浅谈水泥稳定红土粒料配合比设计

李长骅

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070)

1 项目简介

援冈比亚上河区公路桥梁项目地处西非地区，属热带草原季风气候。采用中国二级路标准，双向2车道，路面宽度10 m，一般路段：1.5 m硬路肩+2 m×3.5 m行车道+1.5 m硬路肩，城镇路段：1.5 m人行道+2 m×3.5 m行车道+1.5 m人行道，路线全长51.138 km。主要包括51.138 km的路基路面工程、2座大桥、2座中桥、11道箱涵、97道圆管涵及配套的排水防护工程和交通安全设施。大桥上部结构形式为变截面连续箱梁，下部结构为桩基、矩形承台及花瓶实心墩身。路基路面结构为：5 cmAC-13改性沥青混凝土上面层+10 cmATB-30改性沥青碎石(城镇加强段)+1 cm单层沥青表处封层+20 cm3%水泥稳定红土粒料基层+20 cm红土粒料上底基层+20 cm红土粒料上底基层，硬路肩采用1.5 cm双层沥青表处。填方段及低填浅挖段路基填筑红土粒料，浸水段特殊路基处理换填红土砾石块。

由于非洲地区红土粒料储量丰富、易于开采加工、成本比普通碎石低，用于水稳基层中能明显降低施工成本，同时解决了传统碎石供应不足影响工程施工的问题，如进行工程应用将能明显带来经济和社会效益。经调查，以西非冈比亚作为参考，当地市场材料均价：水泥价格770元/t、河沙350元/m3、普通碎石到场500元/m3、红土粒料料40元/m3，预估了采用红土粒料替代普通碎石能够降低材料成本至少25%，降低施工成本至少15%。

2 设计要求以及相关试验

根据“援冈比亚上河区公路桥梁项目公路路面施工图设计文件”要求：水泥基础7 d无侧限抗压强度≥2.5 MPa。原材料CBR强度达到80%，根据本项目给出的相应料场对1#、4#、6#、7#、10#料场进行液塑限试验，四个料场塑性指数如表1所示意均符合公路路面基层施工技术细则要求。

表1 液塑限试验明细表

为达到基层质量最优先后在冈地区原有路面进行取芯，进行强度试验以及破碎后筛分试验，得到借鉴数据，发现原有公路稳定基层原材料筛分数据偏粗，贴近我国公路路面基层施工技术细则级配要求曲线的下线。

根据《公路路面基层施工技术细则》(JTG tF20-2015)要求，二级公路路面基层水泥稳定红土粒料级配采用C-A-1级配范围，如表2所示。

表2 水泥稳定红土粒料的级配范围

从多组数据来看，红土粒料在用于稳定基层时，级配偏粗对于基层的稳定性能更佳，遂对于我料场的集料取样进行筛分试验对比，得出结论如下。

图1 1#料场筛分对比曲线

图2 4#料场筛分对比曲线

图3 6#料场筛分对比曲线小线#料场筛分对比曲线

根据图纸要求基层红土粒料CBR要求大于80%，在图纸给的各个料场的详细信息中1#、6#为设计单位建议利用于水稳基层，但根据多次试验在图纸给的14个料场当中符合设计要求的CBR强度值的只有5#(105)、6#，其余可利用土场均小于80%。具体数据如表3。

表3 CBR值明细表

同时对个料场的集料按设计进行3%水泥掺配制作无侧限抗压强度试验要求，均达不到设计的2.5 MPa。详见表4。

表4 无侧限强度明细表

根据多次试验对比，单独水泥稳定红土粒料并不能满足设计要求，遂用2～3碎石掺配红土粒料进行适配试验，1#土场掺配比例按75∶25。进行筛分数据如下。

图4 粉筛数据表

筛分数据趋近下线，进行CBR强度试验CBR强度为79.5接近于设计值80%，再按3%水泥掺配稳定材料，进行无侧限试验抗压强度达到2.52 MPa，符合设计要求的2.5 MPa。对于其他料场进行掺拌试验，4#、6#料场本身筛分偏粗，粒料强度不满足要求，遂按95∶5掺配比例进行掺配试验，得出CBR分别为109%、117%大于设计要求的80%，满足设计要求，进行无侧限抗压强度试验分别达到2.60、2.55 MPa，符合设计要求的2.5 MPa，10#料场和小线料场按90∶10掺配进行试验，得出CBR分别为96%、112.5%，无侧限强度分别为2.57、2.59。

通过试验证实对于红土粒料进行一定量的碎石掺配有助于水泥稳定基层的强度提高，使混合料混合级配达到粗集料趋于下线，细集料趋于上线或中值为可视理想状态，同事混合料CBR强度以及无侧限抗压强度得到显著提升，遂基层水稳粒料应针对不同料场进行适量掺配红土砾石以最终结果达到设计值，稳定基层效果最佳为目标状态。如表5所示。

表5 红土砾石掺配明细表

3 针对红土粒料水稳基层的施工措施

(1)严格控制集料中细料的含量和塑性指数。

(2)限制水泥稳定基层材料的强度和水泥用量。强度高，基层内出现的收缩裂缝间距就大，裂缝的宽度也大。宽度大的裂缝传荷能力差，容易促使沥青面层开裂，产生反射裂缝。因此在达到强度标准的前提下，采用最小水泥剂量。

(3)通过改善集料级配的方法以减少水泥用量，水泥剂量不宜过大。

(4)严格控制施工碾压时的含水量。碾压时混合料含水量宜较最佳含水量大1%～2%，以满足水泥水化的需要，同时弥补高温以及碾压过程中含水量的损失，但不宜较最佳含水量大3%以上。

(5)从加水拌和到碾压终了的延迟时间对强度和干密度有明显影响，延迟时间越长，水泥稳定红土粒料的强度和密度的损失越大。因此建议延迟时间控制在2 h左右。

(6)摊铺过程为使红土粒料级配均匀易提高搅笼高度，降低搅笼速度，以防止级配不均产生裂缝。

(7)由于非洲地区温度过高，水分蒸发快，水泥和水的水化反应所需水分流失过快，遂碾压过程中一定注重保水碾压。

(7)水泥稳定红土粒料基层施工结束后要及时进行养生，可采用塑料膜养生或其它保湿养生措施。

(8)在避免污染的前提下，水泥稳定基层养生结束和喷洒透层沥青或做下封层后，立即铺筑沥青面层，保护基层混合料不使其过分变干和产生干缩裂缝。

4 结 论

西非地区红土粒料、红土砾石矿产丰富，造价低廉，同时压碎值、CBR等强度指标均满足国标要求的水泥稳定基层原材要求。

该工艺在援冈比亚上河区公路桥梁项目取得了取得了良好效果，降低了施工成本，并保证了公路质量，获得了业主及当地人民的好评。

实践证明，该工艺简单易行、质量可靠、节材环保、成本低，同时有效开发利用地产材料，适用于在非洲等天然红土粒料、红土砾石储量丰富地区的水泥基层施工中推广应用。