公路水泥稳定碎石配比设计与施工质量控制对策

宋敏

（鄄城县公路管理局，山东 菏泽 274600）

0 引言

水泥稳定碎石在公路工程施工中有着广泛的应用，其本身的强度高，板体性好，成本低，但在实际使用中，容易受到温度和湿度的影响，一旦温度和湿度发生了较大的变化，水泥稳定碎石可能出现收缩裂缝，引发公路破坏。对此，在公路工程建设中，需要切实做好水泥稳定碎石的配比设计和施工质量控制，将材料的优势充分发挥出来。

1 水泥稳定碎石工艺优势

水泥稳定碎石是将级配碎石作为骨料，运用适量胶凝材料进行黏结，然后使用配置好的砂浆来填充骨料之间的孔隙，做好摊铺与压实工作，由此得到的水泥稳定碎石在压实度和密实度方面十分接近，材料的强度则是源于碎石间的嵌挤锁结原理，初期强度较高，伴随着龄期的增长，强度也会随之增加，形成高强度的板体，对比混凝土，有着更好的抗渗性和抗冻性。

与常规施工工艺相比，水泥稳定碎石施工工艺的优势体现在以下方面：一是材料主要是水泥和各种级配碎石，获取十分简单，成本相对低廉；二是工艺相对简单[1]，对应的工作流程难度系数低，在施工中只需摊铺和压实即可，机械化作业的方式使得水泥稳定碎石工艺的施工效率极高，能够显著缩短项目建设的周期；三是灵活性好，技术人员能够从公路项目的相关规定出发，对水泥稳定碎石的配比进行调整优化，明确最终的强度指数；四是性能优越，强度及受力水平良好，有着十分强大的抗压和抗冻能力。

水泥稳定碎石基层具备很强的抗裂性，在配比设计中，需要充分考虑相应的强度需求，防范荷载型结构破坏裂缝的出现，同时加强对于温缩裂缝及干缩裂缝的控制。在水泥稳定碎石基层中，混合料的结构强度主要受矿质颗粒结构特性以及结合料在混合料中占比等的影响，因此，水泥稳定碎石基层材料的结构类型不同，混合料的强度也会有所不同。依照材料结构特点，可以将水泥稳定碎石基层材料结构分为三种，分别是悬浮密实结构、骨架空隙结构以及骨架密实结构。而与材料本身的收缩性能相比，混合料中集料胀缩性能小而水泥胀缩性能大，细集料拥有较大的比表面积，会吸附绝大部分的水泥胶浆，这也是引发混合料胀缩的主要原因。基于此，在针对水泥稳定碎石进行配比设计时，需要在充分满足其强度要求的基础上，对细集料的使用进行控制，减少水泥用量。骨架密实结构中，混合料粗细料搭配合理，粗集料可以构建起稳定性强的骨架结构，细集料在发挥黏结作用的同时，可以对骨架间的空隙进行填充，使得集料之间能够具备较强的黏聚力，相比其他两种结构有着更强的收缩性能[2]。

2 公路水泥稳定碎石配比设计

某城际高速公路全长12.4km，双向6车道，行车速度设计为120km/h，路面结构采用沥青材料。从保证行车舒适性的角度，采用三层沥青混凝土路面，路基和路面的宽度分别为32m和28m。在实际施工过程中，使用了水泥稳定碎石作为基层材料，基层的厚度为0.4m，分两层进行施工。

2.1 原材料选择

（1）水泥。结合该工程的实际情况，选择的是普通硅酸盐水泥，水泥的性能参数如表1所示。可以看出，材料的技术指标符合相关规范的要求。

表1 水泥性能参数

（2）碎石。公路中使用的碎石是石灰岩，依照其粒径大小，分为四种不同的规格：1#料的粒径为19～31.5mm，2#料的粒径为9.5～19mm，3#料的粒径为4.75～9.5mm，4#料的粒径为4.75mm以下[3]。四种规格的碎石检测结果见表2。

表2 四种规格碎石检测结果

2.2 配比设计

在水泥稳定碎石配比设计中，采用筛分法选择合理的级配范围，确定每一档集料的占比，对粗细集料总比例进行计算。采用击实试验对水泥稳定碎石进行压实。最终得到的碎石配合比例为1#∶2#∶3#∶4#=25∶28∶18∶29[4]。合成级配及各种矿料筛分结果如表3所示。

表3 混合料合成级配

混合料配制环节，通过调节水泥用量的方式来对材料的性能进行对比分析，水泥的用量分为5个档，从3%～5%不等，以0.5%为间隔，含水量控制则在3.5%～7.5%之间。混合料性能测试采用的是重型击实法，根据最终的测试结果确定混合料的最佳含水量以及最大干密度。相应的参数设置为：锤体重量为4.5kg，垂直高度为0.45m，击实次数为98次。结合测试结果，进行混合料的配制和搅拌，在试件设置方面，将压实度确定为98%，要求在标准条件下对试件进行养护，养护时间为6d，浸水养护为1d，之后需要对试件的无侧限抗压强度进行测定[5]，测试结果如表4所示。

表4 无侧限抗压强度测试结果

当水泥含量为4%时，测试使用的试件在强度参数上可以达到设计方案要求。在实际施工过程中，为了避免材料性能下降的问题，需要对材料中的水泥含量进行快速测定，控制水泥的用量。结合测试过程中获取的水泥稳定碎石最佳含水量，配制相应的混合料。在混合料中加入1kg水泥，然后将材料分成5个不同的档次，基于其EDTA消耗量均值得到试验结果。在施工中，为了测试混凝土摊铺不及时问题对材料强度的影响，需要先确定材料配比，基于基层延迟时间来测量无侧限抗压强度，这里选择4%水泥用量的水泥稳定碎石试件，延迟7h进行试验。随着时间的增加，无侧限抗压强度会逐渐下降，但变化速度相对缓慢[6]。

在测试水泥稳定碎石的温缩性质时，同样将试件中水泥的用量确定为4%，将试件放在标准条件下养护7d后，使用路面材料胀缩试验仪器测量其温缩数据，初始温度可以设定为20℃，以5℃为间隔逐步降低温度，然后静置约6h，测量温缩应变。一共进行5次试验，每一次试验后，都需要对温缩系数进行计算。在将水泥稳定碎石作为路面基层材料时，其本身的温缩性能会随着温度的升高而逐步增强，温缩系数则会随之下降，而材料本身的抗缩性能和温缩系数呈现出反比关系，这也表明，水泥稳定碎石的抗缩性能会随着温度的降低而下降[7]。

由此，在碎石配合比例为1#∶2#∶3#∶石屑=25∶28∶18∶19，水泥含量为4%时，配制出的水泥稳定碎石在各项性能上都可以满足公路工程的施工要求。

3 公路水泥稳定碎石施工质量控制对策

3.1 影响因素

水泥稳定碎石施工质量的影响因素有很多。为了保证施工质量，需要提前在试验段进行施工，确定好基层松铺厚度、碾压设备组合及工艺要求等。结合试验结果可知水泥稳定碎石施工质量影响因素主要包括以下方面。

（1）压实度

在施工现场，水泥稳定碎石的压实度必须满足相关规范和标准的要求，不能低于95%。压实度不足体现在很多方面，如压实遍数的控制不足、碾压轮迹搭接不到位、含水量波动、水泥稳定碎石离析引发级配的变化等。

（2）水泥剂量

在水泥稳定碎石混合料中，若塑性细骨料占比较大，则在固结时很容易出现干缩裂缝，水泥含量的增加会导致塑性指数的增大，干缩裂缝现象也会越发明显，因此，在配制水泥稳定碎石时，需要在满足设计要求的同时，将水泥的用量控制在5%以内。

（3）含水量

含水量过多会使水泥稳定碎石在碾压过程中出现明显的轮迹，等到试件成型约3d后，表面可能会产生十分明显的干缩裂缝，温度升高的情况下，裂缝的宽度也随之增大，严重时可能引发路面反射裂缝。对此，如果是在气温较高的夏季施工，必须将高温引发的水分散失问题考虑在内，适当增加含水量。

3.2 施工工艺

从避免集料离析问题，保证施工质量的角度，在施工过程中需要对具体的施工工艺进行明确：

（1）混合料拌和环节，需要控制好混合料的拌和时间，该工程中使用的是厂拌法，需要结合试验的方式来确定好最佳拌和时间，时间过长或者过短都会引发集料的离析问题；

（2）在拌和完成后，可以借助传送带实现从拌和站到卸料仓的运输，需要工作人员把握好传送带的夹角，避免引发粗料滚动的情况[8]。在对配制好的混合料进行装车时，应该确保自卸车处于缓慢移动状态，分次装料（3～6次）。为减少水泥稳定碎石的离析问题，需要将卸料落差控制在2m以内；

（3）在混合料摊铺环节，需要控制好摊铺机的施工宽度，因为在施工宽度过大的情况下，混合料中的粗集料会朝着两侧分离，在压实基层中，产生较大的孔隙率；四是为保证混合料性能稳定，应确保摊铺机的稳定连续运行，协调好其拌料能力和摊铺速度，确保摊铺机不会出现停工等料的情况。而从保证摊铺机连续稳定工作的角度，应该实现拌料工作、运输性能及摊铺速度的动态平衡，确保混合料具备充分的供应能力。自卸车在卸料时应该缓慢抬升车厢，收料或者卸料环节，需要将车体温度控制在一定范围内，快速大幅度抬升车厢，确保物料能够整体向后倾斜，确保不会出现混合料离析现象。

3.3 质量控制

（1）避免基层裂缝的产生。施工技术人员可以对照相应的设计强度，控制好混合料中水泥的用量，尽量降低水泥和细集料的用量，同时考虑气候因素的影响，调控材料用水量，以此来降低材料的收缩性能。

（2）需要做好所有水箱、灌仓等设备计量，保证计量标准能够符合相关部门的要求[9]。现场的原材料堆放需要采用分类隔仓的形式，细集料则采用搭棚模式，做好全面覆盖，避免雨水浇淋的问题。

（3）应该对水泥剂量和含水量进行严格控制，水泥剂量的波动必须在配合比附近，最大波动范围不能超过0.5%，可以使用滴定法来对水泥用量进行检测，对于水泥和集料的实际用量，需要每天记录和计算，做好水泥剂量对比。

（4）碾压环节需要采用大吨位振动压路机，降低延迟时间。在桥头搭板前，对水泥稳定碎石进行碾压，确保压实度检测和碾压的依次进行。正常施工中，应同时做好碾压遍数及压实度检测的控制，切实保证施工质量。

（5）应做好水泥稳定碎石基层的养护工作，避免基层暴露和暴晒的问题，做好交通管制，保持基层表面湿润，同时也应做好裂缝的检查和记录[10]。

4 结语

水泥稳定碎石基层在公路工程中较常见，具有整体强度高、板体性好、水稳定性强的优点，需得到工程技术人员的重视。在对水泥稳定碎石进行施工的过程中，工程技术人员应该结合公路工程的实际情况，对相应的施工材料进行合理选择，做好材料严格把控的同时，优化水泥稳定碎石的配比设计，同时也需要采取有效的措施和方法加强施工质量控制，切实保障公路工程水泥稳定碎石基层的施工质量，推动我国公路事业的健康发展。