不同標(biāo)號水泥對水穩(wěn)碎石混合料強度影響試驗研究

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性基層，具有良好的承載能力，是目前我國高等級公路最常用的基層結(jié)構(gòu)類型。而反射裂縫是半剛性基層瀝青路面最常見的病害之一，尤其是在我國西部地區(qū)，氣候干旱少雨，夏季高溫、冬季嚴(yán)寒，晝夜溫差大，在這種氣候環(huán)境和溫度變化反復(fù)作用下，極易產(chǎn)生干縮或溫縮裂縫[1]。為了有效減少半剛性基層發(fā)射裂縫的產(chǎn)生，水泥穩(wěn)定碎石混合料通常采用較低標(biāo)號的32.5強度等級水泥作為膠結(jié)料，降低混合料的早期強度。但2015年12月1日起，GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》第2號修改單取消了普通硅酸鹽水泥32.5強度等級；2019年10月1日起，GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》第3號修改單取消了復(fù)合硅酸鹽水泥32.5R強度等級。

1 混合料強度試驗

本文以甘肅省某高速公路為例，原設(shè)計中基層、底基層均采用水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)類型，水泥采用低標(biāo)號的32.5強度等級水泥，基層7d無側(cè)限抗壓強度要求≥4.5MPa，參考水泥用量5.0%，底基層7d無側(cè)限抗壓強度要求≥3.5MPa，參考水泥用量3.5%。由于2019年10月1日起國家標(biāo)準(zhǔn)取消了復(fù)合硅酸鹽水泥32.5R強度等級，因此，項目中水泥穩(wěn)定碎石混合料按照新修訂要求采用了普通硅酸鹽42.5強度等級水泥，要求初凝時間應(yīng)大于4h，終凝時間應(yīng)大于6h且小于10h。散裝水泥進場后存放時間應(yīng)不小于7d，且每罐車水泥經(jīng)全部指標(biāo)檢驗合格后方可使用。

1.1 試驗設(shè)計

選用相同的碎石、級配結(jié)構(gòu)、含水率、成型條件、養(yǎng)生條件等，僅變化水泥標(biāo)號單一因素，室內(nèi)成型試件，養(yǎng)護7d，比較不同標(biāo)號下無側(cè)限試件強度值。32.5水泥與42.5水泥均選擇3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%五個水泥劑量，不同標(biāo)號、不同劑量各成型9個試件，共計成型90個試件。

1.2 試驗材料

試驗用碎石選擇項目所用石灰?guī)r碎石，石料壓碎值19.8%；水泥選擇甘肅永登祁連山水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥（緩凝）和寧夏青銅峽水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥（緩凝）。水穩(wěn)混合料采用C-B-1級配類型，根據(jù)碎石篩分結(jié)果，各檔材料摻配比例為（19-26.5mm）:（9.5-19mm）:（4.75-9.5mm）:（2.36-4.75mm）:（0-2.36mm）=19:26:20:6:29。水泥材料試驗檢測指標(biāo)見表1。

表1 水泥材料指標(biāo)檢測結(jié)果

1.3 試驗過程

按照既定的試驗設(shè)計，室內(nèi)成型無側(cè)限試件，成型后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護試件，測試7d無側(cè)限試件強度。

1.4 試驗結(jié)果分析

不同標(biāo)號、不同水泥劑量條件下，7d無側(cè)限試件強度檢測結(jié)果匯總見表2、表3。

試驗結(jié)果表明，7d無側(cè)限試件強度代表值與水泥劑量成線性關(guān)系，且相關(guān)性較好。同一標(biāo)號水泥下，隨著水泥劑量的增加，7d無側(cè)限試件強度代表值增大。同一水泥劑量下，P.O42.5 水泥均比P.C32.5強度代表值大。7d無側(cè)限試件強度代表值與32.5 水泥劑量線性關(guān)系為：y32.5=1.341x-1.008，R2=0.997（y表示強度，x表示水泥劑量）；7d無側(cè)限試件強度代表值與42.5水泥劑量線性關(guān)系為：y42.5=1.258x+0.731，R2=0.990（y表示強度，x表示水泥劑量）。

表2 不同劑量下P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥穩(wěn)碎石7d無側(cè)限強度檢測結(jié)果

表3 不同劑量下P.O42.5普通硅酸鹽水泥穩(wěn)碎石7d無側(cè)限強度檢測結(jié)果

圖1 無側(cè)限試件強度代表值與水泥劑量成線性關(guān)系

2 強度換算

按照設(shè)計要求，底基層參考水泥劑量3.5%（P.C32.5水泥）、基層參考水泥劑量5.0%（P.C32.5水泥）對應(yīng)的室內(nèi)7d無側(cè)限試件強度代表值分別為3.7MPa和5.6MPa。若采用P.O42.5水泥，滿足室內(nèi)7d無側(cè)限試件強度代表值3.7MPa、5.6MPa所對應(yīng)的水泥劑量分別為2.4%、3.9%。

3 工程應(yīng)用

水泥穩(wěn)定混合料現(xiàn)場強度除與水泥標(biāo)號有關(guān)外，還與水泥劑量大小、碎石強度、級配結(jié)構(gòu)、含水率、混合料均勻性、壓實度、養(yǎng)生方式、養(yǎng)生期間氣候條件等多個因素有關(guān)，《公路路面基層施工技術(shù)細則》JTG/T F20-2015關(guān)于水泥劑量要求為“對水泥穩(wěn)定材料，工地實際采用水泥劑量宜比室內(nèi)試驗確定的劑量多0.5～1.0個百分點，采用集中廠拌法施工時宜增加0.5個百分點”[2]。結(jié)合項目特點、材料特性、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場鋪筑效果及芯樣強度等綜合考慮，項目在采用P.O42.5水泥的條件下，底基層生產(chǎn)配合比水泥劑量為3.4%，7d無側(cè)限強度代表值達5.2MPa；基層生產(chǎn)配合比水泥劑量為4.4%，7d無側(cè)限強度代表值達6.3MPa。

4 結(jié)論

1）在一定的水泥劑量范圍內(nèi)，水泥穩(wěn)定碎石混合料7d無側(cè)限試件強度代表值與水泥劑量成線性關(guān)系。同一標(biāo)號水泥下，隨著水泥劑量的增加，7d無側(cè)限試件強度代表值增大。

2）同一水泥劑量條件下，水泥穩(wěn)定碎石混合料采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥比采用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥的7d無側(cè)限試件強度有顯著增加。試驗表明，隨著水泥標(biāo)號的增加，水泥穩(wěn)定碎石混合料強度增加。

3）工程中采用標(biāo)號較高的水泥，水泥穩(wěn)定碎石混合料早期強度高。同時，水泥穩(wěn)定混合料現(xiàn)場強度還與水泥劑量大小、碎石強度、級配結(jié)構(gòu)、含水率、混合料均勻性、壓實度、養(yǎng)生方式、養(yǎng)生期間氣候條件等多個因素有關(guān)。