半剛性基層（水泥穩定碎石）的路用性能研究及應用

張文昭

滎陽市公路管理局，河南滎陽 450100

隨著河南省高速公路的迅猛發展，國道、省道等干線公路也得到了長足發展，從而形成了河南省干線公路網絡大格局。同時新技術、新材料層出不窮且廣為應用。因此，干線公路創新貫穿于設計、施工和管理的全過程，新技術、新材料、新設備的應用，為河南省干線公路的快速發展提供了有力的技術支持。近年來，鄭州地區干線公路基層一直采用水泥粉煤灰穩定碎石基層，從工程實踐效果看，路用性能較好。盡管水泥粉煤灰穩定碎石作為基層可減緩裂縫，但它不可避免裂縫，而且要切縫，增加工程成本。隨著河南省小型火力發電廠的相繼下馬，粉煤灰數量愈來愈少，供需矛盾日顯突出，即使有也是過去已經陳腐很久的粉煤灰，其活性已大大降低，這就給我們公路工程設計及施工人員帶來了新的難題，因此新型路面結構的研究，將是下一步干線公路創新的重點。

1 水泥穩定碎石基層路用性能研究

1.1 水泥穩定碎石抗裂機理研究

1）骨架密實結構水泥穩定碎石混合料的抗裂能力得到大大提高，極大地延長水泥穩定基層的開裂時間；

2）基層施工時一定要保證足夠的壓實度以減少基層裂縫的產生；

3）水泥穩定碎石混合料的干縮主要是通過毛細管張力作用、吸附水基分子間力作用、層間水作用及碳化收縮作用4個過程引起的宏觀體積收縮。其干燥收縮值與材料剛度成反比，與含水量成正比；

4）水泥穩定碎石混合料中0.075mm 以下的細集料含量越多，混合料抵抗收縮能力越差；

5）水泥穩定類材料整體級配越細，干燥收縮越大；級配接近于懸浮結構，干縮性越大，且干縮破壞主要發生在早期；

6）嚴格控制水泥劑量，以減小干燥收縮。水泥含量越大，水泥碎石混合料抗裂性能越差；

7）混合料級配過粗（4.75mm 通過率29%）時基層彎沉值較大，級配較細（規范中值）時由于細集料偏多容易導致裂縫，因此建議集料級配制4.75mm 通過率為34%左右；

8）振動壓實成型方式極大的提高了試件的抗壓強度，密實度越大，試件干縮應變越小，故而減小基層開裂可以用增加壓實功能來改善。

1.2 水泥穩定碎石混合料抗裂特性評估方法

水泥穩定碎石混合料由于具有優良的路用性能而作為高級路面的基層，但其最大的缺陷就是開裂比較嚴重。水泥穩定碎石混合料干燥收縮是由于其內部含水量的變化使其宏觀整體體積收縮的現象。

目前，半剛性材料開裂的評價指標有干縮系數、溫縮系數、干縮抗裂系數、溫縮抗裂系數、干縮能抗裂系數、溫縮能抗裂系數等。

1.3 水泥穩定碎石混合料抗裂工程措施

1）選擇干縮、溫縮性能較好的混合料組成；

2）在施工中可摻加顯著降低收縮的外加劑，此類外加劑有水泥膨脹劑和水泥減縮劑，其中膨脹劑有氧化鈣類、氧化鐵類、氧化鎂類和發泡類等；

3）設置中間層；

4）施工控制。嚴格控制水泥穩定基層混合料含水量及水泥用量，確保養生的質量；

5）嚴格控制水泥穩定混合料的級配。適量增加粗集料用量，減少4.75mm 以下集料用量，特別是0.075mm 以下細集料應嚴格控制；

6）水泥品種的選擇。要盡量選用水化熱較小的緩凝普通硅酸鹽水泥，終凝時間宜在5h 左右。

1.4 水泥穩定碎石混合料配比研究

1）振動擊實及振動法成型試件條件下，級配對水泥穩定碎石混合料路用性能有顯著影響；

2）振動擊實及振動法成型試件條件下，水泥劑量對水泥穩定碎石混合料路用性能有顯著影響；

3）振動擊實及振動法成型試件條件下，依據強度滿足要求、抗裂能力最佳的原則進行水泥穩定碎石混合料配合比優化的結果，級配采用規范下限，綜合考慮抗裂特性及強度要求，水泥劑量為4.5%～5.0%。

2 水泥穩定碎石作為路面基層的應用

為驗證和充實室內試驗研究成果，探索水泥穩定碎石基層混合料在現場振動壓實作用下水泥穩定碎石的施工技術，2010年7月在S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程中鋪筑水泥穩定碎石基層，按照振動壓實優化的級配配比，修筑5.125km，取得良好的效果。

2.1 施工時間、位置

S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程水泥穩定碎石基層于2010年7月鋪筑，鋪筑路段K16+229—K21+354.436。

2.2 重型擊實試驗

室內重型擊實試驗結果：水泥穩定碎石混合料（5：95）最大干密度為2.42 g/cm3，最佳含水量為4.5%。

2.3 施工工藝

1）拌和

拌和設備：WBZ500 型、 產量400t/h。

拌和出場的混合料含水量應略大于最佳含水量（一般大于最佳含水量1%），本項目出場水泥穩定碎石混合料含水量為5.5%。

2）運輸

運料車數量：20 輛（達到攤鋪后返回拌和機不停機為限）左右，每車載重25t～35t。運輸時必須加蓋篷布，防止水分損失。

3）攤鋪

為提前精準鎖定即將發生異動事件，甚至是停運故障的配變設備，為運維人員主動運維、提前安排搶修工作贏得寶貴時間，有效防范配網異動風險，本文通過構建配變重過載、低電壓等異常狀態預警模型，能夠提前7天預測即將配變異常狀態的精準預測，可精確到96個時刻點。

攤鋪機：ABG423 型2 臺。攤鋪時打料必須充足、一致，勻速行駛。

4）碾壓

碾壓設備：雙鋼輪壓路機（YZC12 型）1 臺、振動壓路機（YZ20 型）1 臺、膠輪壓路機（YZ-25 型）1 臺。

碾壓工藝：先用雙鋼輪重疊1/3 輪跡靜壓、小振各1 遍→振動壓路機中振2 遍→膠輪壓路機碾壓4 遍。

5）養生

3 臺自噴式灑水車(8t)噴水養生，養生期間保持基層表面濕潤。

2.4 總結

1）振動成型水泥穩定碎石混合料試件強度與芯樣強度吻合；

2）嚴格按照振動法配合比設計結果進行施工裂縫明顯減少；

3）通過觀測表明，水泥穩定碎石混合料有好的抗裂及抗沖刷能力，且此種混合料在振動壓實作用下施工的基層彎沉值小，表明基層板體性好，承載能力高，有著優良的路用性能。

S314 線滎陽境古滎至廣武段大修工程基層施工及檢測結果表明，振動設計的半剛性基層材料配合比合理、設計方法可行，設計的混合料強度高、水泥劑量低、抗裂能力強。

2.5 施工注意事項

1）由于水泥穩定碎石混合料采用抗裂的骨架密實結構，混合料中0.075mm 以下的細集料含量要求不大于3%，所以對0mm～5mm的石屑要求非常嚴格，石屑中0.075mm 以下的細集料含量以不大于7%為宜，只有這樣才能達到低水泥劑量的要求；

2）骨架密實型混合料與傳統基層混合料相比級配范圍較窄，施工中應盡量避免級配變異，使生產的配合比與目標配合比和實驗室配合比相接近，并加大配合比的檢查頻率；

3）施工中水泥穩定碎石混合料含水量應控制為略高于最佳含水量。由于含水量影響到壓實、強度、裂縫等諸多環節，施工中一定要注意含水量的控制；

4）防止離析。混合料中粗集料含量大，易造成混合料離析。防止離析應從選料、卸料、攤鋪三個環節入手，最大限度減少離析；

5）注意碾壓方式和碾壓機械組合；

6）兩層水穩之間攤鋪前一定要撒足量大的水泥漿，以使層間結合良好；

7）加強養生。碾壓結束后不宜立即灑水，應待水泥終凝后2小時進行灑水養生；

8）水泥穩定碎石含水量不宜太大，否則容易出現干縮裂縫，平整度下降；

9）水泥穩定碎石強度形成穩定后可適量放行小型車輛，這樣可使基層表面浮漿脫落剝離，露出骨料，清掃干凈后鋪油可使層間結合更好。

3 結論

通過對水泥穩定碎石路用性能的研究探索及工程實踐應用得出結論：水泥穩定碎石基層板體性好，承載能力高，有著優良的路用性能。水泥穩定碎石基層施工不用切縫，既降低工程成本，又解決了基層摻加粉煤灰的難題，但必須嚴格控制施工工藝，精心組織，科學管理，嚴格施工程序，把好原材料進場關，級配、水泥劑量及含水量控制嚴格，碾壓及時，加強前期養生，就一定能夠取得預期效果。

[1]張紅春，李小重，于寧曉.平原區高速公路新技術應用與管理實踐[M].北京：人民交通出版社，2006.