分析二灰碎石基层连续施工机理

二灰碎石作为道路工程中的半刚性基层，主要由石灰、粉煤灰、碎石集料按一定配合比拌和而成，它具有强度高、稳定性好的特点，是我国高等级公路常用的路面基层材料。针对粉煤灰路用特点,几十年来众多研究人员做了大量深入的研究工作，取得不同程度的研究成果，为粉煤灰在公路工程中的广泛应用打下了良好的基础。然而作为具有显著潜在活性的粉煤灰材料其路用特性仍有众多需探讨和研究的内容，如采用粉煤灰材料施工时，目前的规范要求成型后须养生一定时间之后再铺筑面层，这种要求是否唯一、必须，并没有通过理论上的深入验证。如果能够采用基层与面层连续施工或在尽可能短的时间里加铺面层的施工方法，一方面可加快施工进度、缩短工期，另一方面又能够进一步挖掘出二灰材料的独特性质，使粉煤灰在公路建设中发挥更大的作用。无忧论文网www.wypaper.com

所谓连续施工是在二灰碎石基层施工碾压结束之后，省略通常的养护过程，随即在较短的时间里铺筑沥青面层，达到缩短施工周期，提高工程效益的一种设想。通常基层碾压结束之后，要经历一定的养生时间再加铺沥青面层。《公路路面基层施工技术规范》5.7.中指出“石灰工业废渣稳定土碾压完成后的第二天或第三天开始养生”， “用沥青乳液和沥青下封层进行养生，养生期一般为7d”，“采用泡水养生法，养生期应14d”，而养生期间“应封闭交通”。显然这种做法是保证二灰基层能够更好的形成强度，避免其它交通工具或沥青面层滩铺时各种施工机具对基层结构的干扰损坏。因此，影响二灰基层和沥青面层连续施工的因素主要有两个：一是基层是否有足够的强度来抵御面层连续施工时机械对其结构的破坏；二是施工工艺的合理选择。前者是采用连续施工方法的基础，后者是保证施工效果的必要手段。

一、强度对连续施工的影响

任何车辆在路面上行驶，都会在所通过的路段对路面产生一系列的作用，包括整个车载产生的垂直压应力和在基层内产生的弯拉应力，以及行驶过程中由车轮推移产生的水平剪力等。应该说连续施工时施工机械产生的前两种作用力对基层的结构不会造成太大的消极影响,在基层结构强度还不是很高的初级阶段,这一过程一定程度上是对基层的进一步压实，对基层结构强度的形成起着积极的作用。只有行车车轮在基层表面产生的剪应力可能造成的顶面松散，是影响连续施工的关键所在。

根据库仑定律，材料抗剪强度（R）的大小用公式可以表示为：

R=c+σtgφ

此式表明影响抗剪强度的因素是材料的粘聚性（c）和材料颗粒的内摩阻力（φ），显然大量采用粗粒料的二灰碎石来说,由于粒料之间的嵌挤和咬合作用，一开始便具有了显著的内摩阻力，是产生初期抗剪强度的主要因素，但该摩阻力的大小基本是一定值，继续发展和增长的空间很小。对于不具备粘性的石灰和粉煤灰构成的混合料，它的原始粘聚力很小，初期对抗剪强度的形成没有什么贡献。所以要想使基层早期抗剪强度在原有的基础上有进一步的提高，就必须在提高二灰粘聚性上下功夫，而这一目的的实现只有通过实施有效手段（如提高温度、加入化学激发剂等）来强化二灰之间的反应程度和反应速度，依靠所谓的化学粘聚性——即形成一定的化学结构来实现。而评判这一过程的最直接的指标就是强度，这正是影响连续施工是否可行的第一个因素的原因所在。

能够提高二灰材料的早期强度的有效途径之一，是高温条件。从二灰材料最终强度形成的主要方式——火山灰反应的特点看，可将整个作用看成是一种复合的化学反应过程。依据阿仑尼乌斯的化学反应中温度（T）和反应速度常数（K）的关系式

lnk=-E/RT+lnZ

式中：R——是摩尔气体常数

Z——给定反应的常数，称为频率因子

E——活化能，系指活性分子所具有的最低能量与普通分子的平均能量之差（E=Eε-Em），随着温度的提高，该差值就越小

可知，随着温度提高，满足最低能量要求的分子数增加，化学反应的速度就将随之提高，通常每提高100C，反应速度将有数倍以上的增加。对于二灰材料来说，同样随温度的提高，其中的反应速度也在加快，相应形成的强度也就愈高，能够抵御车辆推移剪切的能力也就随之提升。夏季施工时，环境的实际温度有可能超过标准养生温度20~300C，平均温度也能达到300C以上，可见夏季的环境温度具备了使二灰基层材料火山灰反应速度加倍的条件，使标准状况下要求7d达到的强度会在很短的时间里即可形成，从而确保能够连续施工的基本条件。

除了利用夏季自然条件实现连续施工的目的之外，另一行之有效的途径是使用化学外掺剂的方法。根据粉煤灰与石灰作用的原理，可知只有充分促成粉煤灰颗粒中具有潜在活性的链状或网状SiO2、AL2O3的解聚和溶蚀，使更多的成分能够在很短的时间里发生火山灰反应，生成充足的水化硅酸钙、水化铝酸钙等多种凝胶物质，才能有效地确保二灰材料结构强度的形成。显然这一“重任”由石灰单独承担是无法胜任的，而化学外掺剂正好起到这一功能。能够加速火山灰反应，促进强度形成的最适宜的外掺剂是起碱性激发试剂和起盐激发的无机盐。如碱性试剂的氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等；常用的盐类激发剂有硫酸钠、氯化钙、硫酸钙（石膏）等。

通过外掺剂的使用，短时间内对二灰类材料强度提升的幅度很大，在夏季高温施工条件下是这样，在一般室温条件下同样也如此.下图是二灰比例为20:80在标准养护条件下早期强度发展规律。

由图中强度形成的程度明显看出外掺剂的使用及其有效地提高了二灰材料早期强度，两种外掺剂7d龄期的饱水抗压强度已是对照组的3~4倍。可以说，即使在一般的施工季节，只要使用外掺剂，就可以大幅度提高二灰材料的早期强度，从而为连续施工提供了新的机会。

毫无疑问，充分利用夏季高温并结合化学外掺剂的使用，为基层强度高速形成和发展提供一个有利的条件，是确保基层和面层连续施工的最有效的手段。

二、施工方法对连续施工的影响

从施工工艺的角度讨论连续施工的可行性，无非是期望施工机械对刚刚铺筑完成的基层尽可能不产生任何程度的破坏，有效保证基层的整体性。

当基层强度达到一定的程度，应该说现行的路面施工规范的具体操作程序基本上适用连续施工的要求。例如为加强面层和基层之间的粘接效果，应该在基层施工结束之后沥青混合料滩铺之前,喷洒一层透层油;为防止施工机械对基层顶面的破坏,要防止施工车辆运行过程中的急刹车、转向、掉头等不合理操作，如发现基层表面有松散现象，应及时人工修补或清理等。因此当采取特殊措施使基层强度达到较高状态时，遵循现行施工规范指定的操作方法和程序，应该说施工方法对连续施工不会造成太大的影响。