高速公路路面基层水泥稳定土配比及性能试验方法

叶安萍

（贵州省交通建设工程质量监督执法支队，贵阳 550000）

1 水泥稳定土的作用机理

在经过粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料在压实和养护后，抗压度符合设计要求时，被称为水泥稳定土。其在土中与水化物发生反应，形成具有一定承受能力的水泥石骨架，土中的自由粉粒数量显著减少，产生丰富的粗颗粒，此类颗粒具有稳定性突出、强度高的特点，对道路施工较为友好，产生的水泥稳定土表现出良好的路用性能。

水泥稳定土的关键作用在于改变土的塑性、提高土体的强度[1-3]。以某高速公路二标段为例，取其中的粉质土做颗粒分析，实测结果显示粒径小于0.075 mm 的颗粒占比为92.8%；其他方面，加州承载比CBR 值为1.3%、最佳含水量为13.9%、最大干密度为1.72 g/cm3、膨胀量1.79%、塑限值为16.1%、液限值为26.7%、塑性指数为10.6。

可以发现，选取的样品的塑性指数不超过20，液限不超过45%，不均匀系数不小于5，可掺入适量的水泥用于改善粉质土的性能。根据重型击实试验结果可知，最佳含水量、最大干密度分别为12%、1.95 g/m3。根据此类数据制备无侧限抗压强度试件，置于25 ℃的恒温环境中保湿养护6 d，然后浸水24 h。随后开始对参与测试的各试件的处理工作，并就其实际抗压强度值和承载力予以详细记录。考虑多种水泥掺量，经试验后采集各组数据，具体见表1。

表1 不同水泥掺量的实验数据

通过测试可知，上述各试件中，水泥掺量值在2%时，水泥稳定土的抗压强度方可与设计规范中的数值呈统一状态。

2 水泥稳定土的具体应用

2.1 工程概况

某高速公路一期工程全长19.5 km，施工中采用了水泥稳定土，因为当地石料或者满足技术要求的石料贫乏，为了考虑经济性等，就地取材，使用水泥稳定土。在该项目工程施工效果的过程中，需要充分关注到水泥稳定土的作业情况，使其能够充分满足公路施工要求，主要是确保水泥稳定土的2 d 无侧限抗压强度符合行业标准，具备较高的抗开裂、抗冲刷性能。

1）作为路面基底层使用。在不同的公路等级条件下，水泥稳定土在被用作路面基底层时，具备以下合理要求：颗粒粒径最大值不可超出37 mm 和52 mm，实际使用类型由在建公路的等级而定。

2.2 含水量的控制

粉质土含水量为6%，相比12%的最佳含水量该值明显偏低，因此，施工时适时补充水分，将实测含水量调节至约12%。在施工中，加强对含水量的检测与控制，确认无误后方可碾压。

2.3 撒铺

水泥撒铺采用面积法，先洒水并平整粉质土，安排光面钢轮压路机做1～2 遍的碾压处理，此时土层具有平整性，然后安排人工撒铺，再用旋耕犁做5 遍及以上的翻拌处理。

2.4 碾压

拌和平整后，先静压1 遍，再用平地机整形；随后启用14 t振动压路机，依次完成1 遍静压和振压作业，类似的，用18 t振动压路机依次完成1 遍静压、振压；最后为提升各路段的平整性和密实性，可选择16 t 的胶轮压路机予以碾压操作。

3 对水泥稳定土的强度造成影响的关键因素

3.1 土的特性

1）颗粒级配。颗粒级配是选择水泥稳定土时的重点考虑对象，其会直接对混合料的密实度造成影响。在级配欠佳时，往往含大量的软弱颗粒，颗粒间的接触面积有限，彼此间的空隙较大，受击实作业的影响，部分颗粒被压碎，颗粒的整体强度难以有效提高。

2）颗粒粒径。通常，粒径在0.075 mm 以内时，对水泥稳定混合料工程性能的影响较为显著，主要体现在弯拉强度和弹性模量两个方面。根据规律，随着该类颗粒用量的增加，强度和弹性模量均有减小的变化趋势。

3）土中有机质含量。随着土中有机质含量的增加，水泥硬化的时间有延缓的趋势，且此时水泥的强度有限；对于不存在有机质或是含量较低的土壤，水泥硬化时间较短，强度较高。常规的路面底基层作业中，水泥稳定土的有机含量要控制在2%以下方算合格。

4）硫酸盐。结硬水泥中存在铝酸三钙，硫酸盐与之接触后发生反应，形成硫酸铝酸钙，此类反应带来的变化是土体积较之于反应前有明显的增加，进而影响水泥稳定土的胶结。

3.2 水泥的影响

1）水泥按用途及性能可划分为：通用水泥，包含国家标准规定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐、火山灰质硅酸盐及复合硅酸盐这几大类型。此次试验中选用的水泥标号为32.5，因此，在路拌施工环节可选择终凝时间相对较长的水泥，不采用早强水泥。

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2）水泥掺量。随着水泥用量的增加，水泥稳定土的强度有提高趋势，且在0～90 d 的龄期范围内，该增量变化愈发显著。抗压强度与水泥掺入量呈幂函数关系，因此，可以综合考虑此关系和工程质量要求，合理控制水泥掺量。

3）其他因素。（1）水泥的摊铺状态。尽可能均匀地摊铺水泥，以便发挥其在提高稳定土性能方面的作用。（2）拌和方式。按比例掺入各类原材料后，做充分的拌和，保证拌和的均匀性，否则也将影响水泥稳定土的强度。在拌和时，水泥用量的控制尤为关键，偏低时局部强度未达到要求，偏高时易出现裂缝。（3）延迟时间。水泥遇水易水化，延长拌和至压实的间隔时间，水泥的水化作用愈发剧烈，成型结构容易产生裂缝。

4 水泥稳定土配比和性能试验

4.1 试验原材料

4.1.1 土料取样

在应用级配良好的粗粒土和颗粒良好的细粒土后，产生的混合料具有较高的强度。在分析土壤的技术指标时，从路床顶面30～80 cm 深度内取样加以分析。

4.1.2 添加剂特性

添加剂的应用对于改善水泥稳定土的性能有积极作用，按水泥剂量的1%～2%控制添加剂的用量。通过添加剂的合理应用可增强水泥稳定土的致密性，避免空洞、空隙现象，此现象说明水化产物能够逐步汇聚至土颗粒的内部，在其中发挥骨架支撑作用，由于此“框架”的存在，土体的力学性能有显著提升。添加剂与黏土中的活性矿物接触，经过反应后产生晶体，由于晶体结构的存在，将填充结构的空隙，提升土体密实性，并将原本赋存在土颗粒的吸附水大量外排，养护期间可促使水泥稳定土尽快达到早期强度。

4.2 试验方案

原始土样为细粒土，根据水泥稳定土配比计算方法，要求在塑性指数超过12 时，水泥剂量取8%～16%（以基层施工为例），底基层施工则调整到6%～14%。考虑到试验数据的可比性和结果的有效性，此处取6%、9%、12%、15%、18%这5 种水泥掺量，在此基础上取水泥质量的1%、2%作为添加剂的掺量，形成多种掺量组合形式。在确定水泥和添加剂的掺量后，配套多功能电动击实仪，借助该仪器组织重型击实试验，击实层数为3 层，每层分别做98 次击实处理，击实试验期间全面采集数据并记录。经过试验后，探寻最优含水率和最大干密度，在保证两项参数的合理性后，提升水泥稳定土的工程性能。

4.3 水泥稳定土试验结果分析

4.3.1 击实试验分析

该项试验操作前，要以国家相关规定作为参考依据，由此得出的最大干密度值和最佳含水量值方算合格。

经试验发现，在水泥剂量的增加，最优含水率有减小的趋势，最大干密度则呈现出相反的变化规律；随着添加剂掺量的变化，两项试验数据均有所变化，但程度轻微，意味着添加剂对水泥稳定土带来的影响有限；添加剂掺量由1%增至2%时，最大干密度增加0.001～0.002 g/cm3，最优含水率增加0.1%。

4.3.2 7 d 无侧限抗压强度分析

水泥稳定土配比设计所考虑的对象较多，其中，7 d 无侧限抗压强度属于重点指标，加强对此项指标的分析具有必要性。在水泥剂量增加的变化条件下，水泥稳定土的7 d 无侧限抗压强度有增加的变化，即两者呈正相关关系；同时，强度变异系数降低，此时结构层的强度具有更突出的均匀性特征，整体稳定性得到保证。

5 结语

综上所述，本文着重围绕水泥稳定土配比及性能试验方法展开分析，分析结果总结如下：

1）水泥稳定土的含水量和干密度均随着水泥掺量的变化而变化。

2）随添加剂掺量多少变化的情况，含水率和干密度的最佳值也会出现浮动，但程度有限。对比分析添加剂掺量为1%、2%的试验结果可以发现，最优含水率仅增加约0.1%，最大干密度增加约0.001～0.002 g/cm3，无显著的影响。

3）无侧限抗压强度作为一项物理测试值，在具体的水泥稳定土性能评测工作中占据重要的位置，在水泥剂量增加时，该值增加，对应的强度变异系数降低，意味着结构的强度均匀性较好，相比于低掺入量的水泥剂量使用方法，出现薄弱区域的概率明显降低。

4）根据结构层的类型合理控制水泥剂量，以基层、底基层为例，各自分别以12.00%、6.75%较为合适；对于添加剂的取用，可考虑2%的掺量，具体需根据水泥掺量做灵活调整。在合理控制水泥和添加剂的掺量后，充分发挥水泥和添加剂的性能优势，进而提高水泥稳定土的路用性能，确保由水泥稳定土建设的道路结构有良好的质量。