CN117430383A - 一种橡胶水泥稳定碎石混合料及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥稳定碎石领域，具体涉及一种橡胶水泥稳定碎石混合料，包括矿物集料、橡胶颗粒、水泥和水，所述橡胶颗粒的含量为所述矿物集料总质量的1％～3％，所述矿物集料为0～26.5mm粒径范围内的连续级配，所述矿物集料按照粒径大小由高到低分成12档；橡胶颗粒等体积替换2.36～9.5mm粒径范围内相同粒径的矿物原料；本发明还涉及上述橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法；本发明通过在水泥稳定碎石中加入橡胶颗粒，在确保其强度的基础上，可以增加水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，缓解路面各结构层刚度差异性，有效提高其抗裂性能，减少因基层开裂引起的路面反射裂缝，大幅降低路面全寿命周期的资源消耗与建养成本。

Description

一种橡胶水泥稳定碎石混合料及其施工方法
技术领域
本发明属于水泥稳定碎石技术领域，具体涉及一种橡胶水泥稳定碎石混合料及其施工方法。
背景技术
水泥稳定碎石是我国半刚性基层建设中最常用的无机结合料稳定材料。使用水泥稳定碎石作为基层材料，不仅能够有效地降低沥青面层的层底拉伸应力，还能够大幅降低路基顶部压缩应力，从而确保道路的稳固性。然而，由于半刚性基层的刚度过高，也带来了一系列严重的后果。一方面，水泥稳定碎石基层与沥青面层之间存在较大的模量差异，基层模量较高会增加沥青面层内的剪应力，易于引起路面车辙。另一方面，由于半刚性基层和路基之间的模量差异较大，导致相邻结构层的变形不均匀，这种情况会严重损害水泥稳定碎石基层的承载能力，导致基层底部产生应力集中，并且在长期的车辆荷载作用下容易出现疲劳裂纹，最终导致路面出现反射裂纹，从而大大降低了道路的耐久性。
水泥基材料韧性提升的有效手段之一是利用橡胶颗粒进行改性。废橡胶轮胎作为环境污染物，具有良好的弹性和较低的刚度模量，将橡胶颗粒应用于水泥基材料可以显著提高其韧性，将性能改善与环境效益相结合。通过借鉴废旧橡胶颗粒在水泥混凝土中应用，研究人员尝试将橡胶颗粒引入水泥稳定碎石中，以改善传统半刚性基层因刚度过大而导致路面长期服役性能不足的问题。橡胶水泥稳定碎石即是掺入了适量橡胶颗粒的水泥稳定碎石材料。橡胶颗粒在为水泥稳定碎石提供更高韧性的同时，对半刚性基层的承载能力也会产生一定的负面影响。
目前的研究结果，将橡胶粉用作水泥稳定碎石基层的技术仍然处于初级阶段，虽然不乏关于橡胶粒径、掺量等因素对水泥稳定碎石的性能影响研究，但是现有的研究多是以橡胶粉的添加量或是粒径为变量，考察橡胶粉对橡胶水泥稳定碎石性能的研究。如中国专利CN107777967A中，胶粉水泥稳定碎石混合料中包括有0.3～0.5重量份的路用废轮胎胶粉颗粒，所述路用废轮胎胶粉颗粒粒径为425μm～250μm，即40目～60目。
粗集料、细集料和矿粉按照一定比例搭配，能够获得较高的密实度，减少集料间的空隙率以及节约水泥用量，这种搭配比例被称为级配。橡胶颗粒的掺量、粒径、级配、密度、力学性能及掺配方式等对橡胶水泥稳定碎石的性能均有很大影响。但是，前人的研究多考虑橡胶粉添加量的影响，并未考虑橡胶颗粒加入后对原有水泥稳定碎石集料体积级配的影响。橡胶密度与集料密度存在较大差异，集料密度约为橡胶密度的2.4倍，如果以等质量的橡胶替换集料，将会导致混合料体积膨胀，改变原始的体积级配，破坏混合料内部的嵌挤结构，可能会导致空隙率变大,导致混凝土不密实,甚至会导致橡胶水泥稳定碎石级配不合格，影响橡胶水泥稳定碎石基层的性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种增韧性、抗裂性、耐久性强的橡胶水泥稳定碎石混合料及其施工方法，以相同粒径的橡胶颗粒等体积替换同粒径的集料，制备持强增韧型橡胶水泥稳定碎石基层材料，可以有效避免细集料的过度替换，同时防止不同粒径集料的替换率出现较大差异。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种橡胶水泥稳定碎石混合料，包括矿物集料、橡胶颗粒、水泥和水，所述橡胶颗粒的含量为所述矿物集料总质量的1％～3％，所述水泥含量为所述矿物集料总质量的4％～5％，所述水的含量为所述矿物集料总质量的4.4％～5.6％；所述矿物集料为0～26.5mm粒径范围内的连续级配，所述矿物集料按照粒径大小由高到低分成12档；橡胶颗粒替换部分矿物原料，橡胶颗粒等体积替换2.36～9.5mm粒径范围内相同粒径的矿物原料。
进一步的，所述矿物集料的12档按照粒径大小由高到低依次为19～26.5mm、16～19mm、13.2～16mm、9.5～13.2mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm、0.075～0.15mm、0～0.075mm；所述矿物集料0.075mm筛孔通过率为3.5％，0.15mm筛孔通过率为5％，0.3mm筛孔通过率为7.5％，0.6筛孔通过率为11.5％，1.18mm筛孔通过率为17.5％，2.36mm筛孔通过率为26.5％，4.75mm筛孔通过率为40％，9.5mm筛孔通过率为57.5％，13.2mm筛孔通过率为68.5％，16mm筛孔通过率为76％，19mm筛孔通过率为84％，26.5mm筛孔通过率为100％。
进一步的，采用4.75～9.5mm或2.36～4.75mm的橡胶颗粒同体积替代同档位的所述矿物集料。
进一步的，记橡胶颗粒掺量为所述矿物集料总质量为X，被替换的矿物集料质量为MA，则两者之间存在如下关系：
式中，X为橡胶掺量；ρA为集料密度(kg/m3)；ρR为橡胶密度(kg/m3)；MR为橡胶质量(kg)；M为集料总质量(kg)；MA为被替换的集料质量(kg)。
进一步的，取橡胶颗粒密度为1100kg/m3，集料密度为2664kg/m3，橡胶颗粒掺量X为所述矿物集料总质量的1.1％，由式(1)、式(2)得出，被替换的矿物集料质量MA为集料总质量的2.7％。
进一步的，所述水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；所述矿物集料碎石的压碎值不大于22％，级配良好且有机质含量不得超过2％，针片状颗粒含量不应超过18％，石料质地坚韧，无杂质，颗粒级配符合要求；矿物集料的密度大致为2.6～2.8g/cm3。
进一步的，所述橡胶颗粒粒径范围为2.36～4.75mm，密度为1.10～1.13g/cm3。
本发明还提出了一种橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法，包括以下步骤：
配合比设计：根据前述要求的各原料配合比，设计混合料中各原料的质量；
混合料拌合：将水稳混合料投入到振动拌合机内拌合均匀；
混合料运输：按照五步装料法分堆装料，减少混合料离析；料车采用双层篷布覆盖；运料车到达现场后等本车混合料摊铺完后靠近摊铺车，卸料的同时随着摊铺机一同前进；在摊铺过程中，混合料运输车辆上覆盖的蓬布不得掀开，直至摊铺结束；
混合料摊铺：
摊铺前，对清理干净的底基层表面洒水湿润，之后对底基层表面喷洒水泥净浆，按水泥质量计不少于1.0～1.5kg/m2；水泥净浆采用水泥净浆洒布车，水灰比控制1:0.75，水泥净浆洒布车速度按照5km/h控制，下基层全断面喷洒，洒布长度以不大于摊铺机前30m～40m控制；
摊铺时，根据作业面宽度，采用一台或两台同型号摊铺机，前后相距5m～10m阶梯式联合摊铺作业，摊铺速度、振动频率要保持基本一致；摊铺宽度与先摊铺层搭接10cm～20cm，以保证两次摊铺接缝处的紧密；每台摊铺机边部安装水泥注浆机，摊铺机一边摊铺，注浆机一边对两侧钢模边部的混合料进行水泥注浆；
混合料碾压：每台摊铺机后面，紧跟振动压路机和轮胎压路机进行碾压，碾压程序为先轻后重、由边向中、由低至高、由内到外的压实方法；按照初压、复压、终压的顺序进行碾压；
封闭养生：每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生，养生期不少于7天；用土工布覆盖，洒水车洒水，并在整个养生期间保持湿润状态；养生结束后，必须将覆盖物清除干净。
进一步的，混合料中的矿物集料分为1#料、2#料、3#料、4#料、5#料；1#料粒径为19～26.5mm档位的矿物原料，2#料包括9.5～19mm的三个档位的矿物原料，3#料为4.75～9.5mm档位的矿物原料，4#料为2.36～4.75mm档位的矿物原料，5#料为0～2.36mm档位的矿物原料；矿物原料拌和时，先将3#料或4#料与橡胶颗粒进行预拌混合后，再与其他矿物原料混合。
进一步的，混合料碾压步骤中，初压用一台双钢轮压路机紧跟碾压两遍，每次碾压长度控制在50～80m，碾压速度易控制在1.5～1.7km/h；复压采用三台单钢轮振动压路机进行压实，每台压路机压实两遍，共计压实六遍，压实速率易控制在1.8～2.2km/h；终压采用一台胶轮压路机，采用静压的模式压实两遍，压实速率易控制在1.8～2.2km/h；最后用双钢轮压路机进行整平；压路机碾压时重叠1/3轮宽。
本发明的有益效果是：
本发明以同体积置换为原则进行橡胶颗粒的添加，对2.3～9.5mm粒径范围内的集料采用同档位同体积的橡胶颗粒替换，避免引起小粒径集料的替换率过大甚至超量替换，能够避免水泥稳定碎石混合料体积膨胀，保持水泥稳定碎石混合料原始的体积级配不变；
通过在水泥稳定碎石中加入橡胶颗粒，在确保其强度的基础上，可以增加水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，即可以达到“持强增韧”的效果，缓解路面各结构层刚度差异性，有效提高其抗裂性能，减少因基层开裂引起的路面反射裂缝，成倍延长路面整体结构的使用寿命与大中修周期，大幅降低路面全寿命周期的资源消耗与建养成本；
本发明提高了废橡胶轮胎利用率，减少废橡胶轮胎环境污染，并且成倍延长了路面整体结构的使用寿命与大中修周期，大幅降低了路面全寿命周期的资源消耗与建养成本，产生了巨大的经济效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明使用的橡胶颗粒的照片。
图2为本发明实施例中矿物集料的级配曲线。
图3为本发明实施例的施工工艺流程图。
图4为本发明实施例的橡胶水泥稳定碎石基层完整芯样。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种橡胶水泥稳定碎石混合料，包括矿物集料、橡胶颗粒、水泥和水，所述橡胶颗粒的含量为所述矿物集料总质量的1％～3％，所述水泥含量为所述矿物集料总质量的4％～5％，所述水的含量为所述矿物集料总质量的4.4％～5.6％；所述矿物集料为0～26.5mm粒径范围内的连续级配，所述矿物集料按照粒径大小由高到低分成12档；所述矿物集料的级配曲线如图2所示；
所述矿物集料的12档按照粒径大小由高到低依次为19～26.5mm、16～19mm、13.2～16mm、9.5～13.2mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm、0.075～0.15mm、0～0.075mm；橡胶颗粒替换部分矿物原料，橡胶颗粒等体积替换2.36～9.5mm粒径范围内相同粒径的矿物原料，具体的，采用4.75～9.5mm或2.36～4.75mm的橡胶颗粒同体积替代同档位的所述矿物集料，级配曲线如图2所示。
进一步的，矿物集料的密度大致为2.6～2.8g/cm3，橡胶的密度1.10～1.13g/cm3，密度的差异导致橡胶与集料之间的替换比例就不能简单地以等质量比例来表征；记橡胶颗粒掺量为所述矿物集料总质量为X，被替换的矿物集料质量为MA，则两者之间存在如下关系：
式中，X为橡胶掺量；ρA为集料密度(kg/m3)；ρR为橡胶密度(kg/m3)；MR为橡胶质量(kg)；M为集料总质量(kg)；MA为被替换的集料质量(kg)；
橡胶颗粒的替换按式(1)计算所需添加橡胶颗粒的质量，然后根据式(2)计算被替换的集料用量。
进一步的，取橡胶颗粒密度为1100kg/m3，集料密度为2664kg/m3，橡胶颗粒掺量X为所述矿物集料总质量的1％、3％，由式(1)、式(2)得出，被替换的矿物集料质量MA为集料总质量的2.4％、7.3％。
进一步的，取橡胶颗粒密度为1100kg/m3，集料密度为2664kg/m3，橡胶颗粒掺量X为所述矿物集料总质量的1.1％，由式(1)、式(2)得出，被替换的矿物集料质量MA为集料总质量的2.7％；这意味着用1.1％的橡胶代替2.7％的相同尺寸的骨料可以确保混合物的体积相同；所以在施工时，加入1.1％的橡胶的同时减少2.36～4.75mm的矿物集料。
所述水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；本实施例采用的水泥由株洲华新水泥有限公司提供，其标号为42.5，该水泥的各项物理力学指标均符合《道路硅酸盐水泥》(GB1369-2005)的要求。
所述矿物集料碎石的压碎值不大于22％，级配良好且有机质含量不得超过2％，针片状颗粒含量不应超过18％，石料质地坚韧，无杂质，颗粒级配符合要求；矿物集料包括粗集料和细集料，不同粒径矿物集料的密度基本相同，大致为2.6～2.8g/cm3；质量比例近似等于体积比例；粗集料通常依靠嵌挤锁结作用在混合料中充当骨架，相比依靠水泥与粗集料共同提供强度的水泥混凝土，水泥剂量较低的水泥稳定碎石只能依赖粗集料的骨架结构形成强度。本研究选用玄武岩机械破碎加工而成的碎石作为粗集料，按粒径将其分为三档，各档粒径范围分别为4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm，各档粗集料颗粒表面光滑、棱角分明，与水泥浆体结合效果良好；细集料包括天然砂及人工砂，在混合料中主要起填充作用，可填补粗集料之间的空隙；本实施例选用石灰岩机制砂作为细集料，粒径范围为0～4.75mm；此外，由于0.075mm以下的集料含有大量泥土及粉尘杂质，因此选用S95矿粉作为0.075mm以下的细集料；粗集料的各项技术指标如表1所示；细集料的各项技术指标如表2所示。
表1粗集料技术指标
表2细集料技术指标
指标 技术要求 试验结果 单位
有机质 ≤2 0.6 ％
硫酸盐含量 ≤0.25 0.17 ％
0.075mm以下材料的塑性指标 ≤17 9 —
进一步的，为了精确控制混合料的合成级配，将所有集料进行精细筛分，矿料合成级配与规范(公路路面基层施工技术细则(JTG/T F20-2015))要求的级配中值重合，得到的设计级配如表3，级配曲线如图2。
各档粒径的集料所占比例见表4，可知，4.75～9.5mm档位的矿物集料的占比为17.5％，2.36～4.75mm档位的矿物集料的占比为13.5％，本发明中的橡胶颗粒的用量为矿物集料总质量的1％～3％，需同档位等粒径替换2.4％～7.3％的矿物集料，4.75～9.5mm档位、2.36～4.75mm档位的集料占比均大于7.3％，因此，橡胶颗粒替换后混合料中不同粒径颗粒的体积级配将与矿质混合料保持一致，原始级配不发生改变，不会发生小粒径集料的替换率过大甚至超量替换的问题；优选的，由于4.75～9.5mm属于传统设计中的粗集料范畴，主要起到的是传递荷载受力的目的，如果过多的将橡胶替换这一档的集料，可能会导致橡胶稳定碎石基层内部应力集中而影响成型，因此，采用2.36～4.75mm的橡胶颗粒同体积替换2.36～4.75mm档位的矿物集料，以保证橡胶水泥稳定碎石的强度；优选的，为确保替换后2.36～4.75mm档位的矿物集料剩余料不小于一半，橡胶颗粒的掺量为矿物集料的总质量的1％～2.47％。
表3橡胶水泥稳定碎石的矿质混合料级配表
表4各档粒径的矿物集料所占比例
集料尺寸mm 所占比例％
19-26.5 16
16-19 8
13.2-16 7.5
9.5-13.2 11
4.75-9.5 17.5
2.36-4.75 13.5
1.18-2.36 9
0.6-1.18 6
0.3-0.6 4
0.15-0.3 2.5
0.075-0.15 1.5
0-0.075 3.5
本发明中，用作掺合料的橡胶由废旧轮胎制成；废旧轮胎橡胶的加工可以通过深冷技术或常温机械粉碎实现；深冷技术是指用液氮将废旧轮胎冷却至-87～-198℃，以克服橡胶聚合物的玻璃化转变温度，然后将其引入具有高冲击能的锤式粉碎机进行加工的过程；常温下的机械粉碎主要是通过切割操作将废旧轮胎粉碎成尺寸更小的橡胶颗粒；本实施例中的橡胶颗粒直接从1688网站采购，店铺名为灵寿县悦泰矿产品加工厂。本发明中所是使用的橡胶颗粒的粒径范围为2.36～9.5mm，橡胶颗粒照片见图1，橡胶颗粒的技术指标见表5。
表5橡胶颗粒基本性能指标
指标 试验结果 标准 单位
密度 1.11 1.10-1.13 g.cm-3
丙酮提取物含量 13.3 ≤15 ％
水分 0.96 ≤1.0 ％
灰分 9.2 ≥10 ％
拉伸强度 6.2 ≥4.5 MPa
断裂伸长率 860 ≥510 ％
水泥作为一种典型的水硬性无机胶凝材料，必须与水发生水化反应方能形成强度，将松散的集料粘聚成整体。本发明采用自来水作为橡胶水泥稳定碎石基层材料的拌合及养生用水，各项指标如表6所示。
表6水的技术要求
指标 技术要求 试验结果 单位
PH值 ≥4.5 6.76 —
Cl-含量 ≤3500 127 mg/L
SO4 2-含量 2700 329 mg/L
碱含量 1500 0 mg/L
可溶物含量 10000 422 mg/L
不溶物含量 5000 169 mg/L
其他杂质 不应有漂浮的油脂和泡沫及明显的颜色和异味 无 —
水泥作为一种典型的水硬性无机胶凝材料，必须与水发生水化反应方能形成强度，将松散的集料粘聚成整体；本研究采用自来水作为水泥稳定碎石半刚性基层材料的拌合及养生用水，各项指标如表6所示。
在水泥稳定碎石中加入橡胶颗粒，增加水泥稳定碎石半刚性基层材料韧性的原理是：水泥稳定碎石因为其材料本身的特性，水泥在凝结硬化过程中产生收缩，导致水泥稳定材料容易产生收缩裂缝；同时，由于路基与基层之间的模量差异，荷载作用下层与层之间变形不协调，基层容易产生应力集中，导致在车辆荷载的反复作用下产生疲劳裂缝，进而引起路面的反射裂缝，严重影响路面的耐久性；橡胶颗粒作为变形性能较好的材料，可以改善水泥基材料的收缩性能，提高其变形能力。
通过将橡胶颗粒引入水泥稳定碎石，改善了水泥稳定碎石的延性行为，并减少了基层开裂，增加了水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，橡胶颗粒能够吸收裂纹尖端的能量，同时能够延长裂纹的路径，从而提高水泥稳定碎石材料的吸能能力，有效提升其抗裂性能，减少由基层开裂引起的路面反射裂缝，大大延长路面整体结构的使用寿命和大中修周期，降低路面全寿命周期的资源消耗和建养成本，同时也有效减少了对环境的污染，具有显著的经济和环保效益。
如图3所示，本发明还提出了一种橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、配合比设计：根据前述要求的各原料配合比，设计混合料中各原料的质量；
步骤二、混合料拌合：为了控制混合料质量，拌合前需要对不同批次的橡胶颗粒及水泥进行检验，并根据检验结果对实验室配合比进行微调，并进行击实试验、强度试验和收缩试验；复核集料的级配是否符合要求，如不符合要求，应重新确定各种集料的掺配比例，并据此下达生产配比；加水量应由所用风化砂及石子的实际含水量和试验室所确定的混合料最佳含水量等具体情况确定，拌合好的混合料应颜色一致，无成团结块及离析现象；
将水稳混合料投入到振动拌合机内拌合均匀；具体的，混合料中的集物原料分为1#料、2#料、3#料、4#料、5#料；1#料粒径为19～26.5mm档位的矿物原料，2#料包括9.5～19mm的三个档位的矿物原料，3#料为4.75～9.5mm档位的矿物原料，4#料为2.36～4.75mm档位的矿物原料，5#料为0～2.36mm档位的矿物原料；矿物原料拌和时，先将3#料或4#料与橡胶颗粒进行预拌混合后，再与其他矿物原料混合；优选的，先将4#料与胶粉进行预先拌和，采用装载机拌和三遍然后采用挖机拌和两遍直至拌匀；拌和设备产量宜大于600t/h的振动拌和设备；宜需配备5个集料斗，宜配备2～3个100t的水泥钢制罐仓，仓内配有水泥破拱器，能够保证水稳混合料拌和生产；拌合机生产时需确定各种按生产配合比确定的材料用量参数，并设置好拌合时间等工艺参数；
步骤三、混合料运输：按照五步装料法分堆装料，减少混合料离析；料车采用双层篷布覆盖，防止水分蒸发；运料车到达现场后等本车混合料摊铺完后靠近摊铺车，卸料的同时随着摊铺机一同前进；在摊铺过程中，混合料运输车辆上覆盖的蓬布不得掀开，直至摊铺结束，以减少水分散失，保持水分均匀性；混合料摊铺：摊铺前，对清理干净的底基层表面洒水湿润，之后对底基层表面喷洒水泥净浆，按水泥质量计不少于1.0～1.5kg/m2；水泥净浆采用水泥净浆洒布车，水灰比控制1:0.75，水泥净浆洒布车速度按照5km/h控制，下基层全断面喷洒，洒布长度以不大于摊铺机前30m～40m控制；
运料车在已完成的铺筑层表面上行使时，采取均匀限速行驶，以减少不均匀碾压形成车辙，确保下承层不受破坏；特别注意运输车辆在往料斗卸料时，应空档停于摊铺机前20cm～30cm，由摊铺机推其前进，严禁车辆后倒时碰撞摊铺机；
步骤四、混合料摊铺：
1)在橡胶水泥稳定基层铺筑前，清除作业面表面的杂物、积水及被污染处，使其保持表面洁净，清理干净后对底基层表面洒水湿润，不留有花白地面；之后对底基层表面喷洒水泥净浆，按水泥质量计不少于(1.0～1.5)kg/m2；水泥净浆采用水泥净浆洒布车，水灰比控制1:0.75，水泥净浆洒布车速度按照5km/h控制，下基层全断面喷洒，水泥净浆确保洒布均匀，洒布长度以不大于摊铺机前30m～40m控制；
2)根据作业面宽度，采用一台或两台同型号摊铺机，前后相距5m～10m阶梯式联合摊铺作业，摊铺速度、振动频率要保持基本一致；摊铺宽度与先摊铺层搭接10cm～20cm，以保证两次摊铺接缝处的紧密；具体的，本实施例中基层试铺段摊铺宽度为12米，摊铺按照行车方向施工，采用两台摊铺机摊铺，摊铺机拼装宽度为6.25米和6.0米；前台摊铺机拼装宽度为6.25米，在中分带侧先行摊铺，后台摊铺机拼装宽度为6米，靠紧路肩随前台摊铺机摊铺，在方便操作的情况下，尽可能缩短两台摊铺机之间距离；两台同种型号摊铺机设置参数一致：振捣夯锤振设置30％(可以保证初始压实度达到80％)保持摊铺行走速度一致、摊铺厚度一致、路拱坡度一致、摊铺平整度一致、接缝平整；施工过程中安排专人检查；摊铺机一般使用2台相同型号、新旧程度基本一致、单机功率125kw以上的沥青混凝土摊铺机或稳定土摊铺机；
3)根据试验段施工确定松铺系数，在摊铺前，按松铺系数调整好摊铺机；施工中要派专人清除自卸车倒料时倾洒的混合料、负责搭接处的中缝的平顺及负责消除局部料“窝”，并用新拌混合料填筑；在摊铺现场，试验人员随时做混和料的含水量试验，并把试验结果及时反馈到拌合站，以便拌合站及时做出相应的调整；本实施例中，摊铺机起步标高按照1.38～1.40的松铺系数，放置25cm垫块，现场采用摊铺机起步垫木块调节，施工过程采用钢钎插入法随机检查，保证设计厚度和高程；
4)摊铺机就位后，则可受料开铺；摊铺前适当压料，第一台摊铺机开机缓慢起步，摊铺速度控制在不大于1m/min，向前摊铺5m～10m，第二台摊铺机就位摊铺，尽量缩短二台摊铺机之间的距离；施工中，摊铺速度控制在1.5m/min，保持每台摊铺机前2～3辆运料车在摊铺机前待铺，杜绝停机待料；每台摊铺机边部安装水泥注浆机，摊铺机一边摊铺，注浆机一边对两侧钢模边部的水稳进行水泥注浆，确保边部更好的成型；
步骤五、混合料碾压：每台摊铺机后面，应紧跟振动压路机和轮胎压路机进行碾压，确保在接近或略高于最佳含水量时碾压施工过程中，碾压程序为先轻后重，由边向中，由低至高，由内到外的压实方法；压实分初压、复压和终压三个阶段，每段碾压长度呈阶梯形逐渐向前推进，使折回处不在同一横断面上，压路机以紧跟摊铺机为宜，整个碾压过程连续进行；
碾压时设置专人负责的碾压牌(初压、复压、终压)，遵循稳压→轻振动碾压(高频率、低振幅)→重振动碾压(低频率、高振幅)→胶轮稳压的程序，碾压工艺见表7；初压用一台双钢轮压路机紧跟碾压两遍，每次碾压长度控制在50m～80m，碾压速度易控制在1.5km/h～1.7km/h；第一遍稳压时，倒车后要尽量原路返回，换档位置应在已压好的段落上，在未碾压的一端换档倒车位置应错开成齿状；复压采用三台单钢轮振动压路机进行压实，每台压路机压实两遍，共计压实六遍，压实速率易控制在1.8km/h～2.2km/h；终压采用一台胶轮压路机，采用静压的模式压实两遍，压实速率易控制在1.8km/h～2.2km/h；最后用双钢轮压路机进行整平；压路机碾压时重叠1/3轮宽，后轮必须超过两段的接缝处；压路机全部采用无级变速行驶，自然停车，不得急踩刹车，防止拉动底基层表面；碾压时不漏压、超压、随意掉头、打方向等；做到表面平整密实，无浮石、弹簧现象，压至无轮迹为止；碾压过程中，跟踪检查压实度，并记录碾压方式和碾压遍数；碾压完成后用灌砂法检测压实度；碾压步骤中可使用2～3台激振力大于35t的重型振动压路机，2台30吨以上的重型轮胎压路机，1台工作质量13t以上的双钢轮压路机，2台振动夯；
表7碾压工艺
加入橡胶之后，橡胶水泥稳定碎石的密度会有不同程度的下降；而且，由于橡胶颗粒的阻尼作用，压实过程中橡胶颗粒会吸收部分能量，压实功减小；故为了达到规范压实度的要求(98％)，本施工方法中需采用多次碾压的方式控制施工质量；
步骤六、封闭养生：每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生；用土工布覆盖，洒水车洒水，并在整个养生期间保持湿润状态，不得用湿粘土覆盖；在养生期间未采用覆盖措施的，除洒水车外，应封闭交通；在采用覆盖措施的橡胶水泥稳定碎石层上，不能封闭交通时，应限制重车通行，其他车辆的车速不应超过30km/h，不得急刹车；用洒水车洒水养生时，基层养生期不少于7天，在养生期间应始终保持橡胶水泥稳定碎石表面处于潮湿状态，防止其干裂；洒水车的喷头要用喷雾式，以免破坏基层结构；每天洒水次数应视气候而定，整个养生期间应始终保持稳定层表面湿润；假如下基层分段摊铺和碾压密实后，第二天不能摊铺上基层，宜养生7天后铺筑上基层，在铺筑上基层之前，应始终保持下基层表面湿润；养生期内，如遇到气温低于5℃以下时不得洒水养生，应采用土工布覆盖保温；养生结束后，必须将覆盖物清除干净；
步骤七、施工质量检验：水泥稳定碎石混合料在正式开工前，必须铺筑200m～300m试验路段，进行水泥稳定碎石混合料的试拌、试铺和试压试验，并据此制订正式的施工程序，以确保良好的施工质量和路面施工的顺利进行；橡胶水泥稳定碎石试验段施工质量检验项目包括橡胶水泥稳定碎石下基层压实度检测、橡胶水泥稳定碎石下基层平整度检测、橡胶水泥稳定碎石下基层弯沉检测、橡胶水泥稳定碎石强度检测；是施工质量控制所遵循的规范和标准包括《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG 3420-2020)、公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)、《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)、《公路工程质量检验评定技术标准》(JTG F80/1-2017)。
在一个具体示例中，橡胶颗粒的掺杂量为占矿物集料总质量的1.1％，水泥用量为4.5％，施工采用4.4％的最佳含水量控制，由于摊铺运距远且气温较高时，适当增加含水量至5.4％；
施工质量检验结果为：
(1)橡胶水泥稳定碎石下基层压实度检测
在运料车上进行取料，用取的料打标准室内击实试件，作为试验室标准密度；标准击实试验测得，最大干密度为2.397g/cm3,最佳含水率为4.4％；对相应的摊铺段具有代表性的点位(摊铺交界处、行车道、超车道等)进行灌砂法试验，测试橡胶水泥稳定碎石下基层压实度，测试结果如表8所示；现场压实度取样测试11处，压实度均大于等于98％，测试合格率100％。
表8橡胶水泥稳定碎石下基层压实度检测结果
(2)橡胶水泥稳定碎石下基层平整度检测
表9橡胶水泥稳定碎石基层平整度
表10普通水泥稳定碎石基层平整度
为了对比分析橡胶水泥稳定碎石表面与其正常路段的基层路面质量，在摊铺养生后的对试验段进行平整度了检测，以此对比分析橡胶水泥稳定碎石基层与普通水泥稳定碎石基层的平整度情况，对施工过程质量进行控制；普通水泥稳定碎石混合料除了未掺杂橡胶颗粒外，其他原料的用量和级配保持与本实施例中的橡胶水泥稳定碎石混合料一致；
现场橡胶水泥稳定碎石基层和普通水泥稳定碎石基层平整度均随机测试4处，检测结果如表7和8所示，平整度值均小于等于8，测试合格率100％。
(3)橡胶水泥稳定碎石下基层弯沉检测
路面弯沉是路面在垂直荷载作用下产生的垂直变形；一般认为，路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也比较方便；因此，在橡胶水泥稳定碎石基层施工结束养生7d后用贝克曼梁测试基层回弹弯沉，以评价其承载能力；弯沉检测数据见表11；根据表11可知，橡胶水泥稳定碎石基层回弹弯沉平均值3.95(0.01mm)，代表值3.82(0.01mm)，满足规范要求(≤0.2mm)。
表11弯沉检测数据
(4)橡胶水泥稳定碎石强度检测
表12水泥稳定碎石强度表
根据《公路路面基层施工技术细则》(ITG/TF20-2015)，本项目水泥稳定碎石基层设计为重载交通路段，水泥稳定碎石材料的7d龄期无侧限抗压强度设计为4.0～6.0Mpa。本发明的普通水泥稳定碎石和橡胶水泥稳定碎石强度检测包括钻芯取样和室内制样。
为验证橡胶水泥稳定碎石铺筑路段的实体质量，在施工养生7d进行现场取芯试验，橡胶水泥稳定碎石完整芯样如图4所示，所取出芯样完整、密实、无离析，并对所取出芯样进行了切割和抗压强度试验，本路段所取出的芯样抗压强度平均值为6.5Mpa，满足规范要求。
综上所述，施工完成后，通过检测橡胶水泥稳定碎石基层的压实度、平整度、弯沉、无侧限抗压强度，可知橡胶水泥稳定碎石的各指标均满足规范要求。
应用实例一
中铁四局一分公司蒲烟高速公路07工区一分部在延长高速大蒲柴河至烟筒山段工程中采用了本发明的施工方法施工，实现了基层模量可调可设计的功能，能显著改善路面各结构层的受力状态，成倍延长路面整体结构的使用寿命与大中修周期，大幅降低路面全寿命周期的资源消耗与建养成本；采用本工法施工，状况良好，没有病害产生。
应用实例二
中铁四局集团第一工程有限公司京哈高速沈山改扩建工程第九合同段项目经理部三分部在京哈高速沈山改扩建工程采用了本工法施工，将废旧橡胶颗粒等粒径等体积替换水泥稳定碎石中的集料，大幅提升半刚性基层的韧性，缓解路面各结构层刚度差异性，有效提高其抗裂性能，减少因基层开裂引起的路面反射裂缝；从建成通车后的使用情况来看，基层整体性能良好，未产生病害。
可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：包括矿物集料、橡胶颗粒、水泥和水，所述橡胶颗粒的含量为所述矿物集料总质量的1％～3％，所述水泥含量为所述矿物集料总质量的4％～5％，所述水的含量为所述矿物集料总质量的4.4％～5.6％；所述矿物集料为0～26.5mm粒径范围内的连续级配，所述矿物集料按照粒径大小由高到低分成12档；橡胶颗粒替换部分矿物原料，橡胶颗粒等体积替换2.36～9.5mm粒径范围内相同粒径的矿物原料。
2.根据权利要求1所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：所述矿物集料的12档按照粒径大小由高到低依次为19～26.5mm、16～19mm、13.2～16mm、9.5～13.2mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.6～1.18mm、0.3～0.6mm、0.15～0.3mm、0.075～0.15mm、0～0.075mm；所述矿物集料0.075mm筛孔通过率为3.5％，0.15mm筛孔通过率为5％，0.3mm筛孔通过率为7.5％，0.6筛孔通过率为11.5％，1.18mm筛孔通过率为17.5％，2.36mm筛孔通过率为26.5％，4.75mm筛孔通过率为40％，9.5mm筛孔通过率为57.5％，13.2mm筛孔通过率为68.5％，16mm筛孔通过率为76％，19mm筛孔通过率为84％，26.5mm筛孔通过率为100％。
3.根据权利要求2所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：采用4.75～9.5mm或2.36～4.75mm的橡胶颗粒同体积替代同档位的所述矿物集料。
4.根据权利要求1所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：记橡胶颗粒掺量为所述矿物集料总质量为X，被替换的矿物集料质量为MA，则两者之间存在如下关系：
式中，X为橡胶掺量；ρA为集料密度(kg/m3)；ρR为橡胶密度(kg/m3)；MR为橡胶质量(kg)；M为集料总质量(kg)；MA为被替换的集料质量(kg)。
5.根据权利要求4所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：取橡胶颗粒密度为1100kg/m3，集料密度为2664kg/m3，橡胶颗粒掺量X为所述矿物集料总质量的1.1％，由式(1)、式(2)得出，被替换的矿物集料质量MA为集料总质量的2.7％。
6.根据权利要求1所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：所述水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；所述矿物集料碎石的压碎值不大于22％，级配良好且有机质含量不得超过2％，针片状颗粒含量不应超过18％，石料质地坚韧，无杂质，颗粒级配符合要求；矿物集料的密度大致为2.6～2.8g/cm3。
7.根据权利要求1所述的橡胶水泥稳定碎石混合料，其特征在于：所述橡胶颗粒粒径范围为2.36～4.75mm，密度为1.10～1.13g/cm3。
8.一种橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
配合比设计：根据权利要求1至6任一项中所要求的各原料配合比，设计混合料中各原料的质量；
混合料拌合：将水稳混合料投入到振动拌合机内拌合均匀；
混合料运输：按照五步装料法分堆装料，减少混合料离析；料车采用双层篷布覆盖；运料车到达现场后等本车混合料摊铺完后靠近摊铺车，卸料的同时随着摊铺机一同前进；在摊铺过程中，混合料运输车辆上覆盖的蓬布不得掀开，直至摊铺结束；
混合料摊铺：
摊铺前，对清理干净的底基层表面洒水湿润，之后对底基层表面喷洒水泥净浆，按水泥质量计不少于1.0～1.5kg/m2；水泥净浆采用水泥净浆洒布车，水灰比控制1:0.75，水泥净浆洒布车速度按照5km/h控制，下基层全断面喷洒，洒布长度以不大于摊铺机前30m～40m控制；
摊铺时，根据作业面宽度，采用一台或两台同型号摊铺机，前后相距5m～10m阶梯式联合摊铺作业，摊铺速度、振动频率要保持基本一致；摊铺宽度与先摊铺层搭接10cm～20cm，以保证两次摊铺接缝处的紧密；每台摊铺机边部安装水泥注浆机，摊铺机一边摊铺，注浆机一边对两侧钢模边部的混合料进行水泥注浆；
混合料碾压：每台摊铺机后面，紧跟振动压路机和轮胎压路机进行碾压，碾压程序为先轻后重、由边向中、由低至高、由内到外的压实方法；按照初压、复压、终压的顺序进行碾压；
封闭养生：每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生，养生期不少于7天；用土工布覆盖，洒水车洒水，并在整个养生期间保持湿润状态；养生结束后，必须将覆盖物清除干净。
9.根据权利要求8所述的橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法，其特征在于：混合料中的矿物集料分为1#料、2#料、3#料、4#料、5#料；1#料粒径为19～26.5mm档位的矿物原料，2#料包括9.5～19mm的三个档位的矿物原料，3#料为4.75～9.5mm档位的矿物原料，4#料为2.36～4.75mm档位的矿物原料，5#料为0～2.36mm档位的矿物原料；矿物原料拌和时，先将3#料或4#料与橡胶颗粒进行预拌混合后，再与其他矿物原料混合。
10.根据权利要求8所述的橡胶水泥稳定碎石混合料的施工方法，其特征在于：混合料碾压步骤中，初压用一台双钢轮压路机紧跟碾压两遍，每次碾压长度控制在50～80m，碾压速度易控制在1.5～1.7km/h；复压采用三台单钢轮振动压路机进行压实，每台压路机压实两遍，共计压实六遍，压实速率易控制在1.8～2.2km/h；终压采用一台胶轮压路机，采用静压的模式压实两遍，压实速率易控制在1.8～2.2km/h；最后用双钢轮压路机进行整平；压路机碾压时重叠1/3轮宽。
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