防裂性水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究

程喬

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，公路所承受的交通量和載重越來越大，相應(yīng)路面病害也越來越多，如何設(shè)計(jì)高強(qiáng)度高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好等特點(diǎn)得到了很快的應(yīng)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(dá)到了防裂抗裂的目的。

【關(guān)鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石；配合比；防裂；試驗(yàn)

0 引言

筆者曾經(jīng)參加在陜北修建的一條高速公路，設(shè)計(jì)路面基層采用水泥穩(wěn)定碎石，這條路因?yàn)楣て诰o，設(shè)計(jì)這種材料結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度形成快且高，只要鈣化成型便不怕水長(zhǎng)期侵蝕，具有水泥混凝土的一些性質(zhì)，而且板結(jié)性、抗凍性都較石灰穩(wěn)定土好。但是，這種結(jié)構(gòu)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(fēng)沙氣候多，這種病害更為明顯），針對(duì)這種現(xiàn)象，早期如果不加以預(yù)防，后期反射性裂紋升至瀝青路面，就會(huì)引起路面車轍、開裂、唧漿等病害不斷出現(xiàn)。因此如何設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)合理，又能達(dá)到防裂抗裂的水穩(wěn)碎石配合比就是本文試驗(yàn)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(jié)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(shù)增加20%～30%，水泥劑量在5%～6%時(shí)，其收縮系數(shù)最小，超過6%后，混合料的收縮系數(shù)增大。其次水泥穩(wěn)定碎石材料組成設(shè)計(jì)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(yīng)；再其次就是陜北晝夜溫差有時(shí)較大，也容易產(chǎn)生溫縮現(xiàn)象。

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

2 材料組成分析及措施

根據(jù)以上分析：從配合比設(shè)計(jì)上如果在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，適當(dāng)降低水泥的用量；在滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的級(jí)配范圍，不改變骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)外目前施工現(xiàn)狀來看，普遍采用了粉煤灰來取代部分石屑用量，因?yàn)榉勖夯乙郧蛐尾Ａw的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)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(yīng)產(chǎn)生凝膠的活性物質(zhì)，水泥水化生成氫氧化鈣通過液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝期的增長(zhǎng)，逐步轉(zhuǎn)化為纖維狀晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合物的孔隙，形成較高的強(qiáng)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(qiáng)度，這就是普遍采用粉煤灰的原因。

但是在實(shí)際施工中，粉煤灰又存在如下幾個(gè)問題：

（1）目前市面上粉煤灰質(zhì)量?jī)?yōu)劣相差較大，不容易控制。

（2）粉煤灰含水量不易控制，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)，有的還結(jié)成了大團(tuán)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(zhuǎn)序至路面時(shí)集中施工，往往是幾臺(tái)拌合設(shè)施、幾個(gè)工作面同時(shí)施工，粉煤灰需求量大，經(jīng)常供不應(yīng)求，造成中途停工待料

（4）目前市面上粉煤灰價(jià)格也較高

為此，我們只要在保證骨架結(jié)構(gòu)形式，不降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度前提下，適當(dāng)降低粉煤灰用量，改用天然砂取代石屑，應(yīng)當(dāng)是可行的。因?yàn)樘烊簧案煽s系數(shù)比石屑小得多，也能有效增加早期主動(dòng)防裂效果，而且天然砂強(qiáng)度高、表面光圓，在混合料壓實(shí)過程中能起到材料快速排列、擠壓，使壓實(shí)度短期快速完成，降低過程持續(xù)時(shí)間。

3 配合比調(diào)整

從上述的分析中知道：石屑中的粉塵含量高導(dǎo)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(diào)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(yàn)結(jié)果

4.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

采用重型擊實(shí)試驗(yàn)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(yàn)方法參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料實(shí)驗(yàn)規(guī)程》（JTJ057-94）相關(guān)要求。

4.2 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，水穩(wěn)碎石設(shè)計(jì)強(qiáng)度基層不小于3.5MPa。

以重型擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度和最佳含水量為成型依據(jù)， 按98%的壓實(shí)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(shí)。各種混合料的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見下表2。

5 實(shí)體工程驗(yàn)證

通過在神佳米高速公路K19+350～K19+850鋪筑試驗(yàn)段，結(jié)果表明混合料均勻、不離析，易于質(zhì)量控制，加之?dāng)備?、碾壓、養(yǎng)生等控制，壓實(shí)后的水穩(wěn)混合料紋理豐富，沒有產(chǎn)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(dòng)抗裂效果均比較好，反射裂縫數(shù)量極少，僅有1條不規(guī)則的裂紋。

6 總結(jié)

通過以上配合比的調(diào)整，雖然達(dá)到了防裂的效果，但在施工過程中我們還要加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢驗(yàn)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(shí)計(jì)量一定要準(zhǔn)確，攪拌要均勻，因?yàn)樵囼?yàn)研究表明，粉煤灰和天然砂摻量過低，不能較好的起到主動(dòng)防裂所顯現(xiàn)的成果，反之用量過大則會(huì)對(duì)早期強(qiáng)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(huì)因?yàn)楸砻嫠稚⑹煲鸶煽s裂縫。

[責(zé)任編輯：王偉平]