水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰技術(shù)探討

聶云剛，盛孝麗

（淄博市交通運(yùn)輸事業(yè)服務(wù)中心，山東 淄博 255038）

引言

水泥穩(wěn)定碎石以良好的力學(xué)強(qiáng)度、超群的抗疲勞性能和優(yōu)異的水穩(wěn)定性而著稱，長(zhǎng)期被廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路的基層。但是，由于其產(chǎn)生收縮裂縫較多，致使以水泥穩(wěn)定碎石為基層的瀝青路面普遍產(chǎn)生反射裂縫和唧漿病害，造成路面變形和破壞，嚴(yán)重影響路面的使用品質(zhì)和汽車的正常行駛。

國(guó)道克黃線臨淄段改建工程，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為平原微丘區(qū)一級(jí)路，全長(zhǎng)7.7 km，路面寬24 m，路面結(jié)構(gòu)為4 cm SBS 改性瀝青SMA+6 cm 瀝青混凝土+下封層+3×18 cm 水泥穩(wěn)定碎石。

1 強(qiáng)度形成原理

水泥加入土中并加水拌和后，水泥中的各個(gè)成分與土中的水分發(fā)生強(qiáng)烈的水解和水化反應(yīng)，同時(shí)從溶液中分解出氫氧化鈣，并形成其他水化物。將水加入水泥后，主要的水化產(chǎn)物是堿性的硅酸鈣、鋁酸鈣和消石灰。前兩種產(chǎn)物是主要的膠結(jié)成分，而石灰則沉淀成為分離的透明的固體。膠結(jié)使非黏性土具有明顯的黏性，并使它能夠抵抗交通荷載或溫度應(yīng)力所引起的形變?；旌狭现心z結(jié)面積增加，能夠改善材料的強(qiáng)度。

將水泥加入碎石中時(shí)，膠結(jié)很像混凝土中的現(xiàn)象，只是水泥并沒有填滿碎石顆粒間的孔隙。膠結(jié)作用主要靠硅酸鈣和鋁酸鈣與礦質(zhì)顆粒表面的結(jié)合。

用水泥穩(wěn)定細(xì)粒土?xí)r，膠結(jié)作用包括機(jī)械結(jié)合和化學(xué)結(jié)合兩部分?；瘜W(xué)結(jié)合包括水泥和土顆粒表面的相互作用。土中的細(xì)粒含量增加時(shí)，顆粒的表面積也大大增加，水化水泥和顆粒表面間的化學(xué)作用的機(jī)會(huì)也大大增加。水化過程中產(chǎn)生的石灰在此化學(xué)作用過程中起著明顯的作用。首先它與顆粒表面附著的離子有交換作用；其次，石灰與硅土（鋁土）作用，在硅土（鋁土）顆粒表面形成輔助的含水硅酸鈣（鋁酸鈣）。這種離子交換作用使土的塑性減小，并使土對(duì)水分變化的敏感性變小。輔助的含水硅酸鈣（鋁酸鈣）是膠結(jié)物，它進(jìn)一步使顆粒相互結(jié)合。土中細(xì)粒含量越多，輔助作用越重要。

缺乏細(xì)料的粗顆粒材料，可能需要過量的水泥，以保證形成一個(gè)滿意的水泥穩(wěn)定層。對(duì)這種材料，實(shí)際上應(yīng)該添加其他較細(xì)材料以改善其級(jí)配組成。因此，在水泥碎石中摻加一定量的粉煤灰改善其級(jí)配組成，提高其強(qiáng)度及抗裂性能。

2 材料要求和配合比設(shè)計(jì)

2.1 水

凡是飲用水均可用于水泥穩(wěn)定碎石施工。

2.2 水泥

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）規(guī)定，用于水泥穩(wěn)定碎石的水泥可以是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，其初凝時(shí)間應(yīng)在3 h 以上，終凝時(shí)間宜在6 h 以上，水泥標(biāo)號(hào)為32.5#。快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥不應(yīng)使用。P·O32.5 水泥各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

2.3 集料

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）規(guī)定，水泥穩(wěn)定碎石用作路面基層時(shí)，顆粒組成應(yīng)滿足表2 的規(guī)定。采用石灰?guī)r碎石10～ 30 mm、5～10 mm、石灰?guī)r石屑0～5 mm，配合比為45 ∶25 ∶30，合成級(jí)配見表2。

表2 水泥穩(wěn)定碎石的合成級(jí)配

可以看出，細(xì)料含量明顯偏少，必將大大影響水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度和抗裂性能。

2.4 粉煤灰

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）規(guī)定，在水泥穩(wěn)定粒徑較均勻的砂時(shí)，可以在砂中添加部分粉煤灰，但是對(duì)于粉煤灰的質(zhì)量要求無明確規(guī)定。參照石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土中關(guān)于粉煤灰的各項(xiàng)指標(biāo)要求來對(duì)粉煤灰的質(zhì)量進(jìn)行控制。粉煤灰各項(xiàng)指標(biāo)見表3。

表3 粉煤灰主要性能指標(biāo)

2.5 配合比設(shè)計(jì)

按照用粉煤灰取代部分石屑、總量保持30%不變的原則，分別按粉煤灰含量0%、4%、5%、6%、7%、8%、10%做了7 組對(duì)比試驗(yàn)，水泥劑量為5%，各項(xiàng)指標(biāo)見表4。

在取得7 d 抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)以后，發(fā)現(xiàn)粉煤灰含量≤6%時(shí)，其強(qiáng)度與粉煤灰含量成正比；在粉煤灰含量≥6%時(shí)，其強(qiáng)度與粉煤灰含量成反比。因此，經(jīng)對(duì)比論證，確定試驗(yàn)路段水泥穩(wěn)定碎石中粉煤灰含量為6%。

3 施工及效果

基層施工采用集中拌和、機(jī)械攤鋪，施工控制要點(diǎn)與水泥穩(wěn)定碎石控制要點(diǎn)基本相同。

養(yǎng)生溫度和延遲時(shí)間是影響水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。為保證水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量，施工應(yīng)注意：（1）重點(diǎn)控制混合料的拌和質(zhì)量，包括配合比、含水量等；（2）運(yùn)輸時(shí)應(yīng)進(jìn)行覆蓋，以減少水分損失；（3）應(yīng)盡量縮短延遲時(shí)間（從加水拌和到碾壓終了的時(shí)間），最長(zhǎng)不能超過水泥的終凝時(shí)間，按3 h 控制；（4）應(yīng)采用重型振動(dòng)壓路機(jī)和光輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓；（5）因養(yǎng)生濕度和溫度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度影響很大，所以水泥穩(wěn)定碎石要求覆蓋、保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生期間封閉交通；（6）按規(guī)定頻率進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)以指導(dǎo)施工。

工程施工過程中制作了試件，并分別做了7 d、1 個(gè)月、3 個(gè)月、6 個(gè)月、1 a 的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰抗壓強(qiáng)度比較

可以看出，摻加粉煤灰對(duì)于提高水泥穩(wěn)定碎石的早期強(qiáng)度效果不明顯，但后期強(qiáng)度比未摻加粉煤灰時(shí)提高20%以上，最高達(dá)60%。通過對(duì)該路段通車1 a 來的觀察，未發(fā)現(xiàn)有縱向裂縫，橫向裂縫平均間距在106 m，而用未摻加粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石做基層的瀝青路面通車1 a 后橫向裂縫平均間距為 42 m，摻加粉煤灰使水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能提高了1.5 倍。

4 結(jié)語

水泥穩(wěn)定碎石摻加粉煤灰具有的優(yōu)點(diǎn)：（1）能大幅度提高水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度；（2）使水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能提高1 倍以上；（3）大量使用粉煤灰，減少粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染；（4）粉煤灰價(jià)格低廉，摻加粉煤灰后能降低工程造價(jià)。