程喬

【摘 要】隨著我國經濟高速發(fā)展，公路所承受的交通量和載重越來越大，相應路面病害也越來越多，如何設計高強度高穩(wěn)定結構來提高路面使用壽命就顯得尤為重要。水泥穩(wěn)定碎石路面基層作為路面的主要承重層結構以其強度高、水穩(wěn)性好等特點得到了很快的應用和普及。但是水泥穩(wěn)定碎石基層通病是容易開裂，本文通過在水泥穩(wěn)定碎石中添加一部分天然砂和粉煤灰改變配合比組成，達到了防裂抗裂的目的。

【關鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石；配合比；防裂；試驗

0 引言

筆者曾經參加在陜北修建的一條高速公路，設計路面基層采用水泥穩(wěn)定碎石，這條路因為工期緊，設計這種材料結構優(yōu)點是：強度形成快且高，只要鈣化成型便不怕水長期侵蝕，具有水泥混凝土的一些性質，而且板結性、抗凍性都較石灰穩(wěn)定土好。但是，這種結構隨著水泥水化、水分蒸發(fā)散失，表層裂紋越來越多，越到后期每隔20～30m就形成一道約1～2mm左右的橫向貫通裂縫（尤其陜北冬寒夏熱，風沙氣候多，這種病害更為明顯），針對這種現象，早期如果不加以預防，后期反射性裂紋升至瀝青路面，就會引起路面車轍、開裂、唧漿等病害不斷出現。因此如何設計出既經濟合理，又能達到防裂抗裂的水穩(wěn)碎石配合比就是本文試驗研究的目的。

1 裂縫的成因分析

水泥穩(wěn)定碎石中摻了水泥，水泥凝結硬化后混合料有收縮性能，有資料表明如果水泥劑量從5%增加到7%，干縮系數增加20%～30%，水泥劑量在5%～6%時，其收縮系數最小，超過6%后，混合料的收縮系數增大。其次水泥穩(wěn)定碎石材料組成設計中參加了一定比例的石屑料，其中含有一定的石粉，石粉具有干縮濕脹的效應；再其次就是陜北晝夜溫差有時較大，也容易產生溫縮現象。

由此可見，水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的內部成因主要是由干縮和溫縮現象引起的。

2 材料組成分析及措施

根據以上分析：從配合比設計上如果在保證設計強度要求，適當降低水泥的用量；在滿足規(guī)范和設計要求的級配范圍，不改變骨架密實結構前提下，采用收縮變形小的材料取代部分石屑將有助于裂縫的減少。

從國內外目前施工現狀來看，普遍采用了粉煤灰來取代部分石屑用量，因為粉煤灰以球形玻璃體的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當致密，不易水化中，本身收縮變形的性能小；而且粉煤灰中含有大量SiO2、AL2O3等能反應產生凝膠的活性物質，水泥水化生成氫氧化鈣通過液相擴散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產物開始以凝膠體出現，隨著凝期的增長，逐步轉化為纖維狀晶體，并隨著數量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結構，填充混合物的孔隙，形成較高的強度?？梢娛褂梅勖夯?，不但能減少干縮裂縫，而且還能增加后期強度，這就是普遍采用粉煤灰的原因。

但是在實際施工中，粉煤灰又存在如下幾個問題：

（1）目前市面上粉煤灰質量優(yōu)劣相差較大，不容易控制。

（2）粉煤灰含水量不易控制，運至施工現場的粉煤灰多為濕灰，含水率從百分之十幾到百分之幾十都有，稍微時間長點，有的還結成了大團大塊，給攪拌和施工帶來了很多不便。

（3）基層施工一般都是在路基轉序至路面時集中施工，往往是幾臺拌合設施、幾個工作面同時施工，粉煤灰需求量大，經常供不應求，造成中途停工待料

（4）目前市面上粉煤灰價格也較高

為此，我們只要在保證骨架結構形式，不降低結構的強度前提下，適當降低粉煤灰用量，改用天然砂取代石屑，應當是可行的。因為天然砂干縮系數比石屑小得多，也能有效增加早期主動防裂效果，而且天然砂強度高、表面光圓，在混合料壓實過程中能起到材料快速排列、擠壓，使壓實度短期快速完成，降低過程持續(xù)時間。

3 配合比調整

從上述的分析中知道：石屑中的粉塵含量高導致混合料收縮變形越大，因此降低其在配合比中的比例，減少集料中的粉塵含量，有助于使成型混合料收縮變形的減小、裂縫的減少。

原配合比：31.5～19：19～9.5：9.5～4.75：4.75～0=20：38：14：28，外摻4.5%的水泥

摻5%的天然砂，8%的粉煤灰取代13%的石屑

調整后配合比：31.5～19：19～9.5：9.5～4.75：4.75～0：天然砂：粉煤灰=20：18：14：15：5：8，外摻4.2%的水泥

4 試驗結果

4.1 擊實試驗結果

采用重型擊實試驗方法確定水泥穩(wěn)定碎石混合料最佳含水量和最大干密度。具體試驗方法參照《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料實驗規(guī)程》（JTJ057-94）相關要求。

4.2 強度試驗結果

按照圖紙設計要求，水穩(wěn)碎石設計強度基層不小于3.5MPa。

以重型擊實試驗確定的最大干密度和最佳含水量為成型依據， 按98%的壓實度成型15cm×15cm圓柱試件；養(yǎng)生溫度20±2℃，養(yǎng)生濕度90%，養(yǎng)生期的最后一天浸水24小時。各種混合料的7d無側限抗壓強度試驗結果見下表2。

5 實體工程驗證

通過在神佳米高速公路K19+350～K19+850鋪筑試驗段，結果表明混合料均勻、不離析，易于質量控制，加之攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等控制，壓實后的水穩(wěn)混合料紋理豐富，沒有產生裂縫，開放工程車輛后，表面基本無松散。通過后期觀察，主動抗裂效果均比較好，反射裂縫數量極少，僅有1條不規(guī)則的裂紋。

6 總結

通過以上配合比的調整，雖然達到了防裂的效果，但在施工過程中我們還要加強原材料質量檢驗和控制，特別是0～4.75mm規(guī)格中0.075mm的通過率。另外配合比一旦確定，拌合時計量一定要準確，攪拌要均勻，因為試驗研究表明，粉煤灰和天然砂摻量過低，不能較好的起到主動防裂所顯現的成果，反之用量過大則會對早期強度起到不利影響，再者，水泥穩(wěn)定碎石施工后，一定要覆蓋保濕養(yǎng)生至少7天齡期，不然也會因為表面水分散失太快引起干縮裂縫。

[責任編輯：王偉平]