料的拌和能力与混合料的摊铺能力应相匹配，以保证混合料施工现场摊铺施工的连续。为保证混合料质量应采用集中场拌法，正式拌和前应调试所有的拌和设备，拌和时混合料的配合比和含水量达到规定要求，混合料的拌和时间应不小于15s，使混合料能够充分拌和均匀。拌和后的混合料经过检测合格后才能用于施工现场。

天气炎热或运输路程较远含水率可适当增加1%左右，使混合料运至现场摊铺后碾压时的含水率接近最佳含水率。

3、运输

运输车辆数一定要满足拌和出料与摊铺数量需要，并略有富裕，拌成的混合料应尽快运送到铺筑现场，成品混合料在运输中应全程覆盖，以防止水分蒸发和减少粉尘污染。

现场应事先计算每平方米所需混合料的吨数，结合每辆运输车所运送的吨数，确定每辆车的纵横向卸料距离，并在路床上做好标记，并设专人按标记指挥车辆卸车。运输车辆禁止在作业面上急刹车、急转弯、掉头和超速行驶。

4、测量

测量对道路施工尤为重要，如出现错误会导致大量返工，道路基层测量首先应在验收合格的下承层上恢复中线，并在道路两侧边缘外设置指示桩，直线段应每15-20m设置一指示桩，平曲线段应每10-15m设一指示桩，指示桩上应用明显标记标出基层边缘的设计高程。

道路基层各部位的外形尺寸偏差见下表：

基层外形尺寸检查项目、频度和质量标准

5、摊铺

道路施工作业面较长，主要为机械化施工，现场施工前必须配备齐全的施工机械，做好开工前保养、试机工作，摊铺机的的选择应根据路面基层的宽度、厚度，参考摊铺机的参数确定。路面较宽时采用两台摊铺机梯队作业，并尽量使两台机型一样，以保证路面基层厚度一致，完整无缝，平整度好。

摊铺前应进行路槽开挖，可使用机械与人工配合，开挖完成后用12-15压路机碾压3--4遍，使路床达到规定压实度。路床碾压过程中，发现表层松散，宜适当洒水继续碾压，发现“弹簧”现象时，宜采用挖开晾晒、换土、掺石灰或水泥等措施处理。路床施工完成后检查压实度与弯沉值，符合要求后方可进行基层施工。

二灰碎石适宜的施工厚度范围是15-20cm，如设计厚度较大时应分层施工。无论分一层或两层均应按松铺系数一次摊铺，并仔细找平，石灰粉煤灰中、粗粒材料的松铺系数经验值为1.3至1.5，结合现场摊铺方式与混合料级配情况确定具体松铺系数。

6、整型

整形可采用推土机配合平地机，将混合料均匀的摊铺在预定的宽度上，表面应力求平整，并按规定的路拱摊铺。混合料经现场摊铺到达预定的松铺厚度时，应用推土机进行初整形，再用平地机精细整形，在直线段平地机由路边向路中进行刮平，在曲线超高段，平地机由内侧向外刮平。

混合料也可采用摊铺机直接摊铺整平，使用摊铺机时应注意摊铺能力与运输能力相协调，应尽量采用低速度摊铺，减少摊铺机停机待料的情况。对于无法使用摊铺机摊铺的超宽路段，应采用人工同步摊铺、修整，并同时碾压成型。在摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，局部多料或少料等情况，及时拆除局部粗集料堆积或离析部位，并用新拌混合料填补。对局部高程稍低的位置，严禁采用薄层贴补的方法，应下挖10-20cm拌和新料填至高程后方可碾压。摊铺时宜避免纵向接缝，分两幅摊铺时，纵向接缝处应加强碾压，存在纵向接缝时，纵缝应垂直相接，严禁斜接缝。

7、压实

首先选择压路机的吨位和台数与施工道路的规模匹配，碾压应分初压、复压、终压，严密组织各道碾压工序，缩短施工的延迟时间。混合料表面整形后应立即开始压实，混合料的压实含水率应控制在最佳含水率±1%的范围内。过大的含水量会导致后期干缩裂缝增加，过小的含水量也不利于石灰粉煤灰与水的化学反应形成强度，含水率低也起不到土颗粒间的润滑作用，不利于碾压密实。

每层最大压实厚度不大于20cm，以确保基层施工质量。碾压应遵循“先慢后快，先轻后重，先低后高，先静后震”的压实原则，直线段由两侧向路中心碾压，超高段由道路内侧向道路外侧碾压，碾压时轮记应重叠200mm-300mm轮宽，并跨缝碾压。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路上掉头或紧急制动，以保证碾压面不破坏。

采用钢轮压路机初压时，应先用轻型压路机稳压，宜采用双钢轮压路机稳压2-3遍，然后开始轻震动碾压，再用激振力大于35t的重型震动压路机、18-21t三轮压路机或25t以上的轮胎压路机继续碾压密实，最后采用双钢轮压路机碾压，碾压成型的表面应平整、无轮迹。路面两侧等薄弱位置应增加碾压遍数，在检查井、雨水口等难于使用压路机的部位应采用小型压实机具人工压实。在碾压过程中出现软弹现象时，应及时将该路段混合料挖出，重新换填新料。

应在现场碾压结束后及时检测压实度，取试样进行7d无侧限强度试验。道路弯沉试验应在养生7d后进行检测，不满足要求时，应返工处理。

8、养生

刚压实成型的二灰基层，在铺筑面层前，应至少在适宜条件下养生7天，养生条件主要是指温度和湿度，养生条件不同，其强度也有差异，当温度高时强度增长快，反之强度增长慢，在负温度下几乎不增长。养生方法可视具体情况采用洒水、薄膜覆盖、土工布覆盖、铺设湿砂、草帘覆盖、喷洒乳化沥青等方式。每天洒水次数应视气候而定，高温期应增加洒水遍数，使基层表面始终保持湿润。

养护期间除洒水车外，禁止其他车辆在完成面上通行。为合理安排工期，养生期间可以进行路缘石、雨水口砌筑、雨水连接管铺设及包封、提升检查井口等工作，但不能在基层表面堆放较重材料。

9、季节施工

冬季施工时无机结合料施工的最低温度应在5℃以上，并在第一次重冰冻（-5至-3℃）到来之前一个月完成。多年施工经验证明，温度较高的季节和潮湿状态下强度的形成比其他情况好的多，道路使用中很少损坏。如果必须在冬季施工应在采取向混合料中增加防冻剂、增加水泥、加大粗集料用量、降低含水率等措施增加混合料的早期强度。

雨期施工时要加强对天气的了解，避开雨天施工，混合料碾压前避免被雨水淋湿，雨季应缩短工作面长度，及时碾压当天成活。修压路床时要间隔设置排水沟，以利于雨水迅速排除，并储备足够的防汛物资等措施。

结论

通过对二灰稳定碎石基层的铺装施工的实践总结。该种材料具有水硬性，缓凝性，强度高，稳定性好，呈板体，且强度随龄期不断增加，抗水，抗冻，适应各种气候环境和水文地质等特点。因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。

但是其养护条件要求高，耐磨性差，在干燥或低温情况下易产生裂缝，施工过程中易扬尘，粉煤灰溶于水后污染地下水源，因此需做好防护工作，避免环境污染。

本文从实际出发，在总结了前辈对石灰粉煤灰碎石基层的基础上，结合了一些本人的实际工作经验，对道路基层施工提出了一些具体做法，希望有助于施工单位提高道路基层的施工质量。

参考文献

黄晓明 《路基路面》第四版

交通部 《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015