水泥稳定碎石配比设计分析及路面性能研究
时间：2021-01-09 12:03:00 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
（中交通力建设股份有限公司，陕西，西安，710075）
【摘要】水泥稳定碎石在我国公路工程中有着广泛的应用，本文对水泥稳定碎石的强度原理以及原材料等做了简要介绍，分析了水泥稳定碎石配合比设计原则方法，最后对路面性能的各种特性进行了综合研究。实践表明，为了保证水泥稳定碎石基层的高强度和抗裂性等性能，以及高质量的路面性能必须进行合理的配合比设计。
【关键词】水泥稳定碎石；水泥稳定碎石基层；配合比；路面性能
1 引言
随着我国国民经济快速健康发展，公路承载的交通量日益增加，这就对公路路面的主要承重层也就是路面基层提出了更高的要求，而水泥稳定碎石具有强度高、整体性强、刚度大、稳定性和抗冻性好、抗行车疲劳能力强等特点，因此广泛用于高等公路基层建设。近年来施工现场水泥用量呈现增加趋势，造成基层强度过大，导致基层收缩开裂现象相当严重。铺筑面层后，在行车荷载和环境因素作用下，基层裂缝进一步反射到沥青面层上来形成反射裂缝，进而影响到路面的使用性能和使用寿命，这就对水泥稳定碎石配比设计提出了更高的要求，以满足路面性能的高要求。本文就水泥稳定碎石强度如何形成的原理，以及配比设计对路面性能的影响进行了分析研究。
2 水泥稳定碎石的原材料及强度原理
水泥稳定碎石是一种半刚性材料，具有良好的力学性能和整体性、稳定性、抗冻性以及耐久性，相比二灰碎石更能满足高级公路对基层的要求，所以近年来广泛应用于重载交通以及连续交通的路面基层施工中，不仅可以收益提前，工期缩短，而且还减少了道路的全寿命周期的费用。
2.1水泥稳定碎石强度形成原理
水泥稳定碎石的强度主要是由它自身的性质决定的，主要有嵌挤作用和水泥的硬化作用形成。水泥和集料按照一定的比例在最佳含水量下密实而成的混合料称为水泥稳定碎石，它是具有一定的颗粒按照大小排列组合而成的，小颗粒填补大颗粒的空隙原则设计的，因此当受到外力作用时，碎石便能够紧密的嵌挤在一起，颗粒间嵌挤和摩擦而形成内摩阻力，使水泥稳定碎石具有一定的强度和稳定性。水泥矿物质和水发生剧烈的水化和水解反应，并从溶液中分解出氢氧化钙，同时生成其他的水化物。各种水化物生成以后，有的硬化便形成了水泥石骨架，有的则与碎石中的其他矿物质发生碳酸化作用和硬凝反应，从而增强了水泥稳定碎石的强度。
2.2 水泥稳定碎石的原材料
水泥稳定碎石基层施工的关键在于选用的水泥，按照相关规范的要求普通的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山岩质硅酸盐水泥均可用于水泥稳定碎石的基层施工，并且水泥的初凝时间和终凝时间要在三小时和六小时以上，原则上不应采用早强、快硬水泥。碎石的最大粒径要求不得超过31.5mm，同时要求骨料压碎值不能大于30%；石料颗粒扁平及中细长的颗粒含量不得超过15%，而且不得掺有软质的破碎物或者其他杂质。结合料用来充填碎石空隙，通常以粉煤灰作为结合料来填充碎石空隙，以增加混凝土的和易性并且节约水泥。水泥稳定碎石对于水没有什么特别的要求，凡是饮用水即可。
3水泥稳定碎石配合比设计分析
水泥稳定碎石集料的自身强度和级配组成是影响半刚性基层承载力的重要因素。虽然水泥稳定碎石具有强度高、整体性好的优点，是用于高等级公路基层、底基层的常用材料，但水泥稳定碎石基层也具有易产生裂缝的缺点，而引起沥青面层的反射裂缝。因此，为了保证水泥稳定碎石基层的高强度和抗裂性性能，必须进行合理的配合比设计。选择良好的集料级配，适当的水泥碎石比例，确定混合料中合理的集料、结合料含量，从而设计出具有良好路用性能的混合料。要选用最大干密度的结合料(粉煤灰)填充集料(碎石)间的空隙，来提高混合料的最大干密度，从而改善混合料的力学特性，提高了水泥稳定碎石基层各方面的路用性能指标。
3.1 各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，才能达到较高的密实度和较大的摩擦力。因此，要求碎石有一定的级配，但是施工时所用的碎石颗粒不均匀，易造成原材料不符合工程要求，所以在实际工程中，要对碎石进行级配设计和级配调整，使其尽量满足设计级配的要求，水泥稳定碎石的混合料颗粒组成应符合表1的规定。
表1 水泥稳定碎石混合料的颗粒组成比例
筛孔（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075
重量百分比（%）10090-10072-8947-6729-4917-352-80-7
3.2 初步擬定配合比后，结合混合料的抗拉性、耐久性、刚度、抗裂性以及抗疲劳性等路用性能，得出最佳水泥、集料等含量，从而得出最佳配合比。
3.3 按照规范和设计要求配置室内试验试件，采用重型击实法确定最大干密度以及最佳含水量。具体试验方法参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)，养生温度20±2℃，养生湿度90%，在养生期的最后一天浸水24小时｡
3.4 根据确定的最大干密度和最佳含水量，控制水泥稳定碎石混合料，按要求压实度制备混合料，在标准条件下养护六天，浸水一天后取出做无侧限抗压强度试验。
3.5 水泥稳定碎石七天浸水无侧限抗压强度代表值应满足小于等于3.5-4.0MPa。
4 路面性能研究
4.1 路面性能研究
水泥稳定碎石基层的力学性能主要有无侧限抗压强度和劈裂强度。混合料要形成较好的强度,既要有足够的结合料粘结集料，又要有合理级配的集料形成坚实的骨架。经实践检验，结构密实性对混合料的后期强度影响较大。骨架结构对混合料早期强度产生影响的主要原因是，在抗压试验中，初期的破坏主要表现为石料与石料之间的分离，原因是硬化后的水泥､细集料强度不够高，以至于不能给粗集料骨架提供必要的约束。后期粗集料骨架的约束作用逐渐变大，粗集料的骨架作用得以充分发挥。所以混合料粗集料形成良好的骨架结构，抗压强度高一些。混合料中粗集料是否相互嵌挤形成骨架，以及集料之间内磨阻力对劈裂强度影响不大。对无机结合料稳定粒料土劈裂强度影响更多的是混合料中的粘结力以及水泥石与集料交界面过渡区的抗拉强度。劈裂强度的一般规律是级配越粗，劈裂强度就越低。
水泥稳定碎石刚度特性主要是研究分析水泥稳定碎石的抗压回弹模量值。试验证明随着龄期的增长，水泥稳定碎石混合料的抗压回弹模量总体上呈上升的趋势，集料在混合料中所占的体积不变时，混合料的抗压回弹模量变化也就不大。
至于影响水泥稳定碎石的温缩特性的因素，主要包括各组成矿物的含量和热胀缩性质以及结构的强度。各种胶结物、粘土矿物及次生矿物具有较大的热胀缩系数，而集料中的原生矿物一般有较小的热胀缩系数。
4.2 路面性能综合分析
《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)对于半刚性基层材料仅规定了7天的饱水抗压强度一个指标，其他指标并没有给出具体的明文规定，而评定路面质量的主要技术指标是路面平整度，它关系到行车安全、以及路面所受冲击力的大小和使用寿命。因此为保证路面性能有必要对各种指标进行综合分析，以确定各种指标间的关系，保证设计施工时，将各种指标都考虑进去。除此之外，还要综合考虑抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度、温缩开裂系数、干缩开裂系数、抗冲刷性能等一系列的指标，然后找到最大限度的满足上面各种性能的配合比。
5 结束语
实践表明，为了保证水泥稳定碎石基层的高强度和抗裂性性能，必须进行合理的配合比设计，保证路面的平整度。重视路基，加强施工管理，完善施工工艺，提高工程施工水平，还要要做到材料优良，配置合理，工艺先进，组织严密，就能实现高质量的路面性能。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000.
[2] 郭忠印,苏向军等.水泥稳定碎石基层施工质量控制[J].公路,2004(9).
[3] 郭永雄.水泥稳定碎石配合比设计方法的研究[J].山西交通科技,2011(5).
作者简介：
孙朝阳（1977-），男，陕西韩城人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：公路工程试验检测。
