水泥穩定碎石配比設計分析及路面性能研究

（中交通力建設股份有限公司，陜西，西安，710075）

【摘要】水泥穩定碎石在我國公路工程中有著廣泛的應用，本文對水泥穩定碎石的強度原理以及原材料等做了簡要介紹，分析了水泥穩定碎石配合比設計原則方法，最后對路面性能的各種特性進行了綜合研究。實踐表明，為了保證水泥穩定碎石基層的高強度和抗裂性等性能，以及高質量的路面性能必須進行合理的配合比設計。

【關鍵詞】水泥穩定碎石；水泥穩定碎石基層；配合比；路面性能

1 引言

隨著我國國民經濟快速健康發展，公路承載的交通量日益增加，這就對公路路面的主要承重層也就是路面基層提出了更高的要求，而水泥穩定碎石具有強度高、整體性強、剛度大、穩定性和抗凍性好、抗行車疲勞能力強等特點，因此廣泛用于高等公路基層建設。近年來施工現場水泥用量呈現增加趨勢，造成基層強度過大，導致基層收縮開裂現象相當嚴重。鋪筑面層后，在行車荷載和環境因素作用下，基層裂縫進一步反射到瀝青面層上來形成反射裂縫，進而影響到路面的使用性能和使用壽命，這就對水泥穩定碎石配比設計提出了更高的要求，以滿足路面性能的高要求。本文就水泥穩定碎石強度如何形成的原理，以及配比設計對路面性能的影響進行了分析研究。

2 水泥穩定碎石的原材料及強度原理

水泥穩定碎石是一種半剛性材料，具有良好的力學性能和整體性、穩定性、抗凍性以及耐久性，相比二灰碎石更能滿足高級公路對基層的要求，所以近年來廣泛應用于重載交通以及連續交通的路面基層施工中，不僅可以收益提前，工期縮短，而且還減少了道路的全壽命周期的費用。

2.1水泥穩定碎石強度形成原理

水泥穩定碎石的強度主要是由它自身的性質決定的，主要有嵌擠作用和水泥的硬化作用形成。水泥和集料按照一定的比例在最佳含水量下密實而成的混合料稱為水泥穩定碎石，它是具有一定的顆粒按照大小排列組合而成的，小顆粒填補大顆粒的空隙原則設計的，因此當受到外力作用時，碎石便能夠緊密的嵌擠在一起，顆粒間嵌擠和摩擦而形成內摩阻力，使水泥穩定碎石具有一定的強度和穩定性。水泥礦物質和水發生劇烈的水化和水解反應，并從溶液中分解出氫氧化鈣，同時生成其他的水化物。各種水化物生成以后，有的硬化便形成了水泥石骨架，有的則與碎石中的其他礦物質發生碳酸化作用和硬凝反應，從而增強了水泥穩定碎石的強度。

2.2 水泥穩定碎石的原材料

水泥穩定碎石基層施工的關鍵在于選用的水泥，按照相關規范的要求普通的硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及火山巖質硅酸鹽水泥均可用于水泥穩定碎石的基層施工，并且水泥的初凝時間和終凝時間要在三小時和六小時以上，原則上不應采用早強、快硬水泥。碎石的最大粒徑要求不得超過31.5mm，同時要求骨料壓碎值不能大于30%；石料顆粒扁平及中細長的顆粒含量不得超過15%，而且不得摻有軟質的破碎物或者其他雜質。結合料用來充填碎石空隙，通常以粉煤灰作為結合料來填充碎石空隙，以增加混凝土的和易性并且節約水泥。水泥穩定碎石對于水沒有什么特別的要求，凡是飲用水即可。

3水泥穩定碎石配合比設計分析

水泥穩定碎石集料的自身強度和級配組成是影響半剛性基層承載力的重要因素。雖然水泥穩定碎石具有強度高、整體性好的優點，是用于高等級公路基層、底基層的常用材料，但水泥穩定碎石基層也具有易產生裂縫的缺點，而引起瀝青面層的反射裂縫。因此，為了保證水泥穩定碎石基層的高強度和抗裂性性能，必須進行合理的配合比設計。選擇良好的集料級配，適當的水泥碎石比例，確定混合料中合理的集料、結合料含量，從而設計出具有良好路用性能的混合料。要選用最大干密度的結合料(粉煤灰)填充集料(碎石)間的空隙，來提高混合料的最大干密度，從而改善混合料的力學特性，提高了水泥穩定碎石基層各方面的路用性能指標。

3.1 各種不同粒徑的集料，按照一定的比例搭配起來，才能達到較高的密實度和較大的摩擦力。因此，要求碎石有一定的級配，但是施工時所用的碎石顆粒不均勻，易造成原材料不符合工程要求，所以在實際工程中，要對碎石進行級配設計和級配調整，使其盡量滿足設計級配的要求，水泥穩定碎石的混合料顆粒組成應符合表1的規定。

表1 水泥穩定碎石混合料的顆粒組成比例

篩孔（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075

重量百分比（%）10090-10072-8947-6729-4917-352-80-7

3.2 初步擬定配合比后，結合混合料的抗拉性、耐久性、剛度、抗裂性以及抗疲勞性等路用性能，得出最佳水泥、集料等含量，從而得出最佳配合比。

3.3 按照規范和設計要求配置室內試驗試件，采用重型擊實法確定最大干密度以及最佳含水量。具體試驗方法參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)，養生溫度20±2℃，養生濕度90%，在養生期的最后一天浸水24小時#65377;

3.4 根據確定的最大干密度和最佳含水量，控制水泥穩定碎石混合料，按要求壓實度制備混合料，在標準條件下養護六天，浸水一天后取出做無側限抗壓強度試驗。

3.5 水泥穩定碎石七天浸水無側限抗壓強度代表值應滿足小于等于3.5-4.0MPa。

4 路面性能研究

4.1 路面性能研究

水泥穩定碎石基層的力學性能主要有無側限抗壓強度和劈裂強度。混合料要形成較好的強度，既要有足夠的結合料粘結集料，又要有合理級配的集料形成堅實的骨架。經實踐檢驗，結構密實性對混合料的后期強度影響較大。骨架結構對混合料早期強度產生影響的主要原因是，在抗壓試驗中，初期的破壞主要表現為石料與石料之間的分離，原因是硬化后的水泥#65380;細集料強度不夠高，以至于不能給粗集料骨架提供必要的約束。后期粗集料骨架的約束作用逐漸變大，粗集料的骨架作用得以充分發揮。所以混合料粗集料形成良好的骨架結構，抗壓強度高一些。混合料中粗集料是否相互嵌擠形成骨架，以及集料之間內磨阻力對劈裂強度影響不大。對無機結合料穩定粒料土劈裂強度影響更多的是混合料中的粘結力以及水泥石與集料交界面過渡區的抗拉強度。劈裂強度的一般規律是級配越粗，劈裂強度就越低。

水泥穩定碎石剛度特性主要是研究分析水泥穩定碎石的抗壓回彈模量值。試驗證明隨著齡期的增長，水泥穩定碎石混合料的抗壓回彈模量總體上呈上升的趨勢，集料在混合料中所占的體積不變時，混合料的抗壓回彈模量變化也就不大。

至于影響水泥穩定碎石的溫縮特性的因素，主要包括各組成礦物的含量和熱脹縮性質以及結構的強度。各種膠結物、粘土礦物及次生礦物具有較大的熱脹縮系數，而集料中的原生礦物一般有較小的熱脹縮系數。

4.2 路面性能綜合分析

《公路路面基層施工技術規范》(JTJ034-2000)對于半剛性基層材料僅規定了7天的飽水抗壓強度一個指標，其他指標并沒有給出具體的明文規定，而評定路面質量的主要技術指標是路面平整度，它關系到行車安全、以及路面所受沖擊力的大小和使用壽命。因此為保證路面性能有必要對各種指標進行綜合分析，以確定各種指標間的關系，保證設計施工時，將各種指標都考慮進去。除此之外，還要綜合考慮抗壓強度、抗壓回彈模量、劈裂強度、溫縮開裂系數、干縮開裂系數、抗沖刷性能等一系列的指標，然后找到最大限度的滿足上面各種性能的配合比。

5 結束語

實踐表明，為了保證水泥穩定碎石基層的高強度和抗裂性性能，必須進行合理的配合比設計，保證路面的平整度。重視路基，加強施工管理，完善施工工藝，提高工程施工水平，還要要做到材料優良，配置合理，工藝先進，組織嚴密，就能實現高質量的路面性能。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準.《公路路面基層施工技術規范》JTJ034-2000.

[2] 郭忠印，蘇向軍等.水泥穩定碎石基層施工質量控制[J].公路，2004(9).

[3] 郭永雄.水泥穩定碎石配合比設計方法的研究[J].山西交通科技，2011(5).

作者簡介：

孫朝陽（1977-），男，陜西韓城人，職稱：工程師，學歷：本科，主要研究方向：公路工程試驗檢測。