基于逐渐填充的水泥稳定碎石的级配设计及性能

高江龙

摘 要：采用逐级填充法设计水泥稳定碎石的级配，并测试7d无侧限抗压强度、温缩系数和干缩系数。研究结果表明，采用逐级填充法设计水泥稳定碎石能降低水泥剂量0.4%；采用逐级填充法设计的骨架密实型水泥稳定碎石较悬浮密实型水泥稳定碎石具有更优的抗裂性能，干缩系数和温缩系数分别降低了21.6%和29.4%。

关键词：水泥稳定碎石；逐级填充；骨架密实；抗裂性能

中图分类号：U416.214 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）06-0090-03

Abstract： The gradation of cement stabilized macadam was designed with a step-by-step filling method， and the 7d unconfined compressive strength， temperature shrinkage coefficient and dry shrinkage coefficient were tested. The results show that the design of cement stabilized macadam with step by step filling method can reduce the dosage of cement 0.4. The skeleton compacted cement stabilized macadam designed by stepwise filling method has better crack resistance than suspended cement stabilized macadam. The dry shrinkage coefficient and temperature shrinkage coefficient are reduced by 21.6% and 29.4% respectively.

Keywords： cement stabilized macadam； step-by-step filling； skeleton compaction； crack resistance

引言

水泥稳定碎石容易出现温缩和干缩裂缝，并逐渐向上反射形成沥青路面的反射裂缝，严重影响了路面的使用性能。如何提高水泥稳定碎石基层的抗裂性一直是研究的热点，如向水泥中添加粉煤灰、石灰和乳化沥青等，以及优化级配设计等。许多研究表明，与悬浮密实型级配相比，骨架密实型级配具有更优的抗裂性、抗冲刷性，并能降低水泥用量，因此得到了广泛的应用。现行《公路沥青路面设计规范》针对骨架密实型级配给出了上下限范围，但该范围较宽泛，实际设计过程中只需保证级配处于该级配范围之内即可，但设计的级配是否能达到理想的骨架密实状态却很难确定。为此，如何采用有效的方法，从而设计出良好的骨架密实型级配，对水稳碎石的性能起到决定性影响。

论文采用逐级填充法进行级配设计，获得最密实的粗集料级配，在此基础上确定细集料比例；对比测试逐级填充级配和传统级配水泥稳定碎石的温缩系数、干缩系数和7d强度，以论证逐渐填充级配的技术特性。

1 原材料

试验过程中采用普通硅酸盐水泥，水泥的各项技术指标如表1所示。采用四挡集料，分别为0～5mm石屑、5～10mm碎石、10～20mm碎石和20～31.5mm碎石，各档集料的筛分结果如表2。

2 基于逐级填充的级配设计

逐级填充设计方法：将19～26.5mm的粒料与26.5～31.5mm的粒料按不同比例进行混合，经振动法密实后测试其密度并计算空隙率，混合后集料的空隙率越小则表示集料越密实，孔隙率计算结果如图1（a）所示，从而确定了26.5～31.5mm与19～26.5mm的集料的最佳掺配比例为30：70。

按前述步骤，分别将小一级集料与上一级混合料进行混合，振捣密实，得到各混合后集料的孔隙率变化分别如图1（b）～图1（d）所示，并确定了各档的最佳掺配比例。

根据集料的筛分结果，以逐级填充确定的粗集料级配为目标级配，通过优化设计确定骨架密实型级配（SD），如表3。为对比骨架密实级配与悬浮密实级配的差别，又以规范悬浮密实级配的中值作为目标级配，进行级配设计，记为（XD）。

3 最佳水泥用量确定

3.1 击实试验

初步选取水泥稳定碎石的水泥用量分别为4.0%、4.5%、5.0%和5.5%，采用重型击实试验；通过击实曲线确定最佳含水量和最大干密度，结果如表4。

3.2 无侧限抗压强度试验

在标准条件下养生6天、浸水1天，测定其无侧限抗压强度。试验结果如表5所示。拟定基层的设计强度Rd=4.0MPa，由试验结果可知，采用逐级填充设计节省水泥用量0.4%。

4 收缩性能

水泥稳定碎石在施工初期主要发生干燥收缩和温度收缩。干燥收缩是指材料内部水分损失导致材料的体积收缩现象，一般采用干燥收缩系数表征。温度收缩是在较大温差和温度反复作用下产生的体积收缩现象，一般采用温缩系数表征。

采用应变片法测试两种级配在最佳水泥用量下的收缩性能，试件为10cm×10cm×40mm梁式试件。干缩系数试验结果如图2所示。由结果可知， SD的干缩系数总体上小于XD；测试期内SD的平均干缩系数为65.1×10-6/℃，而XD的平均干缩系数为83.1×10-6/℃，前者较后者降低21.6%，说明骨架密实级配能降低干缩系数、提高抗裂性。

温缩系数试验结果如图3所示。由结果可知， SD的温缩系数总体上小于XD；测试期内SD的平均温缩系数为7.6×10-6/℃，而XD的平均干缩系数为10.7×10-6/℃，前者较后者降低29.4%，说明骨架密实级配能降低温缩系数、提高抗裂性。

5 结束语

（1）采用逐级填充法设计水泥稳定碎石能降低水泥剂量0.4%。（2）采用逐级填充法设计的骨架密实型水泥稳定碎石较悬浮密實型水泥稳定碎石具有更优的抗裂性能，干缩系数和温缩系数分别降低了21.6%和29.4%。

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