某海外公路水泥稳定土压实度影响因素探析

摘 要：某海外公路施工时，出现了水泥稳定土压实度低于技术规范要求、并随时间的增加而减少的现象。分析了可能造成水泥稳定土最大干密度偏小、压实度不足的因素，并对主要影响因素进行了研究。认为水泥稳定土施工后，水泥产生的水化热及其不能迅速散失，导致了水泥稳定土体积的膨胀，从而使水泥稳定土的最大干密度随着时间的增长而降低，压实度减少，不能满足规范要求。对解决水泥稳定土压实度不够的问题提出了建议。

关键词：公路；水泥稳定土；压实度；水化热

国内某大型施工企业承建了非洲贝宁共和国某公路改建项目，该公路设计采用水泥稳定土作为路面基层。在企业和监理工程师共同完成水泥稳定土最大干密度和水泥初凝时间的试验后，进入水泥稳定土试验段的施工。在试验段施工时发现，所得到的当天及24小时以后水泥稳定土压实度出现较大离散性，结果处于94%-99%之间且随时间呈递减趋势，不能满足相关技术规范的要求。该公路改建项目采用法国技术规范，要求水稳层的压实度应达到98%，访指标与国内相关规范的要求一致。为了找出水稳层压实度偏小的原因，施工企业相关资料及专家建议，对水稳层配料及施工进行了研究，力求使水泥稳定土施工后压实度达到98%以上，满足规范要求。

1 水泥稳定土压实度影响因素研究

一般情况下，影响水泥稳定土压实度因素也就是影响水泥稳定土最大干密度的因素，主要包括：粒料级配、含水率、水泥含量、压实功等。该项目水泥稳定土所需粒料是由业主提供，故不对其进行研究；而施工企业在国内有较多的土的压实经验，也暂时不对压实功的影响进行单独研究。由于该公路改建项目位于贝宁共和国，日平均温度在26℃-27℃之间，温度较高，因此，在对水稳层配料进行试验研究时，特别考虑了高温及水泥水化热对水稳层压实度的影响。

1.1 不同含水率对水泥稳定土最大干密度的影响研究

施工企业在试验室配制了不同含水率的水泥稳定土，通过击实试验以检测含水率变化对水泥稳定土最大干密度的影响。在含水率为4%—12%的区间内，进行了水泥含量为6%的水稳料击实试验，试验结果如表1及图一所示。通过试验发现，水泥稳定土的压实度指标对含水率的变化非常敏感，是施工中需要特别注意控制的关键点之一。

试验表明，土的含水率是控制其压实度的重要因素。当含水率较小时，水稳土颗粒间摩阻力大，不易压实。当含水率较大时，水分子包裹水稳土颗粒，水分子的表面张力加上水分子所占空隙形成“弹簧土”，影响压实机械做功。当在最佳含水率时，水起到颗粒间的润滑作用，土颗粒间摩阻力减小，从而易于压实，且干密度最大。通过试验，设计的水稳料最佳含水率为7.8%，最大干密度为2.032 T/m3。

图1 含水率与最大干密度关系拟合曲线图

说明：其中水平轴为含水率，竖直轴为所配水稳料最大干密度（单位：T/m3）

1.2 不同水泥含量对最大干密度的影响研究

施工企业在试验时按0.5%递增的方式检测水泥含量2.5%～6%区间的水泥稳定土最大干密度变化的规律。经检测，随着水泥掺量的增加，最大干密度呈上升趋势逐渐增大，如表2所示。

水泥的最大颗粒约为0～0.100mm之间，粉砂的颗粒级配区间约为0～2mm，水泥较小的粒径在充分拌合后填充粉砂较大颗粒间的空隙，有利于提高水稳料的干密度。同时，水泥的密度比粉砂大，水泥含量增加就使得水稳混合料的密度增加。

1.3 同一水泥含量，最大干密度随着时间增的变化规律研究

试验取三组水泥稳定土试样，其中第1组和第2组水泥含量为6%，第3组试样水泥含量为5%。试验时，从0min起至180min结束，按每30min击实一次的方式确定水稳料受时间变化对干密度的影响。经试验，最大干密度随时间呈递减趋势（详见表3）。

造成这一试验结果的原因可能是：水泥与粉砂加水拌合后，水泥开始水化反应并产生热量造成混合料体积膨胀，由于其重量未变化的前提下体积增大，造成最大干密度损失。为了进一步研究水化热对水泥稳定土最大干密度的影响，施工企业了对水泥稳定土试验室拌合所得最大干密度和现场取样所得最大干密度进行了对比研究。

1.4 试验室拌合所得最大干密度和现场取样所得最大干密度对比研究

试验采用水泥含量为6%的水泥稳定土，分别采集试验室拌合试样和现场取样试样进行击实试验。经试验，现场取样试验的最大干密度小于试验室拌合的最大干密度（详见表4）。

施工现场混合料暴露于阳光及较高的气温中，这与试验室在室内条件下拌合的混合料存在较大差异。该公路改建项目位于热带地区，气温较高，一方面加速了水泥的水化导致水化热快速释放、集聚；另一方面，较高的外界气温使水化热不能迅速散去。因此，现场施工的水稳层会产生一定量的膨胀，使得水泥稳定土的最大干密度降低，进而使水泥稳定土的压实度达不到技术规范的要求。

由于大多数的中国施工企业主要在国内施工，基本不存在热带地区气温较高的问题，所以对水泥稳定土因水泥水化热而引起最大干密度降低、压实度达不到相关要求的研究较少。为了验证水泥稳定土中水泥水化热对水泥稳定土最大干密度的影响，施工企业在施工试验段的同一取样点，分别进行了当天和24小时后的压实度检测，检测所得数据见表5。从试验所得数据可以看出，经过24小时过后试验点的压实度减少了1～2%。

试验结果分析：水稳料中的水泥施工后会产生一定的水化热，随时间的增长而持续使水稳料发热并产生轻微体积膨胀，水稳料的干密度逐渐减小，压实度也随之降低。

2 结论和建议

2.1 影响水泥稳定土施工压实度的主要因素有粒料级配、含水率、水泥含量、压实功、水化热等因素。其中，在本公路改建项目中，水泥水化热导致水泥稳定土粒料体积膨胀，是使水稳层施工最大干密度降低、压实度达不到技术规范要求的主要原因。

2.2 在试验确定水泥稳定土最大干密度和最佳含水率时，不在室内进行，而在施工现场进行，并尽量采用较大体积的试样。这样可使试验条件与实际施工条件更加接近，所得结论更具有理论的正确和实际的操作性，从而使水泥稳定土的压实度能更好的达到相关技术规范的要求。

2.3 由于当地气温比较高，蒸发量比较大，在拌制水泥稳定土时，应增加含水率，确保在压实后，水泥稳定土的含水率能达到最佳含水率。

2.4 重新设计水泥稳定土配合比，减少水泥用量和（或）采用低水化热的水泥，减少水泥稳定土施工后产生的水化热，进而减少水泥稳定土施工后的最大干密度损失。

2.5 为避免水泥稳定土施工完成后的最大干密度损失导致压实度损失而达不到规范要求，还可以采用的方法是：在水泥稳定土碾压施工完成后立即检测压实度，以判断其压实度是否合格，达不到验收标准的及时补压。避免随道时间增加造成的水泥稳定土最大干密度损失而影响压实度测量结果。

参考文献

[1] JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 邓春林，徐筠，熊建波，王胜年.CBGM与水泥稳定土试验方法及力学性能对比[J].中外公路，2013（03）.

[3] 沙庆林.公路压实与压实标准[M].北京：人民交通出版社，1999.

[4] 齐美娟.水泥稳定土的试验研究[D].河北工业大学，2006.

[5] 赵武强.水泥稳定土施工技术[J].山西建筑，2010（20）.

[6] 冯冲.水泥稳定土试验设计研究[J].交通标准化，2010（4上）.

[7] 付兵.刚果（金）肯盖市政道路项目水泥稳定土裂缝控制研究[J].云南科技管理，2012（05）.

[8] JTG E40-2007，公路土工试验规程[M].北京：人民交通出版社，2007.

作者简介：罗定伦（1978- ），男，汉族，重庆人，硕士，助教，国家注册土木工程师，主要从事隧道与岩土工程施工技术研究及相关教学工作。