水泥穩定碎石變形性能及其影響因素研究

沐愛銘

摘 要：隨著社會的發展和基礎設施的完善，人們對道路的性能要求也越來越高。水泥穩定碎石作為一種新型的基層材料，不僅具有較高的強度和剛度，還具有較好的穩定性、整體性和抗凍性等，受到廣泛的應用。同時，水泥穩定碎石變形性能也產生了很多不利影響，還需要不斷地完善和改進，本文將對水泥穩定碎石的變形性能及影響因素進行討論。

關鍵詞：水泥穩定碎石；干縮變形；溫縮變形

1 水泥穩定碎石

1.1 水泥穩定碎石的應用

水泥穩定碎石是一種新型的道路路面結構，利用水泥的水硬性與級配碎石結合，通過壓實、固化等一系列機械操作及化學變化使其結成板體，是一種半剛性結構，具有較高的強度和剛度，同時還具良好的水穩性、整體性和抗凍性。水泥穩定碎石是一種理想的道路結構，因此主要應用于高級路面的基層及底基層，是路面結構的主要承重部分。水泥穩定碎石層簡稱“水穩層”，通過承受縱向的車輛荷載壓力，并將壓力傳導、擴散至墊層或土基。水穩層需要足夠的強度、剛度以及水穩定性，防止由于潮濕等自然因素導致的路面損壞。

1.2 水泥穩定碎石的作用

水泥穩定碎石是硬質路面和土質路基的過渡層，能夠有效地與路面及路基相結合，形成一個整體；由于水穩層具有較高的強度和剛度，能夠承載足夠的負荷和壓力，達到公路建設施工要求，因此能有效地減少建設成本；水穩層具有一定的韌性，能將壓力擴散至路基，增加承壓壓力；由于水穩層的水穩性及抗凍性，能有效減少惡劣環境的負面影響，保持路面穩定。

2 水泥穩定碎石變形性能的影響因素

2.1 水泥穩定碎石的溫縮變形

水泥穩定碎石基層在溫度驟然下降或回升時，易發生溫縮變形。為了具體研究這一特性，可設計實驗研究，首先選取標準極配的水泥穩定碎石，通過液式壓力機將其壓縮成形，放置標準養護室進行保溫養生。7d后取出將其進行干縮實驗，對風干狀態下的水泥穩定碎石進行溫度實驗，并記錄溫縮系數和溫縮應變，同理進行飽水狀態的實驗。實驗顯示，在驟然變溫時，水泥穩定碎石基層材料的溫縮系數和溫縮應變會急劇變大。風干狀態下，在-10～10℃之間，飽水狀態下，在30～40℃之前和-20～-10℃之間，溫縮變形系數和溫縮應變較大。

2.2 水泥穩定碎石的干縮變形

水泥穩定碎石作為公路建設基層材料，會因內部發生的水化作用使水分減少，形成干縮，造成路面的反射裂縫。產生干縮裂縫一般有兩個時段，首先在水泥穩定碎石壓實成形至養護時期，這一時期由于水泥穩定碎石材料自身的水分蒸發，易發生干縮變形；其次在養護時期至瀝青封層過程中也容易從飽水狀態轉變到干燥狀態，產生基層的裂縫。

2.3 含泥量及材料級配

材料級配是保證工程施工質量首先要考慮的問題，水泥穩定碎石集料及配合要符合相關規定。水泥穩定碎石的干縮性主要與水泥的含量有關，隨著含泥量的增加，水泥穩定碎石的干縮率也增大。實驗顯示，含泥量為6%的水泥穩定碎石比含泥量4%和5%的水泥穩定碎石干縮率大了許多，因此在滿足密度、強大等指標的前提下，應考慮盡量減少水泥的含量。

2.4 外加劑和混合輔料

水泥穩定碎石中可以添加適量的外加劑，有效控制其收縮變形。如在水泥穩定碎石中添加纖維，能夠減少基層材料剛性，提高抗裂能力。由于摻和纖維對水泥穩定碎石的路用性能影響因素較大，因此應慎重選擇，保證水泥穩定碎石基層質量。通過添加膨脹劑、鋼渣、煤灰、鋼筋等材料也能對水泥穩定碎石的變形產生影響。

3 水泥穩定碎石變形性能不利影響的解決措施

3.1 添加膨脹劑，增加穩定性

膨脹劑是一種水泥混凝土中常用添加劑，目前使用較多的膨脹劑主要有CaO或MgO類和鈣礬石類，由于鈣礬石類膨脹劑性能穩定，使用更多。通過專家們的不斷研究和改進，發現通過添加膨脹劑可以有效地補償水泥穩定碎石的干縮變形，7%左右的劑量最佳，能夠有效減小水泥穩定碎石在環境濕度變化時產生的變形，但是過量的膨脹劑也會削弱其效果，并降低水泥穩定碎石的強度，因此，在添加膨脹劑時應注意劑量。

3.2 摻和鋼渣等材料，抑制收縮變形

鋼渣具有潛在的水化活性，鋼渣的顆粒可以在水泥穩定碎石混合料中作為填充料，增加水泥穩定碎石的密實性。水泥穩定碎石基層材料在壓實成形后，會由于干燥和內部水化等原因造成水分的揮發減少，水泥穩定碎石的體積也因此收縮，在材料中加入鋼渣對比發現，加入鋼渣的水泥穩定碎石的變形明顯減小，并隨著摻量的增加，效果也越好。在鋼渣的選擇中也發現，細微的鋼渣效果會更好，較粗的鋼渣雖然也能對其產生一定影響，但不如細小的鋼渣明顯。

3.3 加強養護，控制變形

加強養護，及時進行保濕養生，也可以減少水分的發揮。由于水泥穩定碎石內部的水化作用是放熱的，因此在澆注初期，內部溫度較高，但是由于散熱較快，影響較小。在正式投入運行后，外部環境氣溫的變化，如季節變化及晝夜溫差變化，則會引起基層的變形，因此在養護初期，要充分考慮其溫度收縮性能，加強養護。

3.4 基層橫切縫預處理

在路面進行人為切縫，鋸縫深度以板厚為止，控制在5～10cm，縫寬則以一個鋸片厚度為宜，約為0.5cm，鋸完之后用高壓風機進行清縫，保持縫內清潔；切縫后及時用熱瀝青灌縫，灌縫后在切縫處平鋪玻璃纖維格柵，縫在所鋪玻璃纖維格柵的中線處，平鋪砍斷約2m。施工中要注意路面清潔，對局部坑洞、路面嚴重不平的路段進行整平；在攤鋪玻璃纖維格柵時，先噴灑粘層油，再鋪開玻璃纖維格柵，先將一段玻璃纖維格柵固定，另一端用人工或機械固定。

4 結束語

由于水泥穩定碎石會受一定條件和因素的影響，產生變形，因此還需要不斷地探索和實踐。通過在水泥穩定碎石中加入膨脹劑和鋼渣等材料，能夠增加水泥穩定碎石的穩定性，減小收縮變形的影響，在不影響路面承載能力的基礎上，延長路面的使用壽命。

參考文獻

[1]孫兆輝，許志鴻，陳興偉，等.水泥穩定碎石基層材料干縮變形特性的試驗研究[J].公路交通科技，2006，23（4）：27-32.

（作者單位：南通市交通建設工程有限公司）