水泥稳定碎石和二灰碎石在城市道路路面基层中的应用比较

程思胜

（徐州市政建设集团有限责任公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

近年来，随着我国经济的高速发展，城市化进程在不断加快，城市道路的基建工作在如火如荼的开展，为了应对日益增长的交通量，保障市民的出行，城市道路的结构质量无疑起到很重要的作用，要提高城市道路的承载力，城市道路路面基层采用何种形式显得尤为重要。路面基层是指直接位于沥青面层或水泥混凝土面层下，用高质量材料填筑的主要承重层，路面基层是路面结构的主要承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的承载力、抗冲刷能力、水稳定性、干缩性能、疲劳性能。高等级路面基层主要包括水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石（以下简称二灰碎石）等，水泥稳定碎石和二灰碎石材料均属于半刚性基层，都是城市道路路面基层中常用的材料。本文根据笔者的施工经验对两种材料的优缺点进行综合分析比较，有利于在不同情况下的选择使用[1-4]。

1 水泥稳定碎石和二灰碎石的各项技术参数比较

1.1 密实结构类型及组成比例

水泥稳定碎石、二灰碎石，按照级配类型可分为骨架密实型和悬浮密实型结构。

1.1.1 骨架密实型

碎石在压实混合料中起到“骨架作用”，碎石用量在80%以上，最大粒径较小，要求有一定的级配，粗集料之间紧密相连，而且有较多空隙，水泥，石灰粉煤灰起到填充空隙和胶结作用，水泥稳定碎石，水泥与碎石之比一般为3∶97～6∶94，由于水泥过多会产生裂缝，水泥一般不宜超过6%，水泥稳定碎石的最大干密度为2.2～-2.4 t/m3,最佳含水量在3%～5%之间，二灰碎石中二灰与碎石之比为15∶85～20∶80，而石灰和粉煤灰配比一般为1∶2～1∶3，常用的配比为 6；14∶80和 6∶12∶82，最佳含水量在7%～8%之间，最大干密度在2.0～2.2 t/m3，骨架密实型结构下的水泥稳定碎石强度和二灰碎石强度最大。

1.1.2 悬浮密实型结构

碎石在压实混合料中处于“悬浮状态”，粗集料被细集料挤开，密实度较高，但稳定性较差，碎石用量在50%左右，此种结构可选择最大粒径较大的碎石，级配要求不高，易形成板体，强度差别不大，粒径较小的石屑用量较大，但干缩性较大、抗裂性能差、抗冲刷性能相比骨架密实型要差，抗冻性及耐磨性较差。

1.2 强度反应机理

两者均以级配碎石作为骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按照嵌挤原理摊铺压实，其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时由足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。水泥稳定碎石中水泥与集料拌合后，水泥与水发生强烈的水解和水化作用，同时从溶液中分解出Ca（OH）2并形成水化物，在水泥水化后的胶体中，Ca（OH）2、Ca2+与构成集料中的 CaCO3、SiO2表面的 Na+、K+进行离子交换，在碱性环境下，组成矿物的SiO2和AI2O3的一部分与Ca2+进行化学反应，生成不溶于水的结晶矿物CaOSiO2nH2O，CaOAl2O3nH2O，同时水泥水化物中游离的Ca（OH）2不断吸收水中的H2CO3和空气中的CO2，生成CaCO3,这种反应使集料固结，提高集料强度。因此水泥稳定碎石强度的形成包含了水泥的水解水化作用、离子交换作用、硬凝反应和碳酸化作用。二灰碎石则是通过石灰浆体中的 Ca（OH）2、Ca2+与粉煤灰中的 SiO2和 Al2O3反应，产生离子交换和物理化学反应，经骨料紧紧胶结，形成结晶矿物CaOSiO2nH2O和CaOAl2O3nH2O，同时石灰浆体中游离的Ca（OH）2不断吸收水中的H2CO3和空气中的CO2，生成CaCO3，同样使集料固结，提高集料强度。

由于水泥的水化反应较快，这也是水稳早期强度高于二灰碎石的原因。

1.3 承载能力

水泥稳定碎石及二灰碎石的承载能力主要通过无侧限抗压强度表示（见表1），水泥稳定碎石的早期强度较高，二灰碎石早期强度比水稳差很多，随着龄期的增加，二灰碎石的强度在不断增长，实际上由于城市道路交通量大，荷载较为频繁，城市道路工期一般很紧，或二灰碎石刚达到7 d强度，就要摊铺沥青混凝土开放交通，二灰碎石在不间断的荷载作用下，后期强度增长会受到很大限制，甚至没来得及增长之前，二灰碎石基层受到破坏，由于二灰碎石中含有石灰，当沥青面层级配不够好时候，水易通过沥青混凝土渗透到二灰碎石顶面，在大量过往车辆的反复碾压下，石灰易形成道路唧浆，透过沥青路面泛浆，形成白色一片，进而形成局部龟裂，沥青脱落，损毁。

表1 无机结合料稳定材料7 d无侧限

1.4 抗冲刷能力和抗冻性

水泥稳定碎石与二灰碎石相比，其抗冲刷能力要优于二灰碎石，两种级配类型中，由于悬浮密实型细集料较多，在荷载作用下，易脱落，骨架密实型结构要远远好于悬浮密实型结构。由于水泥稳定碎石的强度高于二灰碎石，水泥稳定碎石的抗冻性也要远远好于二灰碎石。

1.5 抗疲劳性能

水泥稳定碎石和二灰碎石同属于半刚性材料，根据相关经验数据，水泥稳定碎石的抗疲劳性能要稍弱于二灰碎石。

1.6 干缩性能

水泥稳定碎石的干缩应变要大于二灰碎石，这主要由于水泥的干缩应变大于石灰造成的，因此在进行级配时，要严格控制水泥用量，采用骨架密实型结构，对水稳采取全覆盖保湿养护，尽可能减少因水泥的干缩应变而导致的裂缝。

二灰碎石基层具有较高的强度、板体性能，由于其含有粉煤灰，比其他基层材料有较高的抗裂性能，应用二灰碎石可以变废为宝，减少工业废渣对环境的危害。

2 水泥稳定碎石与二灰碎石的造价对比

根据徐州市近期2019.1月份的造价信息，水泥稳定碎石（水泥：碎石4.5∶95.5/3∶97的单价在142/140元/t），二灰碎石8∶12∶82的单价在141元/t。水稳的最大干密度为2.31 t/m3，二灰碎石的最大干密度为 2.1 t/m3，见表2。

表2 100 m2厚度为18 cm的水泥稳定碎石和二灰碎石造价对比 单价（元/t）

3 水泥稳定碎石与二灰碎石施工难易度对比

由于水稳中含有水泥等胶凝材料，因而要求整个施工过程要在水泥初凝前完成，水泥的初凝时间不低于3 h，终凝时间不低于6 h，并且要一次性达到质量标准，否则不易修正，此外水稳基层的最佳含水量在3%～5%之间，取值区间很小，水泥剂量如果高出此范围容易导致水稳出现干缩裂缝，水泥剂量低于此范围又不能达到强度要求，因而施工中要求加强施工组织管理，提高现场施工人员的紧迫感和责任感，加快施工进度，加大机械化施工水平，提高作业效率。二灰碎石在施工中没有初凝时间和终凝时间的要求，这也是二灰碎石的一大优势。

4 和下一道工序的衔接时间对比

在抢工或工期紧的情况下，二灰碎石可采取流水作业，即二灰碎石底基层铺设完能成后，由于不存在初凝及终凝的影响，第二天可以进行二灰碎石上基层施工，养生期间，进行正常的洒水养护，7 d后，采取底上基层同时取芯并作检测，但是生石灰进场后需要消解不小于7 d，由于水稳中含水泥，受水泥的初凝时间和终凝时间影响控制，理论上水稳不具备流水作业的可能性，如果要两层先后铺设，必须保证在水泥初凝时间内完成，这会给施工组织带来更大的挑战，需要更快，组织更加严密。一般为保证工程质量，水稳必须保证取芯且能满足设计要求的抗压强度指标后，才能进行下一道工序施工，一般需要5～7 d，温度低时，时间更长些。

5 受封闭交通的影响对比

由于二灰碎石成型慢，强度上涨时间周期长，过去认为二灰碎石养生期间，城市道路中在不能封闭交通的情况下，车辆在通行过程中不会对二灰碎石有破坏性影响，而水稳一旦被车辆碾压，就是破坏性的，不可逆的，这种观点是错误的，水泥稳定碎石和二灰碎石都需要封闭养护，如果认为二灰碎石强度增长较慢，就可以通车，这会导致二灰碎石早期强度达不到设计要求之前就受到破坏，这将给质量带来严重隐患。

6 结语

通过对水泥稳定碎石与二灰碎石的技术参数、造价、施工难易度对比相比较，可以得出，两者造价相差不大，二灰碎石虽然易于施工操作，具备流水施工操作条件，但水稳对重载交通承受力更强，且早期强度更高。二灰碎石的干缩性能较好，二灰碎石的抗疲劳性能比水泥稳定碎石略好，但是水泥稳定碎石的抗弯拉强度比二灰碎石高，可以弥补疲劳寿命衰减过快的不足。并且通过级配，减少水泥用量或适量加粉煤灰以便减少干缩裂缝的出现。在冰冻多雨的潮湿地区，二灰碎石宜用在特重、重交通的下基层。不宜用在上基层，因此在城市道路施工中，为保证质量，建议采取水泥稳定碎石，同时需要加强组织管理，确保水泥稳定碎石的质量得以实现。