水泥穩定碎石摻加粉煤灰技術探討

聶云剛，盛孝麗

（淄博市交通運輸事業服務中心，山東 淄博 255038）

引言

水泥穩定碎石以良好的力學強度、超群的抗疲勞性能和優異的水穩定性而著稱，長期被廣泛應用于高等級公路的基層。但是，由于其產生收縮裂縫較多，致使以水泥穩定碎石為基層的瀝青路面普遍產生反射裂縫和唧漿病害，造成路面變形和破壞，嚴重影響路面的使用品質和汽車的正常行駛。

國道克黃線臨淄段改建工程，設計標準為平原微丘區一級路，全長7.7 km，路面寬24 m，路面結構為4 cm SBS 改性瀝青SMA+6 cm 瀝青混凝土+下封層+3×18 cm 水泥穩定碎石。

1 強度形成原理

水泥加入土中并加水拌和后，水泥中的各個成分與土中的水分發生強烈的水解和水化反應，同時從溶液中分解出氫氧化鈣，并形成其他水化物。將水加入水泥后，主要的水化產物是堿性的硅酸鈣、鋁酸鈣和消石灰。前兩種產物是主要的膠結成分，而石灰則沉淀成為分離的透明的固體。膠結使非黏性土具有明顯的黏性，并使它能夠抵抗交通荷載或溫度應力所引起的形變。混合料中膠結面積增加，能夠改善材料的強度。

將水泥加入碎石中時，膠結很像混凝土中的現象，只是水泥并沒有填滿碎石顆粒間的孔隙。膠結作用主要靠硅酸鈣和鋁酸鈣與礦質顆粒表面的結合。

用水泥穩定細粒土時，膠結作用包括機械結合和化學結合兩部分。化學結合包括水泥和土顆粒表面的相互作用。土中的細粒含量增加時，顆粒的表面積也大大增加，水化水泥和顆粒表面間的化學作用的機會也大大增加。水化過程中產生的石灰在此化學作用過程中起著明顯的作用。首先它與顆粒表面附著的離子有交換作用；其次，石灰與硅土（鋁土）作用，在硅土（鋁土）顆粒表面形成輔助的含水硅酸鈣（鋁酸鈣）。這種離子交換作用使土的塑性減小，并使土對水分變化的敏感性變小。輔助的含水硅酸鈣（鋁酸鈣）是膠結物，它進一步使顆粒相互結合。土中細粒含量越多，輔助作用越重要。

缺乏細料的粗顆粒材料，可能需要過量的水泥，以保證形成一個滿意的水泥穩定層。對這種材料，實際上應該添加其他較細材料以改善其級配組成。因此，在水泥碎石中摻加一定量的粉煤灰改善其級配組成，提高其強度及抗裂性能。

2 材料要求和配合比設計

2.1 水

凡是飲用水均可用于水泥穩定碎石施工。

2.2 水泥

《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）規定，用于水泥穩定碎石的水泥可以是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥，其初凝時間應在3 h 以上，終凝時間宜在6 h 以上，水泥標號為32.5#。快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥不應使用。P·O32.5 水泥各項指標見表1。

2.3 集料

《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）規定，水泥穩定碎石用作路面基層時，顆粒組成應滿足表2 的規定。采用石灰巖碎石10～ 30 mm、5～10 mm、石灰巖石屑0～5 mm，配合比為45 ∶25 ∶30，合成級配見表2。

表2 水泥穩定碎石的合成級配

可以看出，細料含量明顯偏少，必將大大影響水泥穩定碎石的強度和抗裂性能。

2.4 粉煤灰

《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）規定，在水泥穩定粒徑較均勻的砂時，可以在砂中添加部分粉煤灰，但是對于粉煤灰的質量要求無明確規定。參照石灰工業廢渣穩定土中關于粉煤灰的各項指標要求來對粉煤灰的質量進行控制。粉煤灰各項指標見表3。

表3 粉煤灰主要性能指標

2.5 配合比設計

按照用粉煤灰取代部分石屑、總量保持30%不變的原則，分別按粉煤灰含量0%、4%、5%、6%、7%、8%、10%做了7 組對比試驗，水泥劑量為5%，各項指標見表4。

在取得7 d 抗壓強度的數據以后，發現粉煤灰含量≤6%時，其強度與粉煤灰含量成正比；在粉煤灰含量≥6%時，其強度與粉煤灰含量成反比。因此，經對比論證，確定試驗路段水泥穩定碎石中粉煤灰含量為6%。

3 施工及效果

基層施工采用集中拌和、機械攤鋪，施工控制要點與水泥穩定碎石控制要點基本相同。

養生溫度和延遲時間是影響水泥穩定碎石強度的關鍵因素。為保證水泥穩定碎石基層施工質量，施工應注意：（1）重點控制混合料的拌和質量，包括配合比、含水量等；（2）運輸時應進行覆蓋，以減少水分損失；（3）應盡量縮短延遲時間（從加水拌和到碾壓終了的時間），最長不能超過水泥的終凝時間，按3 h 控制；（4）應采用重型振動壓路機和光輪壓路機進行碾壓；（5）因養生濕度和溫度對水泥穩定碎石的強度影響很大，所以水泥穩定碎石要求覆蓋、保濕養生，養生期間封閉交通；（6）按規定頻率進行試驗檢測以指導施工。

工程施工過程中制作了試件，并分別做了7 d、1 個月、3 個月、6 個月、1 a 的無側限抗壓強度試驗，試驗結果見表4。

表4 水泥穩定碎石摻加粉煤灰抗壓強度比較

可以看出，摻加粉煤灰對于提高水泥穩定碎石的早期強度效果不明顯，但后期強度比未摻加粉煤灰時提高20%以上，最高達60%。通過對該路段通車1 a 來的觀察，未發現有縱向裂縫，橫向裂縫平均間距在106 m，而用未摻加粉煤灰的水泥穩定碎石做基層的瀝青路面通車1 a 后橫向裂縫平均間距為 42 m，摻加粉煤灰使水泥穩定碎石基層的抗裂性能提高了1.5 倍。

4 結語

水泥穩定碎石摻加粉煤灰具有的優點：（1）能大幅度提高水泥穩定碎石強度；（2）使水泥穩定碎石的抗裂性能提高1 倍以上；（3）大量使用粉煤灰，減少粉煤灰對環境的污染；（4）粉煤灰價格低廉，摻加粉煤灰后能降低工程造價。