水泥稳定碎石在填筑路面基层中的应用

葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北 宜昌 443002

1 工程概述

枣阳至潜江高速公路简称枣潜高速，是《湖北省省道网规划（2011—2030年）》中规划的“九纵五横三环”高速公路网的重要组成部分。合同段一标段桩号为K1+100～K39+800，起点与汉十高速通过枣阳东枢纽互通相接，终点对接枣潜二标段，公路全长40.7km，设计速度为100km/h，建设标准为双向四车道高速公路，路幅全宽26m，为沥青混凝土路面。

该合同段路面基层填筑设计为3层共60cm，底基层为级配碎石20cm，上、下基层均为水泥稳定碎石各20cm。因水泥稳定碎石在公路工程中使用范围较广，文章主要针对水泥稳定碎石基层施工控制进行论证。

2 水泥稳定碎石在填筑路面基层中的作用

水泥稳定碎石是路面基层填筑较广泛的一种材料，可以承担由面层传来的竖向力，并将力传递到下面的垫层及路基中，具有足够的承载能力、抗疲劳开裂性、耐久性、抗冲刷性能和适当的刚度。水泥稳定碎石是通过拌和站将各类集料适当掺配后掺入适当剂量的水泥，经过现场摊铺碾压后，在规定的养护条件下产生强度并成型，具有十分重要的作用。

3 目标配合比设计

3.1 配合比设计技术指标

根据业主下发的路面工程施工实施细则，水泥稳定碎石设计7d无侧限抗压强度≥4MPa，压实度≥98%，主要用于上基层及下基层。

3.2 混合料原材料

（1）水泥。试验用水泥为三峡牌水泥厂生产的P·O42.5水泥，经检测，凝结时间满足设计要求，其余各项指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）标准要求，其物理力学性能试验检测结果如表1所示。

表1 P·O42.5水泥物理力学性能检测结果

（2）集料。采用湖北民顺K39采石场生产的1#料19～31.5mm碎石、2#料9.5～19mm碎石、3#料4.75～9.5mm碎石、4#料0～4.75mm人工砂进行试验，其各项指标均符合《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20—2015）（以下简称《细则》）的要求，集料品质检测结果如表2所示，集料颗粒级配筛分结果如表3所示。

表2 集料品质检测结果 单位：%

表3 集料颗粒级配筛分结果

（3）水。配合比试验用水采用枣潜高速公路一标生产用水，符合饮用标准。

3.3 配合比设计

（1）集料优化级配设计。根据《细则》的要求，应选择不少于4条级配曲线，级配曲线应包含上下限，然后根据击实试验检测出来的最大干密度确定最佳级配。根据原材料级配检测结果，通过试验组合后确定为1#料∶2#料∶3#料∶4#料按24%∶26%∶18%∶32%的比例掺配，集料的颗粒组成及合成级配掺配比例结果如表4所示，基层集料颗粒级配曲线如图1所示。

表4 集料的颗粒组成及合成级配掺配比例结果 单位：%

图1 基层集料颗粒级配曲线图

（2）水泥剂量的选择。根据《细则》的相关要求，水泥稳定碎石配合比水泥采用外掺法，分别用3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的水泥剂量进行试验，水泥稳定碎石检测结果如表5所示。

表5 水泥稳定碎石检测结果

从表5中的检测结果来看，水泥剂量在3.0%时，7d无侧限抗压强度不能满足要求；水泥剂量在3.5%时，7d无侧限抗压强度满足要求，因此推荐目标配合比水泥剂量为3.5%。

4 生产配合比验证

根据规范及设计要求，进行水泥稳定碎石生产配合比验证试验，主要是确定料仓供料比例及拌和楼调试、标定。通过无侧限抗压强度试验确定水泥稳定碎石容许延迟时间为4h，确定结合料剂量的标定曲线，便于生产时检测混合料的实际剂量，以拌和楼生产的合成级配的混合料确定混合料的最佳含水率及最大干密度。

5 施工参数确定

为使配合比更加适用于现场施工，需进行不少于300m的试验段铺筑路段质量检测。根据《细则》的要求，为了补偿拌和时水泥剂量的损耗，集中厂拌法可在目标配合比剂量的基础上增加0.5%，因此实际生产时设定水泥剂量为4%。在试验段现场施工中，检测时发现存在两个问题：（1）压实度超百现象较普遍；（2）7d龄期时在现场抽取的芯样较之目标配合比时高2～4MPa，达到9MPa左右，现场检测结果如表6所示。经分析，极重交通7d无侧限抗压强度宜在4～6MPa，强度过高可能导致基层后期产生裂缝。

表6 水泥剂量为4%时的现场检测结果

为此，试验人员从人、机、料、法、环进行了各个环节的自查，并重新复核了目标配合比，并未发现问题。最后通过室内击实功与现场的压实功比较，发现存在两个问题：（1）施工在用的震动压实碾为近年来引用的新设备，轴重26t并带震动，而施工工艺及其碾压次数仍然采用老设备的方法，导致现场震动压实碾的压实功超过室内配合比试验时采用击实仪击实的击实功；（2）以前生产时基本上都是使用P·O32.5水泥，为补充生产过程的损耗按照规范增加0.5%水泥剂量来保证强度，而现在使用的是P·O42.5水泥，强度等级比原来高一个等级。

试验人员随即建议施工单位现场降低碾压次数，水泥剂量按目标配合比剂量3.5%来生产。试验人员在室内进行连续性的EDTA滴定试验检测水泥剂量，发现拌和物剂量较为稳定，随后试验人员跟踪检测压实度及钻芯检测强度，发现降低压实功后超百现象有所改善，钻取7d芯样无侧限抗压强度也降到了5MPa左右，检测结果如表7所示，且钻取的芯样外观完整基本无孔洞。

表7 水泥剂量为3.5%时的现场检测结果

6 工程应用

水泥稳定碎石目标配合比自通过试验后，确定了实际生产的最佳水泥剂量为3.5%，在后续的生产过程中检测的压实度均满足要求且超百现象不多，在施工现场钻取的7d芯样外观较完整且强度基本在6MPa左右，并在生产的19km基层中未发现裂缝。

7 结论

在试验过程中，试验人员及时发现问题并解决问题，为工程施工及时提供了合理的配合比，且提高了工程质量，降低了建设成本，做到了以试验检测数据指引现场施工，体现了试验检测工作的价值。通过试验结果，得到如下结论：（1）同条件下压实功越大水泥稳定碎石基层内部越密实、强度越高；（2）使用P·O42.5水泥填筑水泥稳定碎石时，生产时水泥剂量不宜超过3.5%且不宜小于3.0%，主要原因是水泥强度等级影响剂量，水泥剂量小则混合料内部拌和不均匀易发生离析，水泥剂量大则强度普遍偏高。