浅谈公路路面基层结构材料的使用

【摘 要】通过对石灰、粉煤灰碎石与水泥稳定碎石两种基层材料的优缺比较，得出水泥稳定碎石的优越性，为工程建设者提供参考。

【关键词】二灰稳定碎石；水泥稳定碎石；基层

1　前言

路面基层是沥青路面结构道路的主要承重层，因此基层质量的好坏直接影响到路面长期的使用效果及道路的使用寿命。在盐城地区国省干线建设，多年来基层采用的主要结构是二灰稳定碎石，甚至现在有些农村公路的县道依然使用这种形式，但随着工程技术人员对材料特性的不断认识和工程建成后的使用效果，逐渐认识到二灰稳定碎石基层确实存在一定的缺陷。近年来，水泥稳定碎石在公路建设中不断得到了推广和使用，特别是在高速公路建设中得到了广泛应用并取得了很好使用的效果，目前在盐城范围内所建设的高速公路（如沿海公路盐城段、盐徐公路、宁靖盐高速盐城绕城段等）底基层和基层均采用水泥稳定碎石，目前在江苏省交通重点建设项目临海高等级公路正全线推广应用抗裂型水泥稳定碎石基层。诚然水泥稳定碎石在使用的过程中也出现过诸多问题，专家对问题的解决办法也不一致，但这绝不掩盖水泥稳定碎石在工程中使用的优越性。为此笔者进行了大量试验，针对两种混合料在工程中使用的优缺点做一简要的分析和比较，供广大工程建设者参考。

2　二灰碎石基层

二灰碎石基层是指石灰、粉煤灰，级配碎石按照一定的配比加水拌和通过机械压实后经过一系列物理化学作用形成的，属于半刚性无机结合料，其优点主要有：（1）成型整体性好，（2）水稳定性好；（3）承载能力大；（4）材料来源丰富；（5）价格低廉；（6）强度和刚度能够满足路面结构的要求。

缺点：在使用二灰碎石作为基层的道路工程中，不是国省干线建设工程项目出现了由于基层缺陷影响沥青路面使用效果的情况，如国道204大丰段、省道329阜宁段，都是由于二灰碎石基层的膨胀，不仅影响了沥青路面的平整度，甚至使路面起包、起拱、破碎，大大影响了行车舒适性和安全性。经过国内公路建设的知名专家的论证，这种现象形成的原因是原材料中粉煤灰的SO3等有害成分含量过高，SO3遇水发生化学反应后体积膨胀（体积膨胀率可达3%～17%）致使二灰碎石基层结构破坏，导致路拱现象的发生。那为什么含有SO3的混合料碾压成型后遇水体积会膨胀呢？因为硫酸根离子在混合料中遇到钙离子生成硫酸钙（俗称石膏），该物质遇水后结晶导致体积膨胀，同样硫酸根离子在混合料中遇到钠离子生成硫酸钠（俗称芒硝），该物质遇水后结晶也导致体积膨胀。膨胀对于道路的损坏是一个过程性的，随着地下水或地表水的不断浸入破坏程度也逐渐加重。目前盐城及周边县市诸多国、省干线、县道等已出现了不少由于该原因导致的路面损坏。那为啥二灰碎石混合料基层应用多年而只有近几年才逐渐出现问题呢？经各方研究发现主要原因是因为近年来随着国家对大气环境的不断重视（节能减排），原先电厂直接向空气中排放的硫，通过脱硫装置转移到废料中，电厂将废料直接加入粉煤灰中大大提高了粉煤灰的含硫量，为此盐城市交通运输局质量监督站以文件的形式要求所有公路建设项目中二灰碎石用粉煤灰中SO3含量不大于3%宜小于1%。

3　水泥稳定碎石基层

水泥稳定碎石是指水泥、级配碎石按照一定的配比加水拌和通过机械压实后经过一系列物理化学作用形成的，属于半刚性无机结合料。水泥稳定碎石基层不仅具备二灰碎石基层所具备的优点，相对于二灰碎石基层水泥稳定碎石作为半刚性材料，在整体性、承载力、刚度、水稳性方面更具有优势，特别是早期强度方面，由于水泥稳定碎石的早期强度远高于二灰碎石，因此就能够给施工赢得更多的时间，大大节约了施工工期。如在工期较紧的情况下采用二灰碎石基层，上面结构层施工时重型机械的作用可能会导致二灰基层的潜在破坏，影响基层的整体性能。

缺点主要是容易出现横向裂缝，在盐城范围内，使用水泥稳定碎石作为基层的部分公路相继出现了反射到沥青面层的横向裂缝，例如国道204盐城绕城段、省道331盐城东段，基层的横向裂缝能够反射到沥青上面层说明在水泥稳定碎石基层肯定形成了比较明显的裂缝，如果不对裂缝进行即使灌缝处理，在雨水和车辆荷载的反复作用下必将破坏路面基层和沥青路面的整体性能，最终导致路面结构的破坏影响行车安全性、舒适性。多年的施工经验表明水稳基层裂缝的形成主要有以下三个方面的原因：（1）级配碎石的细料和粉尘含量过高；（2）过分追求混合料强度导致水泥用量过高；（3）标准试验不准确导致最佳含水量偏高。在江苏省交通工程重点建设项目临海高等级公路中省临海办以发文的形式下发抗裂型水泥稳定碎石基层施工指导意见（省临海办【2012】第44号），对该三个方面提出明确要求，以尽量减少甚至避免裂缝的出现，取得了很好的效果。水泥稳定碎石基层主要是做好以下几项控制：

（1）级配碎石的级配控制，对每档筛孔的通过率均提出了明确的要求（这与基层施工规范的要求有所不同）。在施工过程中可采用在输送带上取白料的方法对级配进行检测。良好的合成级配来自每档料的合理级配。因此在原材料选择的过程中应重点关注每档集料的继配和形状（针片状含量），如果粉尘含量过高必要时应采用水洗的方法降低其粉尘含量，保证其级配合理性。总之最终应避免形成悬浮结构的级配形式。

（2）水泥及用量控制，水泥新规范的实施，普通硅酸盐水泥取消了32.5MPa强度等级的产品，因此目前工程中采用的水泥为42.5MPa强度等级的缓凝硅酸盐水泥，水泥初凝时间应不小于3小时、终凝时间不小于6小时。为防止横向裂缝的出现，在满足设计强度的前提下更应尽量控制水泥用量，水泥剂量宜控制在3.5%～4.5%，不应大于4.5%。

（3）最佳含水量控制，水泥稳定碎石混合料的标准击实试验不像细粒土容易做，因为混合料的最大干密度对含水量不敏感，而混合料的含水量对其强度和裂缝形成会产生明显的影响，这就要求试验室应进行细致的试验为施工提供准确的含水量。同济大学的教授认为，混合料的最佳含水量应和集料的饱和面干含水量和水泥水化反应所需用水量之和相当。

（4）水泥稳定碎石基层裂缝的处理，各方专家在对水稳裂缝方面存在不少分歧，但主要有两种观点，一种观点认为水泥稳定碎石基层裂缝的出现是难以避免的，因此在基层施工完成后在保证养生条件的情况下，尽量推迟上面结构层的施工，让基层足够的稳定，裂缝充分的形成，有的提出对水泥稳定碎石基层进行切缝，对裂缝处理后再进行上面结构层的施工，这将避免沥青面层反射裂缝的出现。另外一种观点认为水泥稳定碎石施工完成后应立即进行上面结构层的施工，这样就能形成封闭的养生环境，利于基层的养生及强度的形成，同时能够在一定程度上减少裂缝的形成。当然通过优化配合比设计，采用抗裂型水泥稳定碎石，也可以减少裂缝的形成，这在临海高等级公路工程中收到了很好的效果。

综上所述，两种基层材料的使用都有其优缺点。