李文君

摘 要：水泥穩(wěn)定風(fēng)積沙技術(shù)的推出，使修路成本節(jié)約了30%以上，施工現(xiàn)場也智能環(huán)保，省時省力。將風(fēng)積沙鑄路技術(shù)應(yīng)用對荒漠化綜合治理當(dāng)中，能夠為國內(nèi)外沙漠地區(qū)治理提供技術(shù)支撐，為沙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。石灰土干縮和溫縮比較明顯。水泥土干縮系數(shù)、干縮應(yīng)變以及溫縮系數(shù)的比較：粒料的系數(shù)小于土。二灰土：抗凍性比石灰土好。（因為有孔，羽絨服抗凍）。收縮性小于水泥土和石灰土。（因為有孔，結(jié)構(gòu)具有一定的伸縮性）。本研究首先從干縮特性研究、溫縮特性研究兩個方面分析了半剛性基層收縮性能與規(guī)律研究現(xiàn)狀，然后進(jìn)行了原材料分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)積沙 公路用 無機(jī)結(jié)合料 性能

我國沙漠眾多，大多數(shù)在東經(jīng)75°～125°、北緯30°～50°之間分布，面積達(dá)到了130.8萬平方公里左右，占國土總面積的13.6%左右，主要包括毛烏素、巴丹吉、塔克拉瑪干、騰格爾、吉爾班通古特沙漠，同時大多數(shù)在我國西北部分布，該地區(qū)具有充沛的熱量、較大的晝夜溫差，通常情況下平均日溫差、最高日溫差分別達(dá)到10℃～20℃、30℃，且具有干旱的氣候、較少的降水量，一些地方年降水量在0 mm左右，而年蒸發(fā)量卻達(dá)到幾百到幾千毫米以上[1]。由于沙漠地區(qū)具有惡劣的氣候、稀少的人煙、落后的經(jīng)濟(jì)，因此具有較少的公路數(shù)量、較低的等級。近年來，沙漠公路在我國飛速發(fā)展的公路事業(yè)作用下也得到了飛速發(fā)展。同時，有豐富的稀有金屬、煤、天然氣、石油等礦產(chǎn)資源蘊(yùn)藏在沙漠地區(qū)，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中是一個新亮點，在我國能源開發(fā)中是一個新基地。對這些資源進(jìn)行開發(fā)與利用，交通必須先行，需要將越來越多的沙漠公路修建起來，同時，沙漠公路的等級也越來越高，標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，這必然將更高的要求提給公路設(shè)計者，使其將技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提升[2]。但是，現(xiàn)階段修筑的沙漠公路具有極高的工程造價，原因為沙漠地區(qū)具有相對貧乏的筑路材料，遠(yuǎn)運的天然砂礫石是全部路面基層材料。因此，依據(jù)就地取材原則，目前沙漠公路建設(shè)需要將如何對風(fēng)積沙合理利用起來作為底基層鋪筑材料的問題，從而將建設(shè)費用顯著節(jié)省下來。

1 半剛性基層收縮性能與規(guī)律研究現(xiàn)狀

1.1 干縮特性研究

①美國K.P.喬治等人研究發(fā)現(xiàn)，在具有相同的其他條件的情況下，水泥土收縮隨著土中<0.002 mm粘粒含量的增多而增大，試件干縮應(yīng)變隨著密實度的增大而減小，隨著制件含水量的增大而增大。對大部分土，混合料梁式試件干縮應(yīng)變隨著水泥級劑量的增加開始減小，并達(dá)到一個最小值，之后隨著水泥劑量的增加而在一定程度上增加[3]；②澳大利亞R.E.洛林斯對水泥穩(wěn)定粒料的干縮特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)如果粒料土具有較多的<0.425 mm顆粒含量、較大的塑性指數(shù)與線收縮，那么其用水泥處治后就具有較大的干縮值，達(dá)到了770×101，而如果粒料土具有較少的<0.425 mm顆粒含量、較小的塑性指數(shù)與線收縮，那么其用水泥處治后就具有較小的干縮值，只有190×101，二者比例為4：1。水泥穩(wěn)定粒料土的干縮應(yīng)變受到制件含水量的顯著影響，隨著粒料土塑性的改變，影響程度也不斷改變。塑性粒料土的干縮應(yīng)變也受到水泥劑量的較大影響。一方面檢測水泥穩(wěn)定類、石灰粉煤灰類、石灰穩(wěn)定類基層試驗路力學(xué)性質(zhì)與穩(wěn)定性，另一方面觀測分析裂縫，將一些定性結(jié)論獲取了過來，也將一些定量結(jié)論獲取了過來，包括大量的室內(nèi)試驗，即含水量、壓實度、土質(zhì)情況是半剛性材料干縮性能的主要影響因素，水泥土的干縮系數(shù)最大，其次為水泥粒料土，最后為水泥粒料；二灰土的干縮系數(shù)大于密實式二灰粒料；石灰石的干縮系數(shù)大于石灰粒料土；通常情況下，與溫度收縮值相比，石灰粉煤類、石灰類半剛性材料具有較大的干燥收縮值。

1.2 溫縮特性研究

鄭南翔老師（西安公路學(xué)員→長安大學(xué)）電測試驗了幾種半剛性基層材料五種不同狀態(tài)，即烘干、風(fēng)干、半風(fēng)干、最佳含水量、飽水，試驗過程中封閉不同含水量試件，從而對穩(wěn)定的含水量進(jìn)行保持，發(fā)現(xiàn)隨著齡期的增長，烘干試件的溫縮系數(shù)不斷增大，初期、后期分別具有較快、較慢的增加，0℃～-10℃溫度區(qū)間、與最佳含水量接近狀態(tài)是溫度收縮最不利情況，與自由狀態(tài)相比，封閉狀態(tài)下各種半剛性材料具有顯著較小的溫縮系數(shù)值。研究發(fā)現(xiàn)，利用風(fēng)積沙鋪筑路基改善層單位造價較原設(shè)計天然砂礫路基改善層大致減少了53%。此外，不考慮運輸?shù)绕渌M用，單從原材料造價方面考慮，原路面石灰土底基層造價為16.9元/m2，而利用風(fēng)積沙修筑的底基層造價為10.0元/m2，相對于石灰土底基層要節(jié)約6.9元/m2，降低造價約40.8%。利用風(fēng)積沙修路，總體造價可降低30%左右。在技術(shù)規(guī)范頒布前的試驗階段，本市公路局已利用該項技術(shù)修筑各等級公路100多公里，目前在我國分布著沙漠的省份推出了利用風(fēng)積沙修筑路面基層的技術(shù)規(guī)范，如果這一技術(shù)能應(yīng)用在更多的沙漠地區(qū)，將會帶來很大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。從國內(nèi)外道路發(fā)展與研究成果看，已進(jìn)行的研究對象主要為粒料土或土，但是還較少有相關(guān)研究報道沙漠地區(qū)公路的鋪筑材料風(fēng)積沙，需要相關(guān)學(xué)者進(jìn)一步研究，從而將有效依據(jù)提供出來。

2 原材料分析

風(fēng)積沙是沙漠地區(qū)在風(fēng)力作用下形成的粉粒、黏粒含量少的沙物質(zhì)，其分布廣泛，儲量豐富。因此，采用風(fēng)積沙作為建筑工程原材料，因地制宜、就地取材，對于推動西部沙漠地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展很有必要且很有意義。有學(xué)者針對水泥穩(wěn)定風(fēng)積沙和水泥粉煤灰穩(wěn)定風(fēng)積沙作為路面底基層、基層的技術(shù)性能，對風(fēng)積沙路面結(jié)構(gòu)展開了系統(tǒng)研究，將風(fēng)積沙就地取材和利用其修筑道路，解決了風(fēng)沙地區(qū)筑路材料匱乏等問題。二級以上公路從結(jié)構(gòu)上可分為路面（瀝青層）、路面基層、路基改善層、路基。其中，路面基層由底基層和基層組成。此前國內(nèi)外學(xué)者已就風(fēng)積沙在筑路工程上的利用開展了幾十年的研究，但主要是用風(fēng)積沙修筑路基部分，我們這個研究較以往有很大的突破，我們是用風(fēng)積沙修筑路面基層部分。過去修筑路面基層和路基改善層，要用大量砂石砂礫和石灰土等材料，這些材料往往是通過開山炸石得來，甚至?xí)幸恍E挖濫采現(xiàn)象，對環(huán)境破壞很大。毛烏素沙漠邊緣傳統(tǒng)筑路材料缺乏，這些年由于環(huán)保政策的收緊，傳統(tǒng)筑路材料價格日趨高昂。在這樣的背景下，我們就地取材，利用當(dāng)?shù)刎S富低廉的風(fēng)積沙代替?zhèn)鹘y(tǒng)筑路材料，不僅可以減少環(huán)境破壞問題，還可以節(jié)約材料外運成本，緩解原材料供應(yīng)帶來的制約，縮短工程周期，進(jìn)而降低工程造價。在保證公路工程的建設(shè)質(zhì)量和技術(shù)性能的同時，實現(xiàn)了更好經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

運用篩分法試驗分析風(fēng)積沙的顆粒組成見表1，發(fā)現(xiàn)風(fēng)積沙的粒徑主要在0.074～0.25 mm范圍內(nèi)分布，含量達(dá)到了90%以上，極少有>0.3 mm的顆粒，只有0.25%，9%以下的顆粒<0.074 mm。沙的細(xì)度模數(shù)<1.5，因此其屬于特細(xì)沙。顆粒表面具有較強(qiáng)的松散性、極低的活性、較好的水穩(wěn)性，無粘性，表現(xiàn)在風(fēng)積沙中具有極少的粉粒、粘粒含量。從土質(zhì)學(xué)觀點來說，其是典型不良級配土，表現(xiàn)在級配良好土的級配不均勻系數(shù)Cu、級配粒線監(jiān)率系數(shù)Cc分別>5、=l～3，原因為風(fēng)積沙的不均勻系數(shù)Cu、監(jiān)率系數(shù)Cc分別為1.43、0.91。

風(fēng)積沙的化學(xué)成分見表2，風(fēng)積沙的化學(xué)成分中常量元素SiO2具有最高的含量，達(dá)到了81.56%，同時其具有較大且穩(wěn)定的硬度；其次為Al2O3、Fe2O3、K2O，其含量為10.48%左右，Na2O、CaO、MgO等含量為5.05%左右，TiO2、MnO、P2O5具有極少的含量，僅為0.4%左右。對風(fēng)積沙的酸堿度（pH值）進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)其為8.12，呈弱堿性。

風(fēng)積沙的擊實試驗見表3，干密度在干燥狀態(tài)時有一個峰值出現(xiàn)，之后干密度隨著含水量的增加而降低，干密度在含水量為4%～6%左右時開水回升，干密度在含水量約為12%時又有一個峰值出現(xiàn)。

從本質(zhì)上來看，沙的擊實是將沙顆粒間的粘聚力、內(nèi)摩擦力克服。從試驗結(jié)果可以看出，沙的含水量在擊實過程中直接影響著所能得到的密實度，即沙在干燥狀態(tài)下干燥松散，幾乎無毛細(xì)水與粘聚力作用。隨著含水量增加，水在具有較低的含水量時將薄層吸附水膜形成于沙顆粒表面，將表面張力產(chǎn)生，從而使引力形成于顆粒之間。隨著含水量繼續(xù)增加，隨距沙顆粒表面距離的增加，水的粘滯度在吸附水膜厚度增大的情況下逐漸減小，沙顆粒間厚層吸附水膜具有越來越大的潤滑作用，向某一峰值抵達(dá)后，沙的內(nèi)摩阻力與內(nèi)聚力會隨著含水量的增大而進(jìn)一步減少，但單位體積內(nèi)具有最小的空氣體積，而沙中具有越來越多的水體積，由于水不可壓縮，因此隨著水的增加，沙的干密度逐漸下降。

總之，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料是交通運輸工程中對一類道路修筑材料的統(tǒng)稱，其特點是在原集料內(nèi)摻入無機(jī)結(jié)合料（水泥等）后拌和而成的混合料。很多學(xué)者研究了一般土，但卻較少有學(xué)者研究風(fēng)積沙，因此，本研究將可靠的科學(xué)依據(jù)提供給了沙漠公路鋪筑材料風(fēng)積沙的合理利用。

課題信息：新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研計劃項目《摻風(fēng)積沙水泥穩(wěn)定土工程性能研究》，編號：XYZY2020KQN001。

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