不同標號水泥對水穩碎石混合料強度影響試驗研究

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

水泥穩定碎石作為半剛性基層，具有良好的承載能力，是目前我國高等級公路最常用的基層結構類型。而反射裂縫是半剛性基層瀝青路面最常見的病害之一，尤其是在我國西部地區，氣候干旱少雨，夏季高溫、冬季嚴寒，晝夜溫差大，在這種氣候環境和溫度變化反復作用下，極易產生干縮或溫縮裂縫[1]。為了有效減少半剛性基層發射裂縫的產生，水泥穩定碎石混合料通常采用較低標號的32.5強度等級水泥作為膠結料，降低混合料的早期強度。但2015年12月1日起，GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》第2號修改單取消了普通硅酸鹽水泥32.5強度等級；2019年10月1日起，GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》第3號修改單取消了復合硅酸鹽水泥32.5R強度等級。

1 混合料強度試驗

本文以甘肅省某高速公路為例，原設計中基層、底基層均采用水泥穩定碎石結構類型，水泥采用低標號的32.5強度等級水泥，基層7d無側限抗壓強度要求≥4.5MPa，參考水泥用量5.0%，底基層7d無側限抗壓強度要求≥3.5MPa，參考水泥用量3.5%。由于2019年10月1日起國家標準取消了復合硅酸鹽水泥32.5R強度等級，因此，項目中水泥穩定碎石混合料按照新修訂要求采用了普通硅酸鹽42.5強度等級水泥，要求初凝時間應大于4h，終凝時間應大于6h且小于10h。散裝水泥進場后存放時間應不小于7d，且每罐車水泥經全部指標檢驗合格后方可使用。

1.1 試驗設計

選用相同的碎石、級配結構、含水率、成型條件、養生條件等，僅變化水泥標號單一因素，室內成型試件，養護7d，比較不同標號下無側限試件強度值。32.5水泥與42.5水泥均選擇3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%五個水泥劑量，不同標號、不同劑量各成型9個試件，共計成型90個試件。

1.2 試驗材料

試驗用碎石選擇項目所用石灰巖碎石，石料壓碎值19.8%；水泥選擇甘肅永登祁連山水泥有限公司生產的P.C32.5復合硅酸鹽水泥（緩凝）和寧夏青銅峽水泥股份有限公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥（緩凝）。水穩混合料采用C-B-1級配類型，根據碎石篩分結果，各檔材料摻配比例為（19-26.5mm）:（9.5-19mm）:（4.75-9.5mm）:（2.36-4.75mm）:（0-2.36mm）=19:26:20:6:29。水泥材料試驗檢測指標見表1。

表1 水泥材料指標檢測結果

1.3 試驗過程

按照既定的試驗設計，室內成型無側限試件，成型后在標準條件下養護試件，測試7d無側限試件強度。

1.4 試驗結果分析

不同標號、不同水泥劑量條件下，7d無側限試件強度檢測結果匯總見表2、表3。

試驗結果表明，7d無側限試件強度代表值與水泥劑量成線性關系，且相關性較好。同一標號水泥下，隨著水泥劑量的增加，7d無側限試件強度代表值增大。同一水泥劑量下，P.O42.5 水泥均比P.C32.5強度代表值大。7d無側限試件強度代表值與32.5 水泥劑量線性關系為：y32.5=1.341x-1.008，R2=0.997（y表示強度，x表示水泥劑量）；7d無側限試件強度代表值與42.5水泥劑量線性關系為：y42.5=1.258x+0.731，R2=0.990（y表示強度，x表示水泥劑量）。

表2 不同劑量下P.C32.5復合硅酸鹽水泥穩碎石7d無側限強度檢測結果

表3 不同劑量下P.O42.5普通硅酸鹽水泥穩碎石7d無側限強度檢測結果

圖1 無側限試件強度代表值與水泥劑量成線性關系

2 強度換算

按照設計要求，底基層參考水泥劑量3.5%（P.C32.5水泥）、基層參考水泥劑量5.0%（P.C32.5水泥）對應的室內7d無側限試件強度代表值分別為3.7MPa和5.6MPa。若采用P.O42.5水泥，滿足室內7d無側限試件強度代表值3.7MPa、5.6MPa所對應的水泥劑量分別為2.4%、3.9%。

3 工程應用

水泥穩定混合料現場強度除與水泥標號有關外，還與水泥劑量大小、碎石強度、級配結構、含水率、混合料均勻性、壓實度、養生方式、養生期間氣候條件等多個因素有關，《公路路面基層施工技術細則》JTG/T F20-2015關于水泥劑量要求為“對水泥穩定材料，工地實際采用水泥劑量宜比室內試驗確定的劑量多0.5～1.0個百分點，采用集中廠拌法施工時宜增加0.5個百分點”[2]。結合項目特點、材料特性、室內試驗、現場鋪筑效果及芯樣強度等綜合考慮，項目在采用P.O42.5水泥的條件下，底基層生產配合比水泥劑量為3.4%，7d無側限強度代表值達5.2MPa；基層生產配合比水泥劑量為4.4%，7d無側限強度代表值達6.3MPa。

4 結論

1）在一定的水泥劑量范圍內，水泥穩定碎石混合料7d無側限試件強度代表值與水泥劑量成線性關系。同一標號水泥下，隨著水泥劑量的增加，7d無側限試件強度代表值增大。

2）同一水泥劑量條件下，水泥穩定碎石混合料采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥比采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥的7d無側限試件強度有顯著增加。試驗表明，隨著水泥標號的增加，水泥穩定碎石混合料強度增加。

3）工程中采用標號較高的水泥，水泥穩定碎石混合料早期強度高。同時，水泥穩定混合料現場強度還與水泥劑量大小、碎石強度、級配結構、含水率、混合料均勻性、壓實度、養生方式、養生期間氣候條件等多個因素有關。