高等级公路沥青路面基层材料研究

黄希珍（浙江义达工程监理咨询有限公司，浙江 义乌 322000）

水泥稳定粒料和二灰(石灰、粉煤灰)稳定粒料是两种典型的和常用的半刚性基层材料。水泥稳定粒料具有承载力高，水稳性和冰冻稳定性好，具有较强的抗冲刷能力，与下封层有较好的粘结力，施工方便等优点，但也存在收缩性大，易产生裂缝等缺陷。二灰稳定粒料后期强度高，收缩系数小，板体性好、水稳性、抗冻性较好，且能大量利用工业废料(粉煤灰)，经济性好。同时也存在:①早期强度低，施工进度受到限制;②表面松散起灰，不利于层间结合;③耐冲刷性一般，影响耐久性[1]。因此，对于水泥稳定粒料重要的是改善其抗裂性:对于二灰稳定粒料重要的是提高其早期强度。本文对提高二灰稳定类早期强度的措施和改善水泥稳定土开裂的技术措施做出了分析，首先针对水泥稳定粒料基层材料组成进行了设计优化，接着着重分析了磷石膏改性二灰稳定粒料基层材料的特点，最后介绍了施工工艺和步骤。

1 水泥稳定粒料基层材料组成设计与优化

1.1 稳定粒料的强度与集料种类的关系

1.1.1 不同种类集料的基层材料

水泥稳定辉绿岩碎石的强度普遍比水泥稳定砂砾大，破碎砂砾强度较未破碎砂砾要大。因为粒料表面的粗糙程度和棱角有利于稳定粒料强度的形成。

用水泥稳定辉绿岩碎石时6%的水泥掺量即可达到5.0MPa的强度标准。破碎后的篙口塘砂砾掺6%的水泥可达到4.5MPa的强度标准，而破碎后的孙家河砂砾掺6%的水泥仍难达到4.5MPa的强度标准。即水泥稳定篙口塘破碎砂砾的强度比孙家河高。

通过级配调整以后，颗粒之间的级配更合理，尽管其养生温度低(比统料的养生温度低5℃)，但强度仍和稳定统料相当。在级配砂砾中加入碎石后强度有所提高。

1.1.2 不同种类集料的底基层材料

水泥稳定辉绿岩的强度普遍比水泥稳定砂砾大，破碎砂砾强度较未破碎砂砾要大。因为粒料表面的粗糙程度和棱角性有利于稳定粒料强度的形成。

标准养生试件，水泥掺量为4%时强度评定值可达到2.0MPa 以上，水泥掺量为5%时强度评定值可达到2.5-3.0MPa。水泥稳定碎石的强度比水泥稳定砂砾的强度高，水泥稳定砂砾掺碎石比水泥稳定砂砾高，水泥稳定破碎砂砾比水泥稳定砂砾高。统装集料的种类对基层的强度影响较大，级配集料之间的强度差别较小，即级配集料的种类对基层强度的影响较小，而且尽管水泥稳定级配集料其养生温度低(低5℃)，但强度仍与稳定统料相当。因此得出:级配是影响强度的主要因素，其次才是集料的破碎面和粗糙度和棱角性。

1.1.3 集料中0.075mm 以下颗粒含量对路面基层材料性能的影响

随着细颗粒的增加，最佳含水量增加，但最大干密度在3.8%处有最大值。强度随之减小，在含量不超过6.8%时保证值降低不明显，但超过后就急剧下降。因此认为在这种集料里细颗粒的含量对强度的形成很不利。0.075mm 以下颗粒的含量对路面基层材料的抗裂性也具有不利影响。因此在路面基层材料集料选择时应严格按规范控制0.075mm 以下颗粒的含量，当0.6mm 以下的细颗粒有塑指时0.075mm 以下颗粒含量应小于5%，当0.6mm 以下的细颗粒无塑指时应小于7%。

1.2 基层材料组成与配合比优化

上基层用水泥稳定碎石，矿渣水泥掺量为6.0%，AGS 掺量为5.5%。

下基层用水泥稳定碎石或砂砾，用矿渣水泥稳定碎石时水泥掺量为5.0%，用AGS 稳定碎石时水泥掺量为4.5%，用矿渣水泥稳定砂砾或碎石掺砂砾时水泥掺量为5.5%，用AGS 稳定时水泥掺量为5.0%。

底基层用水泥稳定碎石时矿渣水泥掺量为4.5%，用水泥稳定砂砾或碎石掺砂砾时矿渣水泥掺量为5.0%。

2 磷石膏改性二灰稳定粒料基层材料

2.1 磷石膏二灰与二灰的对比研究

在二灰中掺入适量磷石膏，7d、28d 强度均可提高50%以上。当磷石膏:粉煤灰为1:1 时，其7d 强度最高;而当磷石膏:粉煤灰为1:3 时，7d 强度比前者约低7%，但28d 强度比前者高28%;当磷石膏:粉煤灰为3:l 时，其7d、28d 强度均大幅度降低，与二灰强度相近。

当石灰掺量在6%～10%时，石灰掺量对磷石膏二灰强度的影响不大;当石灰掺量超过10%时，其7d 强度小幅下降，但28d 强度稍有增长。

磷石膏二灰配比范围确定为:石灰掺量6%～10%、磷石膏:粉煤灰为l:1-1:3。

2.2 磷石膏二灰稳定粒料与二灰稳定粒料的对比研究

磷石膏掺量对磷石膏二灰粒料的强度影响较大。当磷石膏:粉煤灰约为1:3 时，可获得较高的强度，与二灰粒料相比:当粒料为砂砾时，可提高7d 强度50%;当粒料为碎石时，可提高7d强度80%。当磷石膏:粉煤灰比为1:1 时，强度仍有明显增长;但当磷石膏:粉煤灰达3:1 后，磷石膏二灰粒料强度反而比二灰粒料强度低。

石灰掺量对磷石膏二灰粒料强度影响不大，当石灰掺量分别为9%、7%、5%，其强度变化不大，而石灰掺量为9%时，强度反而降低。

用砂砾、碎石配制的密实型、悬浮型的二灰稳定粒料强度、磷石膏二灰稳定粒料的强度均相近，只是磷石膏对二灰稳定碎石的增强效果更好。但若考虑到基层的抗裂性能，建议采用密实型结构。

2.3 磷石膏二灰的水稳性研究

两种材料在保温保湿条件下的强度最高，泡水后均有不同程度的降低，且随着泡水时间的提前和泡水时间的增加，强度降幅增加。在二灰中加入磷石膏后，水稳性有较大改善。

2.4 石膏二灰的早强机理

粉煤灰中含有大量的Al2O3、SiO2、Fe2O3等氧化物，而消石灰中主要成份是Ca(OH)2。当石灰与粉煤灰混合后，在一定条件下可发生火山灰反应，形成具有胶凝作用的水化硅、铝酸钙。而这一过程在常温条件下相当缓慢，导致二灰的早期强度相当低。当在二灰中掺入磷石膏(CaSO4·2H2O)时，不仅能够激发粉煤灰的活性，加快反应速度，而且磷石膏可以与二灰发生反应生成三硫型钙矾石，在胶体中具有晶化作用，可以加快晶体骨架的形成，提高其早期强度。

粉煤灰磷石膏路面基层材料是一种多孔的材料，AFt 呈针棒状，其形成与生长会产生一定的膨胀，有利于材料内部粒料结构连接的形成[2]，SO4

-2离子的存在可激发粉煤灰的火山灰活性，加快反应的进程。磷石膏呈针状、板状等形貌，而粉煤灰多数呈球状，磷石膏粉煤灰固结材料中颗粒之间较大的内摩擦力，也有利于其强度的形成。

3 施工工艺与质量控制

1）集料的制备

含泥量是影响水泥稳定粒料收缩的主要因素之一，因此应严格消除集料中的泥土。在辉绿岩碎石生产中，将废弃的辉绿岩杂石先通过喂料机，筛去10mrn 以下颗粒，以清除碎石中泥土，再进行破碎、分级。

2）混合料控制

主要控制混合料的计量精确度。混合料的含水量、水泥用量和级配，都是影响水泥稳定粒料收缩的主要因素。因此，应严格按设计配合比控制，发现异常时应迅速调整，需特别指出的是:含水量是指摊铺完成后碾压时混合料的含水量。因此，在拌合过程中，应根据天气和运输情况进行适当的调整，使碾压时混合料的含水量接近最佳含水量。

3）摊铺与碾压

通过精心操作，消除混合料在摊铺过程中的离析和花白现象，当发生上述情况时，应立即进行人工拌合或铲除处理。碾压时严格按照试验所确定的碾压工艺和碾压遍数，并同步用灌砂法检测压实度。如果压实度没有到达规定值，则应及时进行二次碾压，直至达到规定值。

4）加强养护

通常的洒水养生方法容易造成忽干忽湿，引起胀缩循环造成开裂。因此应采用麻袋或薄膜覆盖养生，以保持基层湿度的相对稳定。

5）及时覆盖上结构层

当基层的某一结构层养生期结束后，应及时覆盖上面的结构层，这样基层的温度可长期保持稳定，同时基层内温度受气候变化的影响变小，从而提供了一个相对保温保湿的条件。

4 结论

1）水泥稳定类强度随水泥掺量的增加呈较好的线性递增关系，AGS 稳定粒料的劈裂强度远高于矿渣硅酸盐水泥稳定粒料的劈裂强度。水泥稳定碎石的劈裂强度高于水泥稳定砂砾掺碎石的劈裂强度，高于水泥稳定砂砾的劈裂强度。

2）随着细颗粒含量的增加，最佳含水量增加，最大干密度在3.8%有最值，而强度随之减小，当超过6.8%时，急剧下降。因此，在路面基层材料集料选择时应严格按照规范控制细颗粒的含量。

3）通过下列措施可以减少和预防水泥稳定粒料基层的开裂:

(l)优选原材料：严格控制粒料质量；选择合适的水泥。

(2)优化配合比，在保证强度的前提下降低水泥用量。

(3)严格控制施工配合比和选择合适的施工时间。

(4)选择合理的碾压工艺，保证压实度。未充分压实的混合料可导致局部区域孔隙率偏高，从而影响基层强度、抗冻性、温缩性能和干缩性能以及抗疲劳性能。

(5)加强养生，及时覆盖上一结构层，避免长时间暴露。

4）提高二灰稳定粒料早期强度最有效，最经济的方法是掺入工业废渣磷石膏。二灰粒料中加入磷石膏，火山灰反应速度大大加快，其水化物组成更加合理。磷石膏改性二灰粒料无论是早期强度还是后期强度都有较大提高，可达50%～80%。而且其水稳性、抗冲刷性均有较大改善。

5）综合考虑早期、后期强度及其它性能，磷石膏二灰及磷石膏二灰稳定粒料中，磷石膏与粉煤灰比宜控制在1:3-1:2，石灰用量宜控制在6%～8%。

6）合理的施工工艺和完善的质量控制体系是路面基层质量的关键。

[1]将应军.水泥稳定碎石基层收缩裂缝防治研究.长安大学硕士论文.2001

[2]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面.人民交通出版社，1998

[3]张嘎吱.考虑抗裂性的水泥稳定类材料配合比设计方法研究.长安大学，2001