水泥稳定碎石水泥用量的探讨

摘要：目前，高速公路水泥稳定集料的基层早期破坏较为严重，在设计、施工过程中存在片面追求高的早期强度而忽视水泥稳定基层综合路用性能的问题。而在国内各地的多条道路实际检验的7d抗压强度和抗压回弹模量均远高于设计值，但强度越高的路段开裂情况越严重。本文通过检查路面基层实际所受荷载大小，试验研究水泥稳定碎石在不同水泥用量下的强度、干缩特性以及回弹模量的关系，并提出合理化的建议。

关键词：水泥稳定集料 水泥用量 干缩特性 水泥强度 回弹模量

前言

随着交通量的增长、车辆轴重加大、早期破坏严重，使施工、设计单位由于认识上的误区而对水泥稳定集料回弹模量的取值有越来越高的趋势。部分单位认为强度不足、施工质量是破坏的主要原因之一，盲目追求高强度，而忽视诸如抗温缩及干缩、冲刷等性能的要求。并在设计及施工中要求使用高剂量的水泥，产生高强、高刚度的基层，这使得模量的取值远远超出了规范推荐的范围。由于过于追求强度指标，导致在材料组成设计、结合料剂量、基层模量方面的忽视。这样设计和施工出来的材料，在温度条件变化、干燥失水以及行车荷载等外部因素综合作用下，造成混合料的温缩、干缩裂缝和混合料的松散，破坏了半刚性材料的板体性能，大大降低了其承重能力。

1水泥稳定碎石的强度特点

1.1两种破坏形式

一种是由于半刚性基层强度不足，当路表水进入半刚性基层后，由于半刚性基层的软化而造成强度失稳，从而在路面结构表面形成坑槽；另一种形式是半刚性基层强度过高，开裂在所难免，当路表水进入路面结构后，不仅会软化半刚性基层表面，而且水会沿裂缝深入整个半刚性基层内部，导致路面结构发生根本性的损坏，在交通荷载作用下，这种破坏进一步加剧。因此要控制半刚性基层材料的强度在合理的范围内，不能低也不宜太高[1]。

1.2强度及模量特点

从路面结构承受压力方面考虑，路面各结构层所用的材料应与其所受的应力水平相适应，理想的路面结构材料强度比应符合： 路面结构面层材料强度应高于基层材料。基层材料的强度要大于底基层材料，路面结构层的强度从上到下应有一个合适的比值。对于半刚性基层沥青路面结构来说，按照设计规范推荐的材料模量取值范围，沥青混合料材料模量与半刚性基层材料的模量范围非常接近，意味着对于目前的半刚性基层沥青路面结构，面层材料与基层材料的模量比接近于1，路面结构中垂直方向应力分布的情况，只有当上层模量大于下层模量时，路面结构内的垂直压应力才会变小[2]。

2水泥稳定碎石室内试验

2.1原材料及各项指标

（1）水泥：河北宣化黄羊山产的32. 5#普通硅酸盐水泥，各项检测指标。

（2）集料：东山碎石场自产石料，集料分为四档19-31.5mm（简称I档料）、9.5-19mm（简称II档料）、4.75-9.5mm（简称III档料），0-4.75mm（简称IV档料），均为石灰岩。其各自的性质均满足规范要求。

（3）水泥稳定碎石混合料级配组成

2.2击实试验

混合料的最佳含水量和最大干密度的确定采用击实试验的方法进行。在不同水泥剂量条件下分别进行击实试验，根据击实结果，按最佳含水量ω0和干密度ρd 采用静压成型方法制备尺寸为15cm×15cm的圆柱体试件，在标准养护室保湿养生6d，浸水1d，经7d无侧限抗压强度试验结果[4]，确定出最佳水泥剂量，并以该水泥用量制件，进行干缩试验。水泥稳定碎石试件试验指标。

由结果及水泥稳定碎石抗压强度标准[3]可知4.5%以上的强度才可以满足设计要求。

试验结果对比分析可知，振动压实比重型击实方法更加满足道路施工要求，能更好的模拟现场芯样强度，其强度平均值约为静压法的两倍左右，因此实际路面基层的水稳强度能满足设计要求，单纯的增加水泥用量来提高强度没有意义。

2.3干缩试验

1试验步骤

在8个水泥用量的最佳含水量条件下，采用静压成型9根10cm ×10cm × 40cm的中梁试件，每个方案各3根梁。间隔为6.5h，置于标准养护室保湿养生7d之后，取出放在玻璃板上，在室内自然湿度下风干，测定不同失水率的收缩情况。利用常规的应变仪测量中梁的干缩变形，试验持续到含水量不再减小，试件体积基本不变为止。

利用所测得的试件干缩量和相应的失水量，按εd=Δl/l式（式中，εd为干缩应变，指水分损失引起的试件单位长度的收缩量，×10-6；l表示两测定应变片中点间的距离，取20cm；Δl为干缩量，指由于水分损失时试件的收缩量，× 10-3）计算出试件的干缩应变和平均干缩系数。一次循环干缩试验时间为28天。第一次循环干缩试验结束后，进行第二次循环干缩试验（试件浸水1min后，将其取出并置于玻璃板上继续观测），二次循环干缩试验时间为接下来的32天，这样既可得到28天和60天的干缩应变和干缩系数。

3试验结果分析

水泥剂量是影响水泥稳定碎石强度的主要因素。水泥剂量为3%～4%时，混合料干缩应变最小，大于4%后干缩应变应变随着水泥剂量的增加线性增长；因此水泥剂量的减少能大大减少初期裂缝的发生。

由前文所做无侧限抗压强度试验得，水泥剂量达到4.5%以上才能满足规范要求，而水泥计量超过4%时，干缩应变开始明显增加，初期裂缝也会因为干缩应变的加大而变得严重。而由表4分析可知，水稳基层的实际强度要高于静压法约一倍，能满足规范要求。因此，规范实际要求的无侧限抗压强度偏高，水泥剂量过大而造成干缩现象严重，初期裂缝增加，最终导致路面过早破坏。

4结论

（1）振动法比静压法的试件能更好的模拟现场芯样强度，振动法7d，28d，60d的无侧限抗压强度都大于静压法的两倍，而芯样的强度平均值约为静压法的两倍左右，因此实际路面基层的水稳强度完全能满足设计要求，单纯的增加水泥用量来提高强度是没有意义的。

（2）满足规范要求强度的水泥剂量往往干缩现象严重，而实际路面水稳基层的强度高于静压法约一倍，远高于规范要求。静压法过分追求规范要求的无侧限抗压强度，会导致水泥剂量过大而造成干缩现象严重，最终导致路面过早破坏。

参考文献：

[1]孟书涛. 沥青路面合理结构的研究[D].南京：东南大学，2005

[2]沙庆林. 沥青路面[M]. 北京：人民交通出版社，1984.12

[3]JTJ034-2000，《公路路面基层施工技术规范》[S]

[4]JTJ057-94（T0804-94），《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[S]