淺談高速公路二灰碎石基層材料的路用性能

胡松濤

（河南高速公路發展有限責任公司 南陽分公司，河南 南陽 473000）

隨著國民經濟迅速發展，公路交通量急劇增加，這對公路路面的主要承重層—基層提出了更高的要求。基層的強弱和好壞對整個路面，特別是瀝青路面的強度、使用質量和使用壽命有十分重要的影響。因此路面基層，無論是水泥混凝土路面的基層，還是瀝青混凝土路面的基層，必須具備足夠的強度和穩定性。正是由于這一點，二灰穩定碎石材料基于其較高的強度、板體性能、比其他基層材料更好的抗裂性能和抗沖刷性能等，在高等級公路基層的修筑中的得到了越來越普遍的采用。

1 二灰穩定碎石的優點及不足

二灰穩定碎石基層有以下優點：

1）具有較高的強度和承載能力，一般來說，半剛性基層材料具有較高的抗壓強度和剛度，并且具有一定的抗彎拉強度，且它們都具有隨齡期而不斷增長的特性，因此半剛性基層瀝青路面通常具有較小的變形和較強的荷載擴散能力；

2）半剛性基層剛度大、整體性強，使得其上瀝青面層彎拉應力值較小，從而提高了瀝青面層抵抗行車荷載疲勞破壞的能力，甚至可以認為半剛性基層上的瀝青面層不會產生行車疲勞破壞；

3）有利于我國環保事業的發展，既變廢為寶，又減少了環境污染，具有很大的社會效益。

盡管二灰碎石混合料做路面基層有如上諸多優點，但并不是所有采用二灰碎石混合料做路面基層的道路結構都能獲得預期的效果。隨著二灰碎石基層在我國的大量使用，逐漸發現該結構形式也存在著一些有待解決的問題，如：

1）早期強度低，影響交通及早開放；

2）易產生沖刷唧漿現象，從而造成路面的破壞，影響路面的使用年限；

3）在強度形成及使用過程中，因溫度變化產生溫度收縮裂縫和因含水量變化產生干縮裂縫，當瀝青面層較薄時這種裂縫往往擴展到面層形成反射裂縫。裂縫的存在不僅使車輛行駛質量下降，而且也破壞了路面結構的整體性和連續性，并在一定程度上導致結構強度的削弱。

鑒于以上問題，針對我國修筑半剛性基層瀝青路面的實際情況，有必要對二灰碎石的配合比進行研究，尋求一種比較合理的集料級配，通過調整二灰碎石混合料的配合比，使得二灰碎石基層的路用性能得以改善，使其具有較好的抗裂性能和抗沖刷性能，并為以后的基層鋪設提供一定的理論依據。

2 二灰碎石路用性能影響因素的分析

1）強度影響因素

二灰穩定碎石是以石灰、粉煤灰和碎石集料三種主要材料，按一定的比例混合而成，經過一系列物理化學反應和化學反應形成的具有較強板體性能的混合料。其強度的構成一般來自3個方面：①石灰和粉煤灰在水作用下形成的水硬性膠凝物質；②骨料的嵌鎖作用；③膠凝物質與骨料的粘結和固定作用。

從以上分析可知，影響二灰穩定碎石強度的主要因素有以下幾個方面：①石灰和粉煤灰的比例；②石灰和粉煤灰的總含量；③骨料的含量；④骨料的級配。

基層的沖刷程度與進入路面結構層的水量大小有很大關系。進入的水愈多，沖刷程度愈大。沖刷程度還與基層材料本身有很大關系，對于未處治的級配集料來說，集料中小于0.075mm的粉粒與粘粒愈多，沖刷愈嚴重；對于無機結合料處治基層材料，其沖刷程度隨集料中0.075mm以下的顆粒含量而變，細料愈多，沖刷愈嚴重。另外，結合料的劑量、基層的壓實程度、養生好壞、交通量的大小等因素都會對基層的沖刷程度造成影響。

2）疲勞性能的影響因素

從國內外有關方面對二灰穩定碎石進行的試驗表明：混合料的初始強對疲勞壽命的影響非常大，初期應變較小（強度較高）的混合料，應變隨荷載反復作用的變化較慢，反之則較快即初期強度低時，疲勞破壞很快出現。理論分析也認為，若二灰穩定碎石的初期強度較高，在外荷載作用的前期不發生疲勞破壞，而后期的營運基本上也不會發生疲勞破壞。另外，二灰穩定碎石的疲勞性能還與材料本身有很大關系，如細集料、粗集料、石灰、粉煤灰在混合料中占的比重不同、集料的級配不同等對二灰穩定碎石的疲勞性能都有很大的影響。

3）干燥收縮的影響因素

二灰穩定碎石內水份變化而引起的體積收縮現象，即稱為干燥收縮。現在的研究理論認為干縮主要機理為：水份蒸發時產生的“毛細管作用、吸附水作用、分子間力作用以及各礦物晶體和膠凝物質的層間水作用、碳化收縮作用”；而大孔隙中的重力水的蒸發，對二灰穩定碎石混合料的干縮并無多大影響。毛細管內的水份在蒸發過程中，彎液面下降，曲率半徑減小，表面張力增大，產生干縮。吸附水隨后也開始蒸發，顆粒表面水膜變薄，分子間引力增大，導致顆粒接近，距離變小，進一步收縮，這部分的收縮是干縮的主要影響成份。層間水的蒸發也將導致晶粒間距離減小，增加了宏觀的收縮。石灰與CO2生成CaCO3結晶物的過程中，會析出部分水份，也將進一步加劇混合料的收縮。而混合料中各組份的含量與以上各種作用的強弱有理論上的直接關系。

4）溫度收縮的影響因素

二灰穩定碎石隨溫度的變化而出現的體積收縮現象，即稱為溫度收縮。二灰穩定碎石混合料由于溫度收縮而表現出的裂縫現象，是其各單體在溫度變化而產生縮裂的綜合效應。由于組分中各材料之間的相互影響，相互制約，使得混合料的整體收縮性能并非各單組分的簡單相加，而與其材料配比，組分含量都有直接關系。大部分研究認為，影響混合料溫度收縮的主要因素有水份、生成物、石灰、粉煤灰和碎石。而氣相，由于存在于空隙中，一般均與大氣相通，存在于閉口孔隙中的氣相數量相對較少，因此對混合料的溫縮影響極小。

3 二灰穩定碎石混合料設計方法

二灰穩定碎石混合料設計是指：根據路用性能的技術要求，選擇良好的集料級配和恰當的二灰（石灰：粉煤灰）配比，確定合理的集料（結合料）含量及混合料的最佳含水量。它是路面設計的重要組成部分，通過材料的組成設計，能夠使路面設計建立在科學、經濟、合理的基礎上。目前我國一些公路與城市道路的路面質量不好，甚至過早產生破壞，與習慣上不重視基層材料的組成設計有著很重要的關系。

1）集料級配設計的探討

通過不同類型級配二灰碎石的多個路用性能指標的試驗，我們可以發現連續級配的二灰穩定碎石的綜合路用性能優于折斷級配和間斷級配；不同連續級配隨細集料含量的不同其路用性能也差異較大，應盡量控制2.36mm篩孔通過率，提高9.5mm篩孔通過率。

在選用級配的時候不應僅憑7天的無側限抗壓強度一個指標來確定，而應綜合考慮其力學性、抗沖刷性、耐疲勞性、抗裂性等諸項路用性能。為了應用的方便，可以通過進一步的試驗建立起集料的體積指標（如礦料間隙率，主骨架空隙率等）與諸路用性能指標的關系，以及集料各個體積指標與各篩孔通過率之間的關系。這樣就可以通過幾個簡單的體積指標或控制各篩孔的通過率來達到控制其諸項路用性能的目的。

考慮到二灰穩定碎石材料具有鮮明整體性的特點，在通過路用性能試驗比較不同級配的優劣時，應考慮到集料級配與結合料含量的交互作用，而不應固定一個結合料含量來進行比較。集料含量設計的探討

對于密實式二灰穩定碎石，集料的含量不是越多越好，也不是越少越好，而是存在一個最佳含量，這個最佳含量又隨集料的級配不同而變化，不應固定一個含量。通過不同集料含量二灰穩定碎石綜合路用性能試驗我們發現，當結合料的體積百分含量與集料的松散空隙率相等時其力學性能（無側限抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量）和干縮性能均比其它體積含量時優良。因此，在進行集料含量設計時，一個單位實方體的混合料中，集料的用量應為一個單位松方量，結合料以最佳壓實狀態填充集料的剩余空隙。這樣集料才能充分嵌擠形成骨架結構，產生良好的摩阻力；結合料才能充分填充骨架空隙，使混合料密實，從而產生較大的膠結作用。

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