建设用碎石的稳定与应用
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摘要：随着我国建筑行业的快速发展，建设用的碎石越来越多。水泥稳定碎石材料是我国应用范围最为广泛的建筑基层材料，而水稳碎石材料的级配组成是影响材料性能的最主要方面之一。笔者通过工程实践，对水泥及水泥粉煤灰稳定碎石基层的强度形成机理、施工要求、开裂机理等进行分析探讨。
关键词：水泥 强度 机理 建设用碎石。
前言：对于水泥稳定碎石等半刚性材料来说，级配不仅对材料强度有重要的影响，而且对材料的干缩与温缩以及抗冲刷性的影响都是巨大的，加强对水泥稳定碎石等半刚性材料级配的研究是改善半刚性材料路用性能的重要措施之一。
1.如何用水泥来稳定级配碎石强度
对于水泥稳定碎石等半刚性材料来讲，级配不仅对材料强度有重要的影响，而且对材料的干缩与温缩以及抗冲刷性都有至关重要的影响，加强对泥稳定碎石等半刚性材料级配的研究是改善半刚性材料路用性能的重要措施之一。
水泥稳定碎石根据粗集料和细集料在混合料中的分布状态可以划分为悬浮密实结构、骨架密实结构、骨架孔隙结构和均匀密实型结构。通过机械碾压作用水泥稳定碎石能紧密的嵌挤在一起，并依靠颗粒之间的嵌挤和摩阻作用而形成的内摩阻力使其具有一定的强度和稳定性。因此考察级配对材料性能对其强度和稳定性的影响是至关重要的。为了较粗级配易于室内成型，水泥剂量统一采用6%。可参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057—94）采用重型击实试验方法确定水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。再者，当水泥加入集料中并加入一定量的水加以拌和后，水泥中的各个组分与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出氢氧化钙，并形成具有胶结能力的水化物，这是水泥稳定类混合物的强度主要来源。水泥水化后的主要产物是碱性的硅酸钙、铝酸钙和氢氧化钙，其中前两种产物是主要的胶结成分，黏结、形成强度和体积变化主要由它们来控制，各种水化产物可继续硬化并在土中形成水泥石骨架。我们以为可以在水泥中添加一些粉煤灰。粉煤灰中含有大量SiO2、Al2O3等能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在，这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，水泥粉煤灰早期反应主要是水泥遇水后产生水解与水化反应，水泥水化生成硅酸钙晶体，这些晶体产生部分强度，同时水泥水化生成氢氧化钙通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体表面，发生化学吸附和侵蚀，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，水化产物以凝胶体出现，随着凝期的增长，转化为纤维状晶体，晶体相互交叉，形成连锁结构，填充混合物的孔隙，形成较高的强度。再者，水泥水化生成的产物，在集料的空隙中相互交织搭接，将集料颗粒包裹连接起来，使其逐渐丧失了原有的塑性等性质，并且随着水化产物的增加，混合料也逐渐坚固起来，在这一过程中主要包括3种作用形式：离子交换作用、化学激发作用、碳酸化作用。由此，增大了水泥稳定碎石的强度。
2.影响碎石稳定的因素
首先是集料级配对于半刚性基层路面结构，基层要承受荷载，应具有一定的荷载扩散能力。集料自身强度及级配组成都对水泥稳定碎石基层的承载能力有重要的影响。含水量水泥稳定碎石的含水量对其强度有很大的影响。当混合料中水分不足时，不能保证水泥的完全水化和水解作用。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20%。因水泥稳定碎石从拌和到碾压成型需要一定的时间，所以延迟时间对混合料强度及所能达到的干密度有明显的影响。延迟时间越长，混合料的强度和干密度的损失越大。因此在水泥稳定碎石基层施工过程中，既要采用终凝时间较长的水泥以延长凝结时间，又要控制施工的延迟时间以减少强度的损失。由此看来我们可以选用初凝时间3h以上且终凝时间较长（宜在6h以上）的水泥。如32．5硅酸盐水泥和火山灰水泥等低标号缓凝型水泥。水泥稳定碎石的强度随水泥剂量的增加而增加，但考虑到水泥稳定碎石抗温缩、抗干缩以及经济性和施工不均匀性等因素，水泥剂量一般不易超过6％（重量比）。在进行试件对比试验时发现，若含水量高于7％，则成型过程中有部分水被排出，带走部分水泥浆，使水泥稳定碎石强度降低；若含水量低于4％，则成型相当困难，采取较大的压实功后，强度略高于最佳含水量状态下的强度值。因此最佳含水量一般控制在4％-7％。再就是水泥成分和剂量矿物成分不同的水泥稳定碎石，稳定效果有一定的判别。通常情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，钙酸盐水泥较差。当水泥的矿物成分相同时，稳定土的强度与水泥细度有关，细度高的水泥，比表面积较大，稳定效果较好。根据规范要求，对水泥稳定碎石基层选择强度值较高的级配中值，按照五个不同的掺量（3%、4%、5%、6%、8%）进行强度试验。通过试验对比发现，同样的级配组成和水泥标号、水泥剂量对混合料的强度影响很大，其强度随水泥剂量的增加而提高。
在碎石的基层应用中，压实度是影响水泥稳定碎石基层质量的重要考核指标，我们一般选用能量大的振动压路机与三轮压路机配合碾压，遵循先轻后重、先慢后快、先边缘后中间的原则，确保快速路、主干路压实度达98％以上，次干路及其他路达97％以上。
3.水泥稳定碎石基层裂缝的防治
首先是材料方面，例如石料的粗细直接影响水泥稳定碎石基层的强度、平整度和裂缝的产生。水泥稳定碎石的粒料越粗，强度越高，稳定性越好，预防温缩、干缩裂缝的能力越强。但粒料过于粗糙，则粒料间的粘接力不足，一旦车辆上路，表面层极易跑散，使得基层的平整度难以达到验收标准要求。应严格控制混合料中小于0.075 mm以下的颗粒（矿粉、土）含量：小于0.075 mm以下的颗粒含量增加时，不但增加了泥的用量，而且基层表面还容易起皮（起砂），严重影响水稳层质量。同时，当细集料增加时，混合料的温缩系数随温度降低变化幅度越来越大。温度越低，细粒料对温缩的影响也越大。而且石粉含量偏多时，水泥稳定碎石的收缩性增大，裂缝也就增多。因此，施工现场对于集料的级配控制一定要把好关，严格控制粉料的含量。其次是严格控制水泥用量和碾压时的最佳含水量，一般的水泥定碎石基层，其设计强度通常为3 MPa～5 MPa。设计强度愈高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝，缝也增大。所以规范规定水泥剂量不大于6%。水泥稳定碎石基干缩应变随混合料的含水量增加而增大。因此在施工时，应根据天气情况当增加或减少拌和用水量。
当然还应抓好施工控制工作。就压实度来说，水泥稳定碎石混合料压实度的控制是保证强度达到标准要求的重要手段之一。城市道路各种地下工程管线设施的检查维修井和未能及时迁移的地上杆线给基层的碾压带来了难题。这些结构设施的周围往往是大型机械碾压的死角。尽管面层将采取钢筋加固补强措施，但基层的压实度保证仍不能松懈。为保证压实度达到标准，检查井周围混合料的摊铺厚度可比正常路段薄一些，水泥的含量增加1%左右，使用小型机具夯实多遍。再
配合路面的井圈加固，以保证井圈周围的路面的工作寿命。
4.结语
综上所述，建设用碎石的稳定首先应加强对水泥稳定碎石等半刚性材料级配的工作。与此同时研究并搞清楚影响碎石稳定的各种因素，以便水稳碎石在基层的使用中出现裂缝等比较难处理的问题。■
参考文献
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[2]杨若冲、梁锡三、赖用满.沥青路面水损害典型原因与对策，同济大学学报（自然科学版），2008.36（6）：749～753