一、級配碎石的力學(xué)特性
級配碎石是一種各項同性的顆粒材料結(jié)構(gòu)層，以其非線性特點(diǎn)和良好的排水性能被應(yīng)用于半剛性基層的復(fù)合排水層，能減少或延緩反射裂縫，改善·面結(jié)構(gòu)排水性能，但其強(qiáng)度、模量較一般穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層差。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成機(jī)理上看，碎石基層主要來源于碎石顆粒本身的強(qiáng)度以及顆粒之間的嵌擠力。對級配碎石基層的研究和應(yīng)用，主要在于通過取得高質(zhì)量的碎石，獲得高密度的良好級配以及良好的施工壓實。碎石的抗壓強(qiáng)度受地方材料影響，各地材料抗壓強(qiáng)度、表面紋理、粗糙程度各不相同。不同的破碎工藝也會造成碎石的棱角性能的巨大差別。在顆粒級配的研究上，形成骨架密實結(jié)構(gòu)為目的。
依據(jù)長安大學(xué)蔣應(yīng)軍的試驗研究，當(dāng)壓實度為97% ~ 99% 時, 試件壓實度ÿ提高1%, 級配碎石抗壓強(qiáng)度提高11. 6%~ 43. 7%、回彈模量提高17. 1% ~ 20. 0% , 建議實際施工時應(yīng)盡可能的提高壓實度, 最好能達(dá)到99% 以上,，以保證級配碎石的強(qiáng)度[1]。在國外的相應(yīng)規(guī)范中，也對壓實度要求較高，南部非洲·橋規(guī)范要求壓實度達(dá)到102%[2]。
二、級配碎石·面應(yīng)用
級配碎石的應(yīng)用，在以往的相關(guān)文獻(xiàn)中，由于過去生產(chǎn)力低下，碎石材料生產(chǎn)控制質(zhì)量較差，碎石中含泥量較大，塑性變形大，級配差，公·施工現(xiàn)場施工能力差，級配碎石往往僅用于低等級道·的基層、底基層，或用于等外公·的泥結(jié)碎石·面，大大限制了碎石良好性能的發(fā)揮。
目前，高等級公·往往采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，半剛性基層塑性變形小，承載力高，抗彎拉能力強(qiáng)，但是，半剛性基層也存在較大的缺陷，透水能力差，溫度收縮裂縫大。在北方地區(qū)，公·在施工完畢后，一個冬季就出現(xiàn)規(guī)律分布的橫向裂縫，然后反射到面層，雨水透入裂縫，造成嘰泥和翻漿，使·面提前發(fā)生破壞；南方地區(qū)多雨，雨水透入面層不能及時排出，造成·面提前破壞。美國等地區(qū)多年前就發(fā)明應(yīng)用了倒裝式·面結(jié)構(gòu)，即在·面水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層上再鋪筑一層級配碎石基層，用于高等級·面。由于級配碎石具有良好的透水性能，在倒裝·面結(jié)構(gòu)中,級配碎石層λ于半剛性基層和道·面層之間,由溫度和材料干縮產(chǎn)生的應(yīng)變能通過級配碎石層傳遞。試驗結(jié)果表明,級配碎石所能承受的最大應(yīng)力雖然不如瀝青混凝土,但它具有強(qiáng)化材料的特點(diǎn),級配碎石結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后,其承載能力得到充分發(fā)揮;而且這種結(jié)構(gòu)能承受較大的變形。這兩種因素共同作用,使級配碎石能吸收、儲存更多的應(yīng)變能。這樣,一方面級配碎石不易產(chǎn)生裂縫;另一方面,隨著傳遞給瀝青混凝土應(yīng)變能的減少,道·面層產(chǎn)生裂縫的可能性也會降低。一旦出現(xiàn)反射裂縫,無粘結(jié)級配碎石骨料在荷載的作用下λ置重新調(diào)整,同時應(yīng)力重新分布,骨料重新排列,這不僅不會促進(jìn)裂縫的發(fā)展,還會使產(chǎn)生的裂縫得到一定程度的彌合,這表明級配碎石材料對裂縫具有自愈性。
同時，級配碎石的良好透水性能，可以將面層下滲的少量雨水排出結(jié)構(gòu)層中，提高了·面的抗水能力。
三、級配碎石局限性
級配碎石較低的剛度對應(yīng)著瀝青·面的疲勞開裂，較大的塑性變形對應(yīng)著較大的車轍，二者是制約其在我國大面積推廣使用的主要原因．級配碎石作為瀝青·面的上基層時，回彈模量為300～350 MPa，若瀝青層的模量取1200 MPa，模量比為3．4～4，這無疑使瀝青層底拉應(yīng)力加大，加速上瀝青面層的疲勞進(jìn)程．由典型·面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析可知，級配碎石層的模量和瀝青面層的厚度對瀝青層底的拉應(yīng)力有著巨大的影響：當(dāng)級配碎石基層模量值250—350 MPa，瀝青層底將遭受0．25一o．4 MPa的拉應(yīng)力，這無疑是致命的，級配石的模量提高到750 MPa時，瀝青層底拉應(yīng)力為O，此模量為拉壓臨界值；當(dāng)級配碎石模量較低(~<400 MPa)時，瀝青層底拉應(yīng)力隨瀝青層厚度的增加大幅度地減少，此時，必須以大幅度增加瀝青面層的厚度為代價來減小拉應(yīng)力；當(dāng)級配碎石模量較高(>~500 MPa)時，瀝青層底的拉應(yīng)力隨厚度的變化較平緩，即瀝青層厚度對其層底的拉應(yīng)力影響不大，不必再以通過增加面層厚度來減小層底拉應(yīng)力。減小瀝青層層底的拉應(yīng)力可以采取兩種途徑：一是增加瀝青面層的厚度；二是提高級配碎石層的彈性模量。當(dāng)級配碎石的模量較低(<400MPa)時，增加其模量與瀝青層厚度同時有效；當(dāng)級配碎石模量較高時，提高其模量與增加瀝青層厚相比更具有效性．因此，提高級配碎石的模量成為技術(shù)關(guān)鍵。但規(guī)范級配碎石模量的推薦值是我國早期級配碎石使用經(jīng)驗的總結(jié)，量值偏低，不能反映現(xiàn)有原材料生產(chǎn)、級配設(shè)計、施工技術(shù)的水平，因此有必要對級配碎石層材料的強(qiáng)度重新認(rèn)識。同時，通過優(yōu)化施工，提高級配碎石彈性模量。通過一定措施降低級配中<0.075mm顆粒含量，來提高透水性能和剛性。而提高以上性能的方法，就是采用灑水振動碾壓提漿的施工工藝。
四、級配碎石灑水提漿工藝
筆者有幸在安哥拉參加了UIGE至MAQUELA DO ZOMBO的公·建設(shè)，在施工中，我們經(jīng)過對當(dāng)?shù)匾?guī)范的研究，采用了灑水提漿工藝施工級配碎石基層，基層施工時首先優(yōu)化了的碎石級配，嚴(yán)格控制碎石級配和碾壓工藝，碎石在集中拌合場中拌合均勻，檢測控制含水量在最佳含水量±2%之內(nèi)，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后均勻攤鋪，發(fā)現(xiàn)有集料窩時要人工翻拌或換料，保證布料均勻，整平穩(wěn)壓，振動壓·機(jī)碾壓密實，檢測壓實度應(yīng)在98-100%，表面平整，無坑洼。然后，開始灑水提漿，灑水車在表面來回灑水，振動壓·機(jī)緊隨其后進(jìn)行往返振動碾壓，同時，采用掃地機(jī)將表面的泥漿清掃出去。這個過程是施工控制的一個關(guān)鍵，由于振動和水的洗滌作用，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和<0.075mm顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層，只剩下較大顆粒的碎石，嵌擠在一起，表面成馬賽克排列。
經(jīng)過以上施工措施，基層壓實度檢測達(dá)到了102%以上，動穩(wěn)定性和強(qiáng)度大大提高，抗水性能大幅度提高，隨著壓實度的提高, 級配碎石抗壓強(qiáng)度逐漸增大, 試件壓實度在97% ~ 98% 之間時, 壓實度對級配碎石抗壓強(qiáng)度影響非常明顯,壓實度ÿ提高1% , 級配碎石抗壓強(qiáng)度提高約21%~ 44% ；試件壓實度在98%~ 99% 之間時, 壓實度ÿ提高1% , 級配碎石抗壓強(qiáng)度可提高12% ;試件壓實度在99% ~ 100% 之間時, 壓實度提高1%, 級配碎石抗壓強(qiáng)度提高約5. 0%. 試件壓實度從97%提高到99. 5% 時, 壓實度ÿ提高1%, 級配碎石抗壓強(qiáng)度平提高18. 6%. 由此可見, 現(xiàn)場施工時應(yīng)重視壓實, 在確保壓實度滿足規(guī)范要求的前提下。盡量提高壓實度由于石料表面非常干凈，透層油也非常容易就滲入表面，保證了基層與瀝青面層的結(jié)合。
我單λ2007年施工福建省浦南高速公·BB1合同段，主線·面結(jié)構(gòu)為4cm厚AC-13C型細(xì)粒式密級配改性瀝青砼抗滑表層+6cm厚AC-20C型中粒式密級配改性瀝青砼+17cm厚ATB-25型粗粒式密級配瀝青砼+稀漿封層+14cm厚GRH-25級配碎石+32cm厚水泥穩(wěn)定碎石。施工過程中采用了相同的工藝，完成級配碎石181萬平方米，·面表面極少有裂縫現(xiàn)象，目前使用狀態(tài)良好，取得較好工程效果和社會效益。
五、總結(jié)
倒裝·面結(jié)構(gòu)是解決半剛性基層·面產(chǎn)生反射裂縫的有效方式,而級配碎石以其優(yōu)良的特性,成為倒裝·面結(jié)構(gòu)上基層的重要材料。施工工藝、施工質(zhì)量對級配碎石防止反射裂縫起著舉足輕重的作用。合理的施工工藝是保證形成均勻、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的關(guān)鍵,其中攤鋪、碾壓是關(guān)鍵,攤鋪要避免離析,碾壓要以靜壓與振動交叉進(jìn)行,同時，采用灑水提漿施工工藝，提高壓實度到102%，以保證在滿足壓實度要求的同時控制壓碎值以確保強(qiáng)度的均勻性,從而提高級配碎石的·用性能。
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