浅析凝灰岩在水稳基层中的应用

杜仲宝

摘要：为了探讨凝灰岩在水稳基层的路用性能，在试验室标准养护条件下对凝灰岩试件进行力学性能与体积性能方面试验，依托海启项目采用凝灰岩作为水稳基层材料，过程中对养生、取芯提出建议，对裂缝发展进行比较。根据凝灰岩混合料的室内试验及在项目的使用情况看，凝灰岩可以尝试作为水稳基层材料使用。

关键词：凝灰岩;水稳基层;取芯

近年来，随着国家生态环保政策实施，大量的石灰岩宕口因为扬尘污染等生态环保问题而关闭，造成石灰岩石料的供需矛盾日益严重，石灰岩难以保质保量供应，这一问题已成为当前困扰部分省市公路工程的主要难题之一。目前。寻求一种储量丰富、质量稳定、性能优良、价格适宜，在各项性能满足要求的石料替代石灰岩，用于水稳基层的施工，是解决当前石灰岩石料短缺、保证工程项目进度和施工质量的有效手段。

凝灰岩是一种分部广泛的火山碎屑岩，为多孔结构、自身强度较高，在我国东南部沿海地区储量丰富，国内已对凝灰岩作为路面垫层材料、水泥稳定机制砂、沥青混合料材料等进行研究，研究表明对于碳酸钙含量满足要求且未风化的纯凝灰岩矿料可作为路面垫层使用。凝灰岩作为机制砂在不同水泥剂量下的级配碎石可以满足基层、底基层强度要求。凝灰岩颗粒形状规则、洁净的情况下，作为沥青混合料的路用性能满足现行规范要求。凝灰岩作为面层材料已在潮惠高速公路中面层的应用，作为基层材料已在浙江省多条高速公路使用，但施工过程中需关注的问题未有相关的研究，本文依托海启项目对凝灰岩试件进行干缩试验，并对施工过程中凝灰岩基层养生、取芯提出建议。

1 凝灰岩水稳性能试验

在试验室标准养护条件下对凝灰岩、石灰岩水稳力学性能与体积性能方面进行试验，以评价凝灰岩集料在水稳基层中的使用性能，其中力学性能试验通过不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量进行评价;体积性能试验通过标准养护7d后的的干缩、温缩试验进行评价。

1.1 力学性能试验

（1）无侧限抗压强度。室内测得7d、14d、28d无侧限抗压强度为7.10MPa、8.29MPa、9.89MPa，表明凝灰岩水稳材料7d无侧限抗压强度能够达到28d 的72%，基本符合水泥的水化速度。

（2）劈裂强度。凝灰岩基层7d、14d、28d 劈裂强度分别为0.43MPa、0.88MPa、1.14MPa，针对劈裂强度，参考《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）对于水稳基层劈裂强度推荐值为0.4-0.6MPa（振动成型），本次试验劈裂强度增长明显。

（3）回弹模量。凝灰岩7d、14d、28d 抗压回弹模量（顶面法）分别为 1170.5MPa、4176.2MPa、3643.6MPa，7d 回弹模量略小，14d 基本达到最大。

1.2 体积性能试验

（1）干缩试验。试件采用静压法成型，试件尺寸 10cm× 10cm×40cm，标准养生7d后试验，干缩试验条件温度21℃，湿度49%。结果表明试件在第8天后水分基本不再散失，分析原因主要是凝灰岩多孔结构容易吸收更多的水分，水分散失也更慢。

（2）温缩试验。试件采用静压法成型，试件尺寸 10cm× 10cm×40cm，标准养生7d后试验，放置 105℃烘箱12h至恒重，温缩试验条件温度范围为40℃-10℃，梯度10℃，每个温度保温3h。结果表明凝灰岩试件温缩变形量小于石灰岩试件

凝灰岩水稳材料7d、14d无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量水平较好，基本满足工程强度水平需要。凝灰岩水稳材料干缩、温缩均差于石灰岩材料，分析主要由于凝灰岩水稳材料中水泥水化较慢，导致标准养生7d后体积仍发生明显变化，这与现场取芯强度发展较慢较为匹配，结合干缩试验结果发现凝灰岩水稳试件第9天后水分基本不再散失，因此建议凝灰岩基层的养生时间延长2-3天，以保证凝灰岩基层整体性能的进一步提升。

2 凝灰岩水稳施工

2.1 配合比设计

采用浙江产凝灰岩，按照0-4.75、4.75-16、16-25和25-31.5分為四档，集料指标满足规范要求。基层集料掺和比例为1#料：2#料：3#料：4#料=22：23：27：28。级配合成情况见下表：

2.2 凝灰岩水稳施工

混合料生产采用一台徐工XC-800型连续式振动拌和稳定土拌和机。现场摊铺采用两台徐工RP953E摊铺机梯队作业，一台双钢轮压路机静压（1遍）;四台振动单钢轮压路机进行振动碾压（6遍），一台胶轮进行收光碾压（2遍至无轮迹），压实过程中需适当提高压实功。

2.3 凝灰岩水稳取芯

凝灰岩水稳基层养生7天后，进行取芯检测，部分芯样表面不密实，孔洞较多，局部段落取芯困难，表面和底部存在不同程度的缺边掉角现象。养生延时15天后进行取芯检测，芯样外观基本密实，孔洞较少，证明芯样外观随着取芯时间的延长所改观，芯样横、纵切面基本密实，取芯情况见下图。

3 水稳裂缝调查

沥青下面层施工前，对凝灰岩水稳上基层现场裂缝情况进行调查，现场发现约110米每道，与同等条件下石灰岩基层裂缝数量相当。

4 结论

根据凝灰岩混合料的室内试验及在项目的使用情况看，凝灰岩可以尝试用于水稳基层施工，但施工过程中需注意以下几点：

（1）优选破碎工艺。建议宕口开采集料的破碎工艺应为：锷破-两套反击破或锷破-圆锥-整形以减少凝灰岩集料针片状，保证集料整体规整。

（2）延长养生时间。因凝灰岩集料多孔结构、自身强度较高，短期内凝灰岩水稳基层混合料的强度有限，为了保证基层成型效果和芯样完整性，建议延迟取芯时间，一般在施工养生10～14天后安排取芯为宜。

（3）优选取芯设备。因凝灰岩集料自身强度较高，建议取芯时采用高强度精钢钻头，取芯前在取芯筒内外侧涂抹凡士林。

参考文献：

[1] 孙忠宁，王少君，李刚，雷宇.采用凝灰岩作为路面垫层材料的试验研究[J].中外公路，2009（03）.

[2] 於德美，吴志鸿，郭晓，张峰，邱仁辉.水泥稳定凝灰岩机制砂级配碎石路用性能[J].森林工程，2009（02）.

[3] 杨涛，郑健龙，谢博，关宏信.凝灰岩沥青混合料高低温和水稳定性能试验研究[J].公路交通科技，2016（03）.

（作者单位：南通市公路事业发展中心）