水泥稳定风积沙基层压实特性分析

周 磊

(新疆交通规划勘察设计研究院有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 原材料及试验设计

1.1 风积沙工程分类

国内研究者多参照规范GB/T50145-2007，采用0.074 mm以下颗粒含量或含泥量作为分类指标，以5%和15%为分界点，将风积沙大致成了细砂、含土细砂和土质细砂3类；对于国外(也门)风积沙，划分界点与国内存在着差异，反映了不同地区风积沙工程特性的差异性。

工程实践表明，风积沙中0.075～0.25 mm的细沙粒占大多数，粗颗粒及粉黏粒含量很少。从砂的分类来看，风积沙为级配不良砂；从土的分类来看，属于粗粒土，位于粗粒土与细粒土的分界处，是一种特殊的细砂土。已有研究表明，随着细粒(0.074 mm以下颗粒)含量增加，风积沙的塑性逐渐增强，有向细粒土转变的趋势。由此可见，风积沙既是一种介于粗粒土与细粒土之间的特殊细砂土，又是一种较为特殊的级配不良砂。

为将新疆地区风积沙进行工程分类，风积沙地区采集两个沙样，其中一个沙样用于室内进行风积沙筛分试验，分析风积沙的不均匀系数、曲率分析风积沙的不均匀系数、曲率细度模数、0.075 mm以下含量0.15 mm筛孔通过率以及含泥量等指标。

由于新疆地区风积沙样的0.15 mm筛孔通过率为7%～95%，对风积沙的颗粒组成影响很大；此外，0.15 mm筛孔通过率对风积沙细度模数，即粗细程度影响很大，最终会影响到水泥稳定风积沙的配合比设计和路用性能，因此最终确定将0.15 mm筛孔通过率作为风积沙的分类指标，对新疆地区风积沙进行类别划分。划分方法为：取六种风积沙样的0.15 mm筛孔通过率，计算其平均值为45%；以平均值为基准上下各取15%，即以30%和60%为分界点，将风积沙划分为A、B、C三类，如图1所示。

图1 新疆风积沙分类示意图

图中A区域表示A类风积沙，0.15 mm筛孔通过率<30%， 细度模数M为0.9～1.4；B区域表示B类风积沙，0.15 mm筛孔通过率30%～60%，细度模数M为0.5～0.9；C区域表示C类风积沙，0.15 mm筛孔通过率>60%，细度模数M为0～0.5。

1.2 原材料

(1)风积沙

本次对风积沙沙样进行试验分析，试验用风积沙的基本信息见表1。

表1 试验用风积沙样的基本信息

(2)水泥

试验采用的水泥为P·O 42.5缓凝型普通硅酸盐水泥，依据规范JTG E30-2和GB/T 1346-2011对其各项技术性能进行了检测，检测结果见表2，由此可以看出，试验用水泥的各项技术性能均满足规范GB 175-2007的要求。

表2 水泥技术性能检测结果

1.3 试验设计

针对A、B、C三类风积沙，拟定5%、6%、7%、8%、9%五种水泥掺量，每种配合比预定5个含水率，根据规程JTG E51-2009，采用内掺法成型Ф10.0×12.7 cm圆柱形试件，每组配合成型5个试件，试验共成型3×5×5×5=375个试件。试件成型时，分5层进行锤击，每层锤击27次，击实试验方案见表3。

表3 水泥稳定风积沙击实试验方案

2 水泥稳定风积沙压实特性

通过室内重型击实试验，各组试件最大干密度和最佳含水量的测试结果如下：

表4 水泥稳定风积沙击实试验结果

2.1 水泥掺量对击实特性的影响

水泥稳定风积沙的最佳含水量与水泥掺量的关系见图2。

图2 水泥掺量对最佳含水量的影响

由图2中试验结果可以看出，A、B、C三个不同类别的风积沙对应的最佳含水量均随着水泥掺量的增加有不同程度的增大，这主要是因为水泥比表面积比风积沙大，水泥剂量的增加显著改变水泥稳定风积沙材料比表面积，因此水泥掺量增加，相应最佳含水量也逐渐增大。

此外，由图中结果可发现，对于A、B、C三个不同类别的风积沙，水泥剂量对水泥稳定风积沙最佳含水量的影响幅度均很小，同一类沙洋不同水泥掺量的最佳含水量最大差值仅为2.2%。因此，采用不同配合比的水泥稳定风积沙进行现场施工时，可采用最佳含水量的平均值作为控制指标进行施工，既能满足施工精度要求，又可提高施工效率。

2.2 水泥掺量对最大干密度的影响

水泥稳定风积沙的最大干密度与水泥掺量的关系如图3所示。

图3 水泥掺量对最大干密度的影响

由图3中水泥掺量对最大干密度的影响试验结果可以看出，不同类别风积沙对应的最大干密度均随着水泥剂量的增加有不同程度的增大，这主要是由于水泥颗粒较细，在水泥稳定风积沙材料中可以起到填充骨料间隙的作用，从而使内部更加密实。因此，水泥剂量增加，其最大干密度也随之增大。

此外，由图中结试验结果可发现，对于不同类别风积沙，水泥剂量对水泥稳定风积沙最大干密度的影响也均为很小，同一类沙洋不同水泥掺量的最大干密度最大仅仅相差0.1%。因此，当采用不同配合比的水泥稳定风积沙进行现场施工时，可采用最大干密度的平均值作为控制指标进行施工，既能满足施工精度要求，又可提高施工效率。

2.3 风积沙0.15 mm筛孔通过率对击实特性的影响

风积沙0.15 mm筛孔通过率是风积沙类别的划分指标，为了分析其对水泥风积沙材料的最佳含水量和最大干密度的影响，绘制了最佳含水量和最大干密度随风积沙0.15 mm筛孔通过率的变化规律图，见图4与图5。

图4 风积沙0.15 mm筛孔通过率对最佳含水量的影响

图5 风积沙0.15 mm筛孔通过率对最大干密度的影响

由图4可以看出，风积沙以0.15 mm筛孔通过率作为风积沙类别的划分指标，对水泥稳定风积沙的最佳含水量影响很大。水泥掺量相同，风积沙0.15 mm筛孔通过率越大，混合料的最佳含水量也越大。例如，以A类风积沙各配合比的最佳含水量平均值ω=9.1%为基准，B类风积沙最佳含水量(ω=10.9%)增加了19.8%，C类风积沙(ω=11.5%)增加了26.4%。其主要原因是风积沙0.15 mm筛孔通过率越大，风积沙颗粒越细，其比表面积越大，吸附水分越多，因此最佳含水量也越大。

由图5可以看出，风积沙0.15 mm筛孔通过率对水泥风积沙的最大干密度有一定影响；0.15 mm筛孔通过率越大，水泥风积沙的最大干密度越小。例如，以A类风积沙的各配合比的最大干密度平均值ρ=1.885 g·cm为基准，B类风积沙(ρ=1.825 g·cm)减小了3.2%，C类风积沙(ρ=1.765 g·cm)减小了6.4%。其主要原因是风积沙0.15 mm筛孔通过率越大，风积沙颗粒越细，最佳含水量越大，材料中水分就会占用更多的空间，致使材料不易压实；另外，风积沙颗粒越细，级配越差，水泥浆体的填充作用越弱，也导致了压实性能的下降，因此其最大干密度就越小。

3 结 语

水泥掺量、风积沙级配对水泥稳定风积沙材料的压实性能影响程度完全不同，其压实性能受风积沙级配的影响程度远大于水泥掺量。水泥的添加增加了水泥稳定风积沙材料比表面积且在混合料中起到填充作用。因此对于同一种沙洋，水泥掺量越高，最佳含水量及最大干密度也就越大。

而风积沙粒径越集中，颗粒越均匀，结构就越为松散，颗粒间难以形成嵌挤结构。如果风积沙颗粒越细，级配越差，材料中水分就会占用更多的空间，水泥浆体的填充作用越弱，致使材料不易压实导致压实性能的下降。