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1、G219段水泥稳定基层掺加低温早强剂SES-的应用报告1 概述国道219线新藏公路北起新疆维吾尔自治区叶城县，南至西藏自治区拉孜县，总体呈南北走向，全长2143公里。新藏公路是国道网的组成部分，是国家重点公路“纵13”阿勒泰至拉孜公路的重要路段，也是我国重要的国防公路。新藏公路目前是沟通新疆与西藏的唯一通道，是西藏阿里地区极为重要的物资运输通道，更为重要的是，它同时是中印、中巴边防线上唯一的战略主通道、战役交通要道和给养线。新藏公路一直是沿线军民赖以生存的“生命线”，并曾在1962年的中印边境自卫反击战中发挥了重要作用。但是由于其特定的修建时期、恶劣的自然环境、以及国家财力所限，所以目前总体上
2、仍是一条技术等级低、抗灾能力弱、行车条件差、安全无保障的砂石路，已不能适应区域经济发展和边防军事运输的需要，更不能适应边境紧急状态下的特殊运输需求。为此，本次新藏公路改建工程将全线采用半刚性基层的沥青混凝土路面，旨在显著提高本路段的通行能力。本区地处塔里木盆地以南，属暖温带大陆性干旱气候，主要气候特点为年温差、日温差大，降水少，蒸发强，空气干燥，日照长。路线由叶城的山前平原区域到西昆仑山高山峡谷区，跨越不同的垂直气候带，因此公路沿线的气候状况存在较大差异，尤其是水分、热量的分布差异最为突出。鉴于低温下水泥稳定基层的强度增长缓慢，抗温缩和干缩能力较差，为此，项目执行办提出拟在水泥稳定基层中掺加由
3、长安大学公路学院研制SES-的低温早强剂，旨在低温下能够在较短的时间内达到设计强度，并提高水泥稳定基层的抗开裂能力。掺加水泥质量的8%16%SES-I低温早强剂，水泥稳定基层的早期强度将迅速增长，常温条件下1d2d、低温条件下2d3d即可达到设计强度，并且后期强度仍有较大幅度提高；另外，SES-I能有效的改善水泥稳定基层的微观结构，使其脆性降低，有效提高了基层的抗疲劳性能。自2003年首次在青藏公路的水泥稳定基层中掺加低温早强剂SES-I后，在国内其他工程也进行了应用，工程实践结果表明：掺加SES-I低温早强剂后基层强度不仅增长较快，而且延长了基层的使用寿命。为此，为了将SES-I低温早强剂应
4、用于新藏公路，拟在新藏公路的第一合同段和第三合同段铺筑试验段，为后续的大面积推广提供必要的技术支持。2 试验2.1 工地原材料、配比和强度试验2.1.1 原材料试验1）水泥：采用新疆阿克苏天山多浪水泥有限公司生产的缓凝P.C32.5水泥，水泥的技术指标见表1。表1 水泥的技术指标表项目凝结时间（min）抗压强度（MPa）抗折强度(MPa)初凝终凝3d28d3d28d试验结果26243514.735.73.86.72）集料：采用沿线开挖的砂砾石，其压碎值为10.8%。3）材料级配：采用开挖的砂砾石和碎石掺配得到工程使用的材料级配如表2所示。表2 水泥稳定基层所采用的集料级配筛孔（mm）37.53
5、1.5199.54.752.360.60.075通过率（%）10092.076.252.736.725.416.55.72.1.2 基层材料配比及强度采用上述的材料和集料级配，混合料的配合比为：水泥：砂砾=5：95（质量比），采用该混合料配比，通过重型击实得到混合料的最大干密度为2.422g/cm3，最佳含水量4.6%。采用上述的配比，在室内成型试件，在标准养生下7d的强度为2.9MPa。2.2 掺加SES-低温早强剂试验2.2.1 施工可行性试验 由于水泥在不同的环境温度下的初终凝时间不同，掺加SES-低温早强剂后原水泥的初终凝时间也会有所变化。本次试验首先采集环境温度，然后在水泥稳定混合料
6、中添加不同掺量SES-低温早强剂，在一天中不同环境温度段内，测定混合料的可施工时间，其中可施工时间为：从混合料加水至混合料开始失去塑性临界点的时间。具体的温度测定、可施工时间观测等见表3所示。表3 现场时间温度观测表时间（10.7）12点13点14点15点16点17点18点温度（）15222121202019时间（10.7）18点30分19点20分20点30分22点23点24点温度（）1614111098时间（10.8）2点4点6点8点9点10点12点温度（）43200311时间（10.8）13点14点温度（）1419由表3可知：在12点19点之间的温度均在15以上，19点22点之间在1015
7、之间，22点第二天10点之间的温度为010之间。由于本次试验在第一合同段及第三合同段项目部进行，温度总体较高，为了模拟高寒地区、温度相对较高时间的施工可行性，分别进行了温度相对较高和高寒地区的施工可行性试验，试验结果见表4和表5所示。表4 模拟施工温度相对较高的可施工时间试验2011.10.7加水时间时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工掺0%12：0014：04/能15：07/能16：00/能17：00/能掺8%13：2214：04/能15：07/能16：00/能17：00/能掺12%13：2514：04/能15：07/能16：00/临界17：00/不能掺16%13：301
8、4：04/能15：07/不能时间/能否施工可施工时间（结论）备 注掺0%17：30/不能55.5h气温在1522掺8%17：30/不能3.54h气温在1921掺12%2.53h气温在1921掺16%11.2h气温在1921注：原则上每一个小时观测一次，看料是否凝固，有所凝固则标示不适合施工，同时观测温度。表5 模拟施工温度较低时的可施工时间试验2011.10.7加水时间时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工掺0%20：5021：00/能22：00/能23：00/能24：00/能掺8%20：5021：00/能22：00/能23：00/能24：00/能掺12%20：5521：00
9、/能22：00/能23：00/能24：00/能掺16%20：5721：00/能22：00/能23：00/能24：00/能2011.10.8时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工时间/能否施工可施工时间备注掺0%1：00/能2：00/能6：00/能9：00/能12h温度为-110。掺8%1：00/能2：00/能6：00/能9：00/能12h掺12%1：00/能2：00/临界3：00/不能5h掺16%1：00/临界2：00/不能4h由表4表5试验结果表明：在温度小于5时，如果不添加SES-低温早强剂，水泥基本没有水化，在510时水泥水化的速度也较慢，温度大于1020时水泥的水化已趋于正常，温度
10、大于20时，水泥的水化速度较快。试验结果表明：在温度低于10时，宜添加SES-低温早强剂，特别是温度小于5时，需添加SES-低温早强剂；在温度介于1020时，如果有要求快速通车时，可添加SES-低温早强剂，温度大于20时，则不适合添加SES-低温早强剂。以从加水至施工结束的时间为4个小时为基准，可得到的结果见表6所示。表6 SES-低温早强剂在不同气候下的适宜掺加量序号施工温度SES-适宜的掺加量备注120不适合添加2.2.2 强度试验为了分析添加SES-低温早强剂后水泥稳定基层强度变化情况，进行不同SES-低温早强剂掺量的强度试验，试验龄期分别为3d，养生条件为大气环境，日温度变化见表1所示
11、，试验结果见表7所示。 表7 不同龄期、SES-掺量下水泥稳定砂砾的抗压强度（MPa） 龄期掺量72h(3d)备注掺0%1.80掺8%2.35掺12%2.78掺16% 3.15注：1、每个强度试验作5个试件； 2、在大气中养生，即在环境温度020下养生，养生时间在2011年10月7日10月17日之间。2.2 试验段铺筑本次试验选择第一合同段，铺筑试验段，具体的铺筑方案、外加剂添加方法等如下：根据室内施工可行性试验结果，进行现场铺筑试验；2011年10月18日10月20日在第一合同段进行了三段试验段，总长度为 2500 m，具体的试验段情况见表8所示。表8 第一合同段试验段情况一览表序号起讫桩号
12、试验段长度掺加量施工时间/温度1K131+000K130+1308308% SES-10月18日9：3020：05；10以上2K130+130K129+29084012% SES-10月19日9：4519：50；5以上3K129+290K128+50079012% SES-10月20日9：3018：38；5以上2.3施工工艺施工准备测量放样拌料运输摊铺碾压养生交通管制所有的试验方法与传统的水泥稳定基层施工方法一样，此处重点描述添加SES-低温早强剂的添加工艺。水泥稳定砂砾石路面基层早强剂采用外掺法加入，掺入量为水泥剂量的8%及12%，其它材料组成均与生产路段的水泥稳定碎石生产配合比保持一致。添
13、加SES-低温早强剂的工艺可以采用人工添加外加剂方法：早强剂的加入工艺：采用铲车搬运并采用人工卸料，根据每小时出料的比例，计算需要添加SES-外加剂的速度，然后通过人工添加。本次试验段施工时第一合同段施工时，SES-低温外加剂就是采用这个方法，该方法方便，但是拌合周边粉尘较大，对外加剂添加人员的健康有所影响。2.4 试验路取芯测试第一合同段取芯试验2011年10月21日中午10点进行现场取芯，得到的试验结果如下：1）养生1天后取芯：掺加12%低温早强剂基层（2011年10月20日早上摊铺结束）养生1d后，进行现场取芯，结果没有取出芯样。2）养生2天后取芯：掺有12%低温早强剂基层（2011年1
14、0月19日下午5点前施工完掺加8% SES-I低温早强剂基层）养生2d后取芯，可取出断裂芯样；3）养生3天后取芯：养生3天后，添加SES-低温早强剂的水泥稳定基层，全部取出芯样。4）未掺有SES-I低温早强剂养生的基层，养生近7天还未取出完整芯样。试验结果表明：添加SES-I低温早强剂后的水泥稳定基层强度增长较快，且养生3天后就能达到设计强度，未添加SES-I低温早强剂需要养生大约7天甚至更长才能取出芯样。因此，在G219新藏公路高海拔常年低温地区，在水泥稳定基层中添加SES-低温早强剂可显著缩短水泥稳定基层的养生时间，同时该添加剂还可以减少水泥稳定基层的干燥收缩和温度收缩，延长水泥稳定基层的
15、使用寿命和减少水泥稳定基层沥青路面的反射裂缝。3 结论1）掺加低温早强剂的比例需根据具体施工路段的气候，具体结果如下：SES-低温早强剂的掺加比例序号施工温度SES-适宜的掺加量备注151012% SES-低温早强剂施工时间不宜大于5h210208% SES-低温早强剂320不适合添加2）添加SES-低温早强剂的水泥稳定基层，其施工方法除了需要添加SES-低温早强剂外，其它与普通的水泥稳定基层施工方法完全一样。试验段结果表明，可采用三种添加方法添加低温早强剂，分别为人工添加SES-外加剂法、一个集料仓添加SES-外加剂法、采用袋装水泥输送设备添加SES-法，且推荐采用袋装水泥输送设备添加SES-。3）按照上述的添加比例，在G219线新藏公路的水泥稳定基层添加SES-外加剂后，3天均可以满足设计强度，并可取出芯样。试验结果表明，采用SES-低温早强剂可显著提高水泥稳定基层的早期强度，解决水泥稳定基层强度增长缓慢的问题，且可减少水泥稳定基层的干燥收缩和温度收缩，减少水泥稳定基层沥青路面的反射裂缝，从而提高沥青路面的使用寿命。G219线新藏公路新疆段改建工程第一总监办二O一一年十月二十三日
