基于逐漸填充的水泥穩定碎石的級配設計及性能

高江龍

摘 要：采用逐級填充法設計水泥穩定碎石的級配，并測試7d無側限抗壓強度、溫縮系數和干縮系數。研究結果表明，采用逐級填充法設計水泥穩定碎石能降低水泥劑量0.4%；采用逐級填充法設計的骨架密實型水泥穩定碎石較懸浮密實型水泥穩定碎石具有更優的抗裂性能，干縮系數和溫縮系數分別降低了21.6%和29.4%。

關鍵詞：水泥穩定碎石；逐級填充；骨架密實；抗裂性能

中圖分類號：U416.214 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0090-03

Abstract： The gradation of cement stabilized macadam was designed with a step-by-step filling method， and the 7d unconfined compressive strength， temperature shrinkage coefficient and dry shrinkage coefficient were tested. The results show that the design of cement stabilized macadam with step by step filling method can reduce the dosage of cement 0.4. The skeleton compacted cement stabilized macadam designed by stepwise filling method has better crack resistance than suspended cement stabilized macadam. The dry shrinkage coefficient and temperature shrinkage coefficient are reduced by 21.6% and 29.4% respectively.

Keywords： cement stabilized macadam； step-by-step filling； skeleton compaction； crack resistance

引言

水泥穩定碎石容易出現溫縮和干縮裂縫，并逐漸向上反射形成瀝青路面的反射裂縫，嚴重影響了路面的使用性能。如何提高水泥穩定碎石基層的抗裂性一直是研究的熱點，如向水泥中添加粉煤灰、石灰和乳化瀝青等，以及優化級配設計等。許多研究表明，與懸浮密實型級配相比，骨架密實型級配具有更優的抗裂性、抗沖刷性，并能降低水泥用量，因此得到了廣泛的應用。現行《公路瀝青路面設計規范》針對骨架密實型級配給出了上下限范圍，但該范圍較寬泛，實際設計過程中只需保證級配處于該級配范圍之內即可，但設計的級配是否能達到理想的骨架密實狀態卻很難確定。為此，如何采用有效的方法，從而設計出良好的骨架密實型級配，對水穩碎石的性能起到決定性影響。

論文采用逐級填充法進行級配設計，獲得最密實的粗集料級配，在此基礎上確定細集料比例；對比測試逐級填充級配和傳統級配水泥穩定碎石的溫縮系數、干縮系數和7d強度，以論證逐漸填充級配的技術特性。

1 原材料

試驗過程中采用普通硅酸鹽水泥，水泥的各項技術指標如表1所示。采用四擋集料，分別為0～5mm石屑、5～10mm碎石、10～20mm碎石和20～31.5mm碎石，各檔集料的篩分結果如表2。

2 基于逐級填充的級配設計

逐級填充設計方法：將19～26.5mm的粒料與26.5～31.5mm的粒料按不同比例進行混合，經振動法密實后測試其密度并計算空隙率，混合后集料的空隙率越小則表示集料越密實，孔隙率計算結果如圖1（a）所示，從而確定了26.5～31.5mm與19～26.5mm的集料的最佳摻配比例為30：70。

按前述步驟，分別將小一級集料與上一級混合料進行混合，振搗密實，得到各混合后集料的孔隙率變化分別如圖1（b）～圖1（d）所示，并確定了各檔的最佳摻配比例。

根據集料的篩分結果，以逐級填充確定的粗集料級配為目標級配，通過優化設計確定骨架密實型級配（SD），如表3。為對比骨架密實級配與懸浮密實級配的差別，又以規范懸浮密實級配的中值作為目標級配，進行級配設計，記為（XD）。

3 最佳水泥用量確定

3.1 擊實試驗

初步選取水泥穩定碎石的水泥用量分別為4.0%、4.5%、5.0%和5.5%，采用重型擊實試驗；通過擊實曲線確定最佳含水量和最大干密度，結果如表4。

3.2 無側限抗壓強度試驗

在標準條件下養生6天、浸水1天，測定其無側限抗壓強度。試驗結果如表5所示。擬定基層的設計強度Rd=4.0MPa，由試驗結果可知，采用逐級填充設計節省水泥用量0.4%。

4 收縮性能

水泥穩定碎石在施工初期主要發生干燥收縮和溫度收縮。干燥收縮是指材料內部水分損失導致材料的體積收縮現象，一般采用干燥收縮系數表征。溫度收縮是在較大溫差和溫度反復作用下產生的體積收縮現象，一般采用溫縮系數表征。

采用應變片法測試兩種級配在最佳水泥用量下的收縮性能，試件為10cm×10cm×40mm梁式試件。干縮系數試驗結果如圖2所示。由結果可知， SD的干縮系數總體上小于XD；測試期內SD的平均干縮系數為65.1×10-6/℃，而XD的平均干縮系數為83.1×10-6/℃，前者較后者降低21.6%，說明骨架密實級配能降低干縮系數、提高抗裂性。

溫縮系數試驗結果如圖3所示。由結果可知， SD的溫縮系數總體上小于XD；測試期內SD的平均溫縮系數為7.6×10-6/℃，而XD的平均干縮系數為10.7×10-6/℃，前者較后者降低29.4%，說明骨架密實級配能降低溫縮系數、提高抗裂性。

5 結束語

（1）采用逐級填充法設計水泥穩定碎石能降低水泥劑量0.4%。（2）采用逐級填充法設計的骨架密實型水泥穩定碎石較懸浮密實型水泥穩定碎石具有更優的抗裂性能，干縮系數和溫縮系數分別降低了21.6%和29.4%。

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