二灰碎石路面基层掺加适量水泥的探索及应用

摘要： 二灰碎石具有很好半刚性性能，并具有整体性能高、水稳性好、刚度大、承载能力高等优点，目前已广泛应用于我国高等级公路的基层结构设计施工中。然而，二灰碎石基层路面在早期抗压强度较低，很大程度上延长了施工工期，并且通车后的初期使用阶段的整体性能较低。因此，在经济、简单、方便的前提下，为有效提高其早期强度，确保使用质量，通过研究发现，在二灰碎石路面基层中掺加适量水泥可有效提高基层的早期强度，完全符合公路路面基层的抗压强度标准，操作简便、经济，同时可提前投入使用，有效缩短工期。

Abstract： Lime-flyash crushed stone has good semi-rigid performance， and has advantages of high overall performance， good water stability， big stiffness， high load carrying capacity， hwhich as been widely used in the primary structure design and construction of China's high-grade highways. However， lime-flyash crushed stone base pavement has lower compressive strength in the early period， largely extending the construction period， and the overall performance of the use of early stage after the opening is lower. Therefore， under economic， simple， convenient premise， in order to effectively improve the early strength， be sure to use quality， through the study， it finds that mix the appropriate amount of cement in lime-flyash crushed stone base pavement can effectively improve the early strength of Roadbed， is compliance with the road the pavement compressive strength standard， easy to operate， and can be put to use in advance， effectively shortening the construction period.

关键词： 路面基层；二灰碎石；配合比；掺加水泥

Key words： pavement base；lime-flyash crushed stone；mixing ratio；cement addition

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0089-02

0 引言

随着我国交通运输的快速发展，二灰碎石路面因其所独有的半刚性特点，并具有工程施工污染小、路面稳定性好、后期强度持续增高、取材方便并可依此来解决火力发电厂的粉煤灰的出路等优点，越来越被广泛地应用于路面基层建设。然而，二灰碎石路面尚且具有早期强度低、在恶劣自然环境下易产生变形、在载荷力、温度及温度的影响下易产生裂缝，并造成面层上“反射裂缝”的形成，在雨雪天气下可使路面稳定性降低，易造成路面早期损坏严重等缺点。下面结合当地这些年来路面的施工及养护经验，探索二灰碎石路面基层掺加适量水泥这一结构的特点及其应用。

1 二灰碎石配合比与路面裂缝的关系

二灰碎石作为路面基层为半刚性材料，水泥二灰碎石属半刚性基层材料，以基层半刚性特性来看，裂缝产生的原因通常并不是直接由公路载荷造成的，公路载荷仅是裂缝产生的外因。在施工及早期使用的过程中，因二灰碎石水分蒸发后并在温度变化的作用下，可产生很大的内应力，当内应力大于材料结构的应力极限后从其内部断裂形成裂纹，可见，基层的干缩及温缩才是裂缝形成的主要原因。二灰碎石基层材料主要为集料，产生的化学反应以钙化为主，过程中易造成收缩裂缝，因此温缩是造成裂缝的内因。该种形式的裂缝在施工过程中是难以控制的，但优化混合配合比可有效减少和控制基层开裂，因此，选用合适的配合比是防止路面裂缝的关键。

2 二灰碎石配合比的优化及选定

2.1 原材料的性能 试验室内所采用的各种材料均取自于施工现场，且均未做二次加工处理，以确保室内试验结果接近于工地实际使用性能，各种材料的性能分别如下：

①碎石。碎石取石屑、5～10mm碎石及10～20mm碎石，级配采用实际施工配合比。

②石灰。选取的生石灰中含有的MgO及CaO总量占82.5%，为二级石灰。

③粉煤灰。粉煤灰中的有效成份及其含量分别为SiO2，占46.76%；Al2O3，占23.37%；Fe2O3，占4.48%，烧失量18.53%。

④选用32.5级硅酸盐水泥。

2.2 试验室试件成型及其配合比 为了研究二灰碎石基层采用不同水泥比例对其早期强度的影响，同时结合实际施工情况，试件成型及其配合比参数如表1所示，成型制成的试件为Φ×H=120×120mm园柱体，在不同的龄期对其抗压强度进行测定，对其早期性能进行对比，同时选定出最佳水泥配合比。

由表1不难看出，采用不同水泥比例的二灰碎石配合比，对其最佳含水量及最大干密度的影响并不大。

2.3 对其强度进行测试 采用表1的配合比参数制成圆柱体试件，用塑料薄膜密封好后置于室温环境进行养生，记录其龄期，在不同龄期对其抗压强度进行测验（测定前对其饱水24h）。

由表2试验证明，（a）二灰碎石掺入适量水泥可有效提高路面基层早期的抗压强度，完全符合公路路面基层的抗压强度标准。（b）掺入适量水泥后有效提高了基层的早期抗压强度的同时，在公路的后期使用中，其强度也有明显提高，可有效提高公路的使用性能及使用寿命。（c）基层的早期强度与掺入的水泥量成正比，水泥比例越大，越能提高早期强度，但这同时也增加了工程成本，水泥比例过小，则会造成辅料混合不均，使施工难度加大，早期强度提高不够明显，路面抗压性能不稳定。因此，结合经济条件、基层早期强度要求及施工情况进行综合考虑，通常掺加水泥适量比例可采用1～2%。

2.4 工程施工实际应用及使用效果 投入试验阶段，为验证二灰碎石掺入水泥后实际应用的早期强度及施工情况，以我县某路段作为试验路段进行铺设，同时采集并记录试验路段的各种数据，将其最佳含水量、干密度、配合比等数据与试验室数据进行对比。混合料混合采用强制式拌和机，采用机械摊铺，碾压后对其含水量及干密度进行检测，完成施工后于不同龄期测试弯沉性能。弯沉测试结果如表3所示。

由表3可知，随着水泥掺入量的增加，试验路面的弯沉量随之逐渐降低，也就是说路面基层的抗压强度在逐渐增加。在试验记录过程中，随着水泥掺入量的继续加大，路面形成的反射裂缝开始增多，这说明水泥掺入量过大反而会降低公路路面的整体性能。

3 养生

在二灰碎石铺筑完成后的次日开始进行基层的养生工作，养生方法主要为向基层洒水，根据天气情况确定每日的洒水次数，以确保基层表面始终保持湿润或潮湿状态。洒水量应以表面不流淌且形成一定厚度的水膜为准，以防流水将浆液冲走，通常洒水量约为3L/m2～5L/m2。完成养生后若不能及时开始进行后继工序，可在基层面撒封层油养护，且不可长期曝晒或暴露于自然环境下，同时做好交通疏通工作，禁止通行一切车辆。

4 讨论

4.1 二灰碎石的经济及技术分析 原设计的二灰碎石强度为1.0MPa左右，掺入1～2%的水泥后强度可达1～8 MPa，一方面是由于水泥颗粒的水化作用形成的水泥架构，在二灰碎石中形成晶格网络，提高了二灰碎石的强度和韧性；另一方面水泥水化后形成的Ca（OH）2成分对粉煤灰有较强激活作用，使其中的Fe、Al、Si等氧化物更充分地与碱性物质发生反应，生成与水泥水化后相似的硬凝胶物质；由于较多的硬凝胶物质的作用，矿料之间的粘接性大大增强，进一步增加了二灰水泥碎石的强度。

4.2 二灰碎石路面基层中掺加适量水泥结构特点

4.2.1 随着交通流量及车辆轴载的不断增大，对公路的交通运输承载要求也越来越高。具有半刚性性能的二灰碎石路面基层中掺加适量水泥，因其较高的刚度及抗压强度正好可以满足这一要求，同时还可有效提高公路的抗弯、抗拉强度，并可有效延长公路的使用寿命，因此，基层采用二灰碎石路面基层中掺加适量水泥铺设的沥青路面具有较高的载荷扩散能力及不易变形等优点。

4.2.2 因二灰碎石路面基层中掺加适量水泥具有整体性能优良、刚度大等特点，有效降低了沥青面层所受到的弯拉应力，从而可有效提高面层的载荷能力及抗疲劳破坏能力。

4.2.3 在早期，公路基层材料采用级配砾石及级配碎石虽然具有较高的综合性能，然而其对碎石和砾石的质量要求较高，且随着原材料需求量的日益增大及矿产资源日益枯竭的现实状况，使得其工程成本越来越高。而采用二灰碎石路面基层中掺加适量水泥施工工艺，对石料的要求并不多高，可适当降低石料质量等级，通常就地取材便可满足使用条件，可有效降低原材料成本及运输成本。

4.2.4 半刚性基层材料与以前使用的公路基层材料相比有着更大的灵活性和适应性，例如：用二灰碎石路面基层中掺加适量水泥半刚性基层材料，其7天的抗压强度可以随着水泥剂量的变化达到1MPa～4MPa。

二灰碎石路面基层中掺入适量水泥可有效提高基层强度，具有操作简便、经济、取材方便等特点，结合施工操作情况、经济条件、试验测试结果及实践观察结果来看，其水泥的掺入比例最佳值为1～2%。二灰碎石掺入水泥的路面基层介于二灰碎石和水泥碎石之间，可有效降低车辆通行对早期强度形成的破坏，提高其早期强度，减少相对于水泥碎石上的沥青类路面容易出现的横向裂缝，可提前投入使用，有效缩短工期。尤其适宜生石灰、粉煤灰资源丰富，便于就地取材，与采用水泥碎石相比更加经济的地区，进行当前的县乡道路升级改造，及封闭施工困难、需要尽快通车的公路大中修养护工程应用。对于新建高等级道路适合机械化施工的工程，建议不要采用。

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