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【摘要】水泥穩(wěn)定碎石在我國公路工程中有著廣泛的應(yīng)用，本文對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度原理以及原材料等做了簡要介紹，分析了水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)原則方法，最后對(duì)路面性能的各種特性進(jìn)行了綜合研究。實(shí)踐表明，為了保證水泥穩(wěn)定碎石基層的高強(qiáng)度和抗裂性等性能，以及高質(zhì)量的路面性能必須進(jìn)行合理的配合比設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石；水泥穩(wěn)定碎石基層；配合比；路面性能

1 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展，公路承載的交通量日益增加，這就對(duì)公路路面的主要承重層也就是路面基層提出了更高的要求，而水泥穩(wěn)定碎石具有強(qiáng)度高、整體性強(qiáng)、剛度大、穩(wěn)定性和抗凍性好、抗行車疲勞能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此廣泛用于高等公路基層建設(shè)。近年來施工現(xiàn)場水泥用量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，造成基層強(qiáng)度過大，導(dǎo)致基層收縮開裂現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。鋪筑面層后，在行車荷載和環(huán)境因素作用下，基層裂縫進(jìn)一步反射到瀝青面層上來形成反射裂縫，進(jìn)而影響到路面的使用性能和使用壽命，這就對(duì)水泥穩(wěn)定碎石配比設(shè)計(jì)提出了更高的要求，以滿足路面性能的高要求。本文就水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度如何形成的原理，以及配比設(shè)計(jì)對(duì)路面性能的影響進(jìn)行了分析研究。

2 水泥穩(wěn)定碎石的原材料及強(qiáng)度原理

水泥穩(wěn)定碎石是一種半剛性材料，具有良好的力學(xué)性能和整體性、穩(wěn)定性、抗凍性以及耐久性，相比二灰碎石更能滿足高級(jí)公路對(duì)基層的要求，所以近年來廣泛應(yīng)用于重載交通以及連續(xù)交通的路面基層施工中，不僅可以收益提前，工期縮短，而且還減少了道路的全壽命周期的費(fèi)用。

2.1水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成原理

水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度主要是由它自身的性質(zhì)決定的，主要有嵌擠作用和水泥的硬化作用形成。水泥和集料按照一定的比例在最佳含水量下密實(shí)而成的混合料稱為水泥穩(wěn)定碎石，它是具有一定的顆粒按照大小排列組合而成的，小顆粒填補(bǔ)大顆粒的空隙原則設(shè)計(jì)的，因此當(dāng)受到外力作用時(shí)，碎石便能夠緊密的嵌擠在一起，顆粒間嵌擠和摩擦而形成內(nèi)摩阻力，使水泥穩(wěn)定碎石具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。水泥礦物質(zhì)和水發(fā)生劇烈的水化和水解反應(yīng)，并從溶液中分解出氫氧化鈣，同時(shí)生成其他的水化物。各種水化物生成以后，有的硬化便形成了水泥石骨架，有的則與碎石中的其他礦物質(zhì)發(fā)生碳酸化作用和硬凝反應(yīng)，從而增強(qiáng)了水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度。

2.2 水泥穩(wěn)定碎石的原材料

水泥穩(wěn)定碎石基層施工的關(guān)鍵在于選用的水泥，按照相關(guān)規(guī)范的要求普通的硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及火山巖質(zhì)硅酸鹽水泥均可用于水泥穩(wěn)定碎石的基層施工，并且水泥的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間要在三小時(shí)和六小時(shí)以上，原則上不應(yīng)采用早強(qiáng)、快硬水泥。碎石的最大粒徑要求不得超過31.5mm，同時(shí)要求骨料壓碎值不能大于30%；石料顆粒扁平及中細(xì)長的顆粒含量不得超過15%，而且不得摻有軟質(zhì)的破碎物或者其他雜質(zhì)。結(jié)合料用來充填碎石空隙，通常以粉煤灰作為結(jié)合料來填充碎石空隙，以增加混凝土的和易性并且節(jié)約水泥。水泥穩(wěn)定碎石對(duì)于水沒有什么特別的要求，凡是飲用水即可。

3水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)分析

水泥穩(wěn)定碎石集料的自身強(qiáng)度和級(jí)配組成是影響半剛性基層承載力的重要因素。雖然水泥穩(wěn)定碎石具有強(qiáng)度高、整體性好的優(yōu)點(diǎn)，是用于高等級(jí)公路基層、底基層的常用材料，但水泥穩(wěn)定碎石基層也具有易產(chǎn)生裂縫的缺點(diǎn)，而引起瀝青面層的反射裂縫。因此，為了保證水泥穩(wěn)定碎石基層的高強(qiáng)度和抗裂性性能，必須進(jìn)行合理的配合比設(shè)計(jì)。選擇良好的集料級(jí)配，適當(dāng)?shù)乃嗨槭壤?，確定混合料中合理的集料、結(jié)合料含量，從而設(shè)計(jì)出具有良好路用性能的混合料。要選用最大干密度的結(jié)合料(粉煤灰)填充集料(碎石)間的空隙，來提高混合料的最大干密度，從而改善混合料的力學(xué)特性，提高了水泥穩(wěn)定碎石基層各方面的路用性能指標(biāo)。

3.1 各種不同粒徑的集料，按照一定的比例搭配起來，才能達(dá)到較高的密實(shí)度和較大的摩擦力。因此，要求碎石有一定的級(jí)配，但是施工時(shí)所用的碎石顆粒不均勻，易造成原材料不符合工程要求，所以在實(shí)際工程中，要對(duì)碎石進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)和級(jí)配調(diào)整，使其盡量滿足設(shè)計(jì)級(jí)配的要求，水泥穩(wěn)定碎石的混合料顆粒組成應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 水泥穩(wěn)定碎石混合料的顆粒組成比例

篩孔（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075

重量百分比（%）10090-10072-8947-6729-4917-352-80-7

3.2 初步擬定配合比后，結(jié)合混合料的抗拉性、耐久性、剛度、抗裂性以及抗疲勞性等路用性能，得出最佳水泥、集料等含量，從而得出最佳配合比。

3.3 按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求配置室內(nèi)試驗(yàn)試件，采用重型擊實(shí)法確定最大干密度以及最佳含水量。具體試驗(yàn)方法參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)，養(yǎng)生溫度20±2℃，養(yǎng)生濕度90%，在養(yǎng)生期的最后一天浸水24小時(shí)#65377;

3.4 根據(jù)確定的最大干密度和最佳含水量，控制水泥穩(wěn)定碎石混合料，按要求壓實(shí)度制備混合料，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)六天，浸水一天后取出做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.5 水泥穩(wěn)定碎石七天浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值應(yīng)滿足小于等于3.5-4.0MPa。

4 路面性能研究

4.1 路面性能研究

水泥穩(wěn)定碎石基層的力學(xué)性能主要有無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度?；旌狭弦纬奢^好的強(qiáng)度，既要有足夠的結(jié)合料粘結(jié)集料，又要有合理級(jí)配的集料形成堅(jiān)實(shí)的骨架。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)密實(shí)性對(duì)混合料的后期強(qiáng)度影響較大。骨架結(jié)構(gòu)對(duì)混合料早期強(qiáng)度產(chǎn)生影響的主要原因是，在抗壓試驗(yàn)中，初期的破壞主要表現(xiàn)為石料與石料之間的分離，原因是硬化后的水泥#65380;細(xì)集料強(qiáng)度不夠高，以至于不能給粗集料骨架提供必要的約束。后期粗集料骨架的約束作用逐漸變大，粗集料的骨架作用得以充分發(fā)揮。所以混合料粗集料形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度高一些?；旌狭现写旨鲜欠裣嗷デ稊D形成骨架，以及集料之間內(nèi)磨阻力對(duì)劈裂強(qiáng)度影響不大。對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料土劈裂強(qiáng)度影響更多的是混合料中的粘結(jié)力以及水泥石與集料交界面過渡區(qū)的抗拉強(qiáng)度。劈裂強(qiáng)度的一般規(guī)律是級(jí)配越粗，劈裂強(qiáng)度就越低。

水泥穩(wěn)定碎石剛度特性主要是研究分析水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量值。試驗(yàn)證明隨著齡期的增長，水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓回彈模量總體上呈上升的趨勢(shì)，集料在混合料中所占的體積不變時(shí)，混合料的抗壓回彈模量變化也就不大。

至于影響水泥穩(wěn)定碎石的溫縮特性的因素，主要包括各組成礦物的含量和熱脹縮性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。各種膠結(jié)物、粘土礦物及次生礦物具有較大的熱脹縮系數(shù)，而集料中的原生礦物一般有較小的熱脹縮系數(shù)。

4.2 路面性能綜合分析

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)對(duì)于半剛性基層材料僅規(guī)定了7天的飽水抗壓強(qiáng)度一個(gè)指標(biāo)，其他指標(biāo)并沒有給出具體的明文規(guī)定，而評(píng)定路面質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)是路面平整度，它關(guān)系到行車安全、以及路面所受沖擊力的大小和使用壽命。因此為保證路面性能有必要對(duì)各種指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以確定各種指標(biāo)間的關(guān)系，保證設(shè)計(jì)施工時(shí)，將各種指標(biāo)都考慮進(jìn)去。除此之外，還要綜合考慮抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量、劈裂強(qiáng)度、溫縮開裂系數(shù)、干縮開裂系數(shù)、抗沖刷性能等一系列的指標(biāo)，然后找到最大限度的滿足上面各種性能的配合比。

5 結(jié)束語

實(shí)踐表明，為了保證水泥穩(wěn)定碎石基層的高強(qiáng)度和抗裂性性能，必須進(jìn)行合理的配合比設(shè)計(jì)，保證路面的平整度。重視路基，加強(qiáng)施工管理，完善施工工藝，提高工程施工水平，還要要做到材料優(yōu)良，配置合理，工藝先進(jìn)，組織嚴(yán)密，就能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的路面性能。

參考文獻(xiàn)

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[3] 郭永雄.水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)方法的研究[J].山西交通科技，2011(5).

作者簡介：

孫朝陽（1977-），男，陜西韓城人，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：公路工程試驗(yàn)檢測(cè)。