水泥穩定土與石灰穩定土路基應用特征簡述

郭 義 王培賀

一、前言

隨著我國綜合國力不斷增強，國內基礎設施建設投入不斷增大，道路交通網四通八達，不僅方便了人民的出行也為國家經濟發展提供了強有力的支持。道路工程建設質量關系到國家、社會、人民的切身利益，作為工程建設者，要不斷強化施工管理，探索應用新技術、新工藝、新設備，將科技進步發展與道路建設相結合，不斷提升道路工程建設質量。路基作為道路結構層中主要的承載結構層應具有足夠的堅固性、穩定性和耐久性，路基質量決定了整個道路工程的成敗，影響到交通與行人的人身安全，同時合理的路基可以大大降低后期道路維護費用。根據不同土質類別、施工環境選擇合適的穩定土作為路基材料是路基施工的必要條件，由此可見，掌握不同類型穩定土特性及應用對路基施工尤為重要。本文結合南四湖二級壩土壩壩頂道路施工經驗簡述水泥穩定土路基和石灰穩定土路基的特征與施工應用。

二、穩定土路基分類

在平原地區路基類型主要是土基，根據道路設計等級不同，對路基填料最小強度（CBR）和最大粒徑要求也不同。通常現場素土填方及挖方路基填料最小強度（CBR）難以滿足道路工程技術標準要求（見表1），現階段道路路基設計通常做法是開挖原狀土后回填穩定土滿足路基強度要求，穩定土是在粉碎的或原來松散的土中摻入石灰、水泥、工業廢渣等其他材料，經拌和、壓實、養護后，得到的具有較高后期強度、整體性和穩定性均較好的一種材料。根據適用范圍不同，穩定土類型大致分為：水泥穩定土、石灰穩定土、石灰工業廢渣穩定土和綜合穩定土，下文主要對比分析水泥穩定土與石灰穩定土。

表1 路床最小承載比要求表

三、原材料要求

（一）水泥穩定土原材料要求

水泥穩定土可選用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥，但應優先選用終凝時間較長的水泥，并宜用強度等級較低的水泥。水泥穩定土對土料選用要求較高，用作施工的土料應能充分被路拌機粉碎，水泥穩定土用作基層和底基層時集料最大粒徑分別不超過31.5mm 和37.5mm，所以優選中細粒非粘性土作為水泥穩定土的土料。如果用作水泥穩定土的土料中有機質含量超過2%，還必須先用石灰處理，悶料一夜，再用水泥穩定。此外硫酸鹽含量超過0.25%的土，不宜用作水泥穩定土土料。

（二）石灰穩定土原材料要求

石灰是由石灰石、白云石、方解石等原材料燃燒而得。當氧化鎂含量超過5%時，即稱鎂石灰；反之，稱鈣石灰。在施工石灰穩定土時，只要能滿足石灰穩定土強度要求標準時，均可作為原料使用。使用石灰時通常生石灰加水，使之消解為消石灰，并過篩后方可使用。生石灰粉為磨細生石灰，使用時不需要消解，但拌入土中后，需等2～3h 再進行碾壓。石灰穩定土土料選用應控制土料塑性指數在10～20 的粘性土以及含有一定數量粘性土的中粒土和細粒土，用石灰穩定不含粘性土或塑性指數較低的土時，應添加適量粘性土。用石灰穩定塑性指數偏大的粘性土宜采用悶料工藝；當塑性指數在10 以下的亞砂土用石灰穩定時，不僅石灰摻量要多，也難于碾壓成形，應采取適當施工措施或采用水泥穩定，硫酸鹽含量超過0.8%和有機質含量超過10%的土不宜選用。

（三）反應機理及強度特點

1.水泥穩定土的反應機理及強度特點

水泥穩定土是用水泥做結合料所得混合料的一個廣義名稱，即在土壤或基層材料中，摻以一定數量的水泥，經混合加水壓實，使其達到穩固的結合，以提高其力學強度和耐水性。加入土料中的水泥遇水后發生水解和水化作用，其物理和化學反應后材料強度得到提高。當水泥、水、集料拌和后，水泥的主要礦物成分：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鋁酸四鈣、硫酸鈣等與水進行水解和水化反應同時分解氫氧化鈣，并形成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產物，并隨時間不斷硬化，塑性不斷降低，形成堅固的水泥石狀結構。其中，水泥中水化物游離的氫氧化鈣與水生成碳酸鈣，這種碳酸化作用是水泥穩定土強度增長的主要機理作用。

水泥穩定土具有早期強度高，短時間內（一般5～7d）可獲得較高的強度，并且強度隨著齡期的增長而增長，穩定性較好。結構本身具有一定的通透性，受水分影響較小，具有良好的力學性能和板體性。但是現場施工時水泥水化反應時間較短，攤鋪、碾壓只能在水泥終凝前完成，水泥終凝后除灑水養護車輛外禁止任何車輛通行。由此可見，掌握水泥穩定土施工時間要求對工程質量好壞起決定性作用。

2.石灰穩定土的反應機理及強度特點

石灰穩定土由粉碎的土摻入石灰和水，經過均勻拌和之后，石灰與土之間發生反應，石灰穩定土中的火山灰反應是土中活性硅、鋁物質與石灰提供的游離鈣之間的化學反應。由于反應過程中離子交換的作用，很大程度上土的吸附水膜作用，使土顆粒凝結，形成團粒結構，進而降低了土的塑性指數，石灰穩定土的最大含水量也隨著石灰劑量的增加而不斷增加，同時，最大干密度則會隨著石灰劑量的增加而減少，石灰的摻入能夠有效地提高土的無側限抗壓強度和整體強度。

石灰穩定土具有較好的力學性能，初期的強度和水穩定性較差，后期強度和水穩定性則較高（最高能達到4～5MPa））。相關實踐證明，強度形成較好的石灰穩定土，同時具有較高的抗壓和抗拉強度，板體性較好，具有較大的剛性和荷載分布能力。石灰穩定土施工期宜選在春季或者夏季施工，并且對于含水量較大的土料可以通過物理反應放熱快速降低土料含水量。此外，石灰穩定土最大的特點是從拌和到壓實的延遲時間長短對石灰穩定土密度和強度影響較小，因此，施工過程中混合料經歷雨淋或者被擾動后經晾曬后重新整形壓實還可獲得較高的強度。

四、優缺點分析

（一）水泥穩定土優缺點分析

1.優點

（1）改良土料塑性，增加土的強度和穩定性，水泥摻入塑性土中能大大降低土的塑性，水泥穩定土的齡期越長，其塑性指數越小。

（2）可大大增加土的強度和穩定性，隨著水泥用量的增加，穩定土的強度越高，穩定性越好。

（3）水泥原料直接用于混合料的摻和施工，大大縮短了施工周期，施工可采用路拌法也可集中廠拌，便于施工，有利于節約工期和節約施工成本。

（4）水泥穩定土適用范圍較廣，除水泥穩定細粒土外，其余水泥穩定土可適用于各級公路的基層和底基層。

2.缺點

（1）強度可調節范圍不大，抗拉強度較低。

（2）對土料質量要求較高，需要塑性指數較高和土料粒徑較小的土料，并且施工中對土料含水量較敏感，當施工期雨水較多或含水量較大時，水泥吸水性較差且遇水易軟化無法快速降低土料含水量，影響施工工期。

（3）水穩性和冰凍性適應能力較差，在低溫季節施工受環境因素影響較大。

（二）石灰穩定土優缺點分析

1.優點

（1）石灰穩定如具有良好的板體性，對土料含水量適應性能力較強，對于含水量較大的土料，在石灰反應時能迅速降低土料含水量。

（2）石灰穩定土對粘性土成團顆粒較大情況具有改良土料條件的作用，經石灰反應后粘性土土壤易打碎，大大提升了現場路拌機的工作效率，為粘性土均勻拌和提供了條件。

2.缺點

干縮和溫縮變形十分明顯，容易導致道路基層開裂影響整體性。

石灰施工前要進行消解，對周邊環境有一定影響，在當前環保形勢下，施工環保措施難以保證。

石灰消解需要時間，不利于節約工期，此外石灰消解不充分極易發生土體起包隆起現象，影響施工質量。

五、結束語

水泥、石灰穩定土是道路施工中路基換填、提高路基承載力最常用的水穩土材料，工程建設者應通過自身經驗結合工程所在地氣候環境和工程地質，因地制宜選擇合適的水穩原材料，為道路工程的施工質量打下堅若磐石的基礎。同時應不斷加強理論知識學習、加強建設管理水平，爭創優質工程，樹立良好企業形象■