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0 引言

水泥穩(wěn)定碎石是我國高等級公路建設(shè)普遍采用的基層形式，具有強度高、剛性大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點[1]。但在其使用過程中，水泥穩(wěn)定碎石的強度和彈性模量會在干濕和凍融循環(huán)以及反復(fù)荷載的作用下因疲勞而逐漸衰減，基層的收縮開裂還會引起瀝青路面的反射裂縫[2]。同時，水泥穩(wěn)定碎石基層對集料，尤其是細(xì)集料的品質(zhì)要求較高，否則易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

1 硅鋁基固化劑材料特性

1.1 膠砂強度試驗

試驗用固化劑采用H2000 型耐久性硅鋁基固化劑，其膠砂的質(zhì)量配合比為固化劑：標(biāo)準(zhǔn)砂：水=450：350：210，試驗共制作了3 組平行試樣，其各齡期的膠砂強度見表1.1-1。

表1.1-1 硅鋁基固化劑各齡期的膠砂強度（MPa）

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，硅鋁基固化劑膠砂強度隨時間增長顯著，其中3d 平均抗壓強度為36.8MPa，28d平均抗壓強度為53.9MPa，3d平均抗折強度為7.5MPa，28d 平均抗折強度為10.4MPa，均滿足現(xiàn)行規(guī)范中膠砂強度的有關(guān)要求。

1.2 固化土強度試驗

將硅鋁基固化劑代替水泥固化軟土進行強度對比試驗，試驗采用的4 種配比分別為45kg/m、50kg/m、55kg/m和60kg/m，試驗結(jié)果見表1.2-1、表1.2-2以及圖1.2-1、圖1.2-2。

表1.2-1 水泥和硅鋁基固化劑固化軟土7d 強度對比（MPa）

表1.2-2 水泥和硅鋁基固化劑固化軟土28d 強度對比（MPa）

圖1.2-1 不同摻量下固化土7d 強度變化曲線

圖1.2-2 不同摻量下固化土28d 強度變化曲線

在相同摻量的條件下，固化劑固化土7d 強度比水泥提高了6.5%～10.7%，其28d 強度比水泥提高了3.9%～12.0%，說明其在低摻量的條件下優(yōu)勢更明顯。

2 硅鋁基穩(wěn)定碎石混合料性能

2.1 混合料級配要求

硅鋁基穩(wěn)定碎石混合料的級配范圍是在懸浮密實型級配的基礎(chǔ)上進行了適當(dāng)優(yōu)化，并將其與懸浮密實型級配進行比較，見表2.1-1。

表2.1-1 混合料中集料級配范圍要求

從上表可以看出：

（1）硅鋁基穩(wěn)定碎石混合料的級配范圍與懸浮密實結(jié)構(gòu)大體一致，主要是減少了粗集料的通過率，增加細(xì)集料的通過率；

（2）為保證固化劑更好地發(fā)揮穩(wěn)定粒料的作用，將合成級配0.075mm通過率范圍放寬至5%～15%，而在規(guī)范及設(shè)計文件中一般要求控制在5%以內(nèi)，目前市場上生產(chǎn)的集料很難滿足規(guī)范的這一要求。

2.2 力學(xué)性能對比

采用相同混合料級配設(shè)計，采用4.0%和5.0%兩種摻量的硅鋁基固化劑和水泥，分別對其進行7d、14d、28d 和90d 的無側(cè)限抗壓強度試驗，無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果見表2.2-1。

表2.2-2 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

從上表可以看出：

（1）硅鋁基固化劑和水泥穩(wěn)定碎石混合料的強度變化規(guī)律相同，其無側(cè)限抗壓強度均隨齡期增長而增長；

（2）兩種混合料的無側(cè)限抗壓強度的前期增長速率較快，后期增長速率漸慢，由此說明兩種混合料的強度主要在前期形成，在4%摻量的條件下，硅鋁基穩(wěn)定碎石的前期強度略低于水泥穩(wěn)定碎石，沒有明顯優(yōu)勢，但隨著齡期的增長28d 后強度基本一致；

（3）在相同劑量、相同齡期條件下，硅鋁基穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定碎石強度差異很小，尤其在高摻量的條件下差異更小，二者的性能相當(dāng)。

2.3 干縮性能對比

混合料中硅鋁基固化劑和水泥摻量為5%，分別對其失水率、干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)的變化規(guī)律進行對比分析，試驗結(jié)果見圖2.3-1 和圖2.3-2：

圖2.3-1 失水率變化曲線（5%劑量）

圖2.3-2 應(yīng)變變化曲線（5%劑量）

試驗結(jié)果表明：

（1）混合料的收縮應(yīng)變表現(xiàn)出的規(guī)律類似于失水率的變化規(guī)律，即隨著時間的延長干縮應(yīng)變逐漸增大，在試驗后期增幅趨緩[3]；

（2）在固化劑用量一定的條件下，硅鋁基穩(wěn)定碎石混合料的干縮應(yīng)變要稍大于水泥穩(wěn)定碎石，但對于硅鋁基穩(wěn)定碎石來說，其在抗干縮性方面已經(jīng)起到了很好的效果。

2.4 耐久性能對比

為評價硅鋁基穩(wěn)定碎石基層混合料的耐久性，進行了混合料的凍融試驗和抗沖刷試驗，試驗結(jié)果見表2.4-1 和表2.4-2。

表2.4-1 凍融試驗結(jié)果

表2.4-2 抗沖刷試驗結(jié)果（28d）

從試驗結(jié)果可以看出，在摻量相同的條件下，硅鋁基穩(wěn)定碎石混合料抗沖刷能力和水泥穩(wěn)定碎基本相當(dāng)。

3 結(jié)論

（1）在相同劑量、相同齡期條件下，硅鋁基穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定碎石強度差異很小，二者的力學(xué)性能相當(dāng)。與水泥相比，硅鋁基固化劑在低摻量的條件下優(yōu)勢更明顯。穩(wěn)定粒料含泥量控制在5%～15%范圍內(nèi)時，硅鋁基固化劑穩(wěn)定粒料可以表現(xiàn)出高強度、低收縮的性能。

（2）硅鋁基固化劑作為膠凝材料穩(wěn)定碎石基層，具有較好的和易性和水穩(wěn)定性，對細(xì)集料的含泥量和粉塵含量要求較寬，合成級配0.075mm 通過率范圍放寬至5%～15%，且干縮小、裂紋少。