水泥稳定土体积膨胀及其施工对策

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摘 要 在高温地区进行水泥稳定土施工应考虑温度和水化热对水泥稳定土压实度降低。通过相关试验及施工，验证了水化热和高温的共同作用可使水泥稳定土产生体积膨胀，导致水泥稳定土压实度降低。为了确保水泥稳定土施工后的压实度达到规范要求，施工时可采取改变配合比的方法减少水泥水化热，提高水泥稳定土施工时的压实功的方法提高压实度，提高水泥稳定土拌和时的含水率确保水泥稳定土施工后的强度和压实度。

关键词 水泥稳定土；水化热；压实度；压实功；含水率

中图分类号U416.2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0093-02

0 引言

目前我国国内的工程施工市场竞争越来越激烈，许多施工单位在进行工程投标时不得不采用低价竞标以便承揽到工程任务的策略，这导致工程施工的利润越来越薄。所以，现在很多大型的施工企业均把目光投向了国外，力争在国际工程施工市场上承揽到工程，获得较大利润。在国际工程施工，需要考虑的因素很多且复杂。例如，对于公路工程中常见的水泥稳定土施工，在国内一般不需要考虑水化热引起的体积膨胀，但在非洲施工时，由于当地的高温和水泥水化热共同作用，有可能引起的水泥稳定土体积膨胀而导致水泥稳定土的压实底降低。

某非洲公路改建项目，该公路设计采用水泥稳定土作为路面基层。在试验段施工时发现，压实施工完毕时的压实度基本能达到相关规范的要求，但24小时以后水泥稳定土压实度减少，且不能满足相关技术规范[1]的要求。为了探明出现这种情况的原因是并寻求相应的施工对策，施工企业针对水泥水化热和压实度做了一系列相关的试验与分析工作。

1 水泥稳定土水化热对体积膨胀的影响研究

一般情况下，影响水泥稳定土压实度因素也就是影响水泥稳定土最大干密度的因素，主要包括[2]～[6]：粒料级配、含水率、水泥含量、压实功等。为了研究水泥水化热对水泥稳定土体积膨胀的影响，施工单位主要进行了最大干密度随着时间增的变化规律研究和试验室内拌合所得最大干密度和现场取样所得最大干密度对比研究，从水泥稳定土最大干密度的变化来研究水泥稳定土体积的膨胀。

1.1 最大干密度随着时间增的变化规律研究

试验取三组水泥稳定土试样，其中第1组和第2组水泥含量为6%，第3组试样水泥含量为5%。试验时，从0min起至180min结束，每30min击实并测定一次最大干密度，由此研究水泥稳定土受时间变化对干密度的影响。经试验表明，水泥稳定土的最大干密度随时间呈递减趋势。分析后认为：水泥与水泥稳定土粒料加水拌合后，水泥开始水化反应并产生热量造成混合料体积膨胀。体积增大而质量不变，造成水泥稳定土最大干密度减小。

1.2 试验室拌合所得最大干密度和现场取样所得最大干密度对比研究

试验采用水泥含量为6%的水泥稳定土，分别采集试验室拌合试样和现场取样试样进行击实试验。经试验，现场取样试验的最大干密度小于试验室拌合的最大干密度。

施工现场混合料暴露于阳光及较高的气温中（昼夜平均温度可达26℃～29℃），这与试验室在室内条件下拌合的混合料存在较大差异。较高的环境温度一方面加速了水泥的水化导致水化热快速释放、集聚；另一方面，较高的外界气温使水化热不能迅速散去。因此，现场施工的水稳层会产生一定量的膨胀，使得水泥稳定土的最大干密度降低，进而使水泥稳定土的压实度达不到技术规范的要求。

为了验证水泥稳定土中水泥水化热和环境温度对水泥稳定土最大干密度的影响，施工企业在施工试验段的同一取样点，分别进行了当天和24小时后的压实度检测，检测所得数据见表1。从试验所得数据可以看出，经过24小时过后试验点的压实度减少了1%～2%。

试验结果说明，水稳料中的水泥施工后会产生一定的水化热，在水化热和外界高温的共同作用下，随着时间的增长而持续使水泥稳定土发热并产生轻微体积膨胀，水泥稳定土的干密度逐渐减小，压实度也随之降低。

2 施工对策研究

为了避免水泥水化热引起的体积膨胀导致水泥稳定土压实度下降，可以采用水泥水化热、提高压实功等措施，并且适当提高施工前水泥稳定土配料的含水率。

2.1 减少水化热

减少水泥稳定土产生的水化热，一方面可以采用减少水泥含量的方法，而一方面可以采用低水化热的水泥代替目前所用的水泥。但调整水泥含量和改换水泥，都需要重新配制水泥稳定土的配合比，并进行施工现场验证，这必将影响工期。对海外工程来说，工期拖延必将导致利润的较大损失。

2.2 提高压实功

提高水泥稳定土施工时的压实功，可取得较大的压实度，即使因为水泥水化引起水泥稳定土体积膨胀而导致压实度下降，下降后的压实度仍然有可能满足相关技术规范的要求。为了提高压实功，水泥稳定土压实施工时采用了大吨位的轮胎压路机并附加配重，水泥稳定土粒料的虚铺厚度从原来的20cm减少到15cm。压路机加配重后达到35t，压路机有4前3后共7个轮，平均每个轮压力为5t。同时，水泥稳定土松散料摊铺时改摊铺机为平地机，平地机刮平并初压后先胶轮稳压，再用等级为VM4的单钢轮压路机4遍强振4便弱振，最后用附加配重的胶轮压路机碾压20遍。通过提高压实功的方法，提高了水泥稳定土的压实度，并有一定的富余量，24小时后，虽然因为水化热导致水泥稳定土体积膨胀而压实度有所下降，但仍能达到相关规范要求的98%及以上，详见表2所示。

取样点编号 室内最大干密度

（g/cm3） 施工完成时现场取样最大干密度（g/cm3） 施工完成时的压实度 施工完成后24小时的压实度

1 2.02 2.05 101.5% 99.5%

2 2.02 2.01 99.5% 98.5%

3 2.02 2.01 99.5% 98.2%

4 2.02 2.02 100% 98.8%

5 2.02 2.00 99% 98%

6 2.02 2.02 100% 99.2%

表2 提高压实功后水泥稳定土压实度变化

2.3提高含水率

含水率高低对水泥稳定土能否压实以及压实度大小影响较大，通过试验，确定本工程项目水泥稳定土的最佳含水率为7.8%，最大干密度为2.02g/m3。

由于施工现场环境气温较高，水会有些蒸发损失，在进行水泥稳定土粒料拌和时，应使其含水率大于最佳含水率。通过试验发现，水泥稳定土粒料拌和时的含水率应达到9.5%～10.5%，即比最佳含水率高2%左右。这样，水泥稳定土蒸发损失后的含水率仍能达到最佳含水率，使水泥水化完全，把水的质量变成固体水化物的质量，提高水泥稳定土的密度和强度，进而提高水泥稳定土的压实度。同时，蒸发损失后的含水率仍能达到最佳含水率，则在压实过程中，水起到颗粒间的作用，水泥稳定土颗粒间摩阻力减小，从而易于压实，且干密度最大，也可提高水泥稳定土的压实度。

3 结论

1）水泥的水化热及外界高温的共同作用可使水泥稳定土的体积膨胀，进而导致水泥稳定土的压实度降低；

2）可采用减少水泥用量或（和）采用低水化热水泥的方法，减少水泥稳定土的体积膨胀，但需要重新配制水泥稳定土的配合比，影响工期；

3）提高压实功，增大水泥稳定土的压实度并保持一定的富余量，是解决水泥稳定土的体积膨胀而导致水泥稳定土的压实度降低的有效方法；

4）水泥稳定土粒料拌和时，其含水率应在最佳含水率的基础上提高2%左右，这样可以确保水泥稳定土施工完毕后达到规定的强度和压实度，抵消部分因水泥稳定土体积膨胀而导致压实度减少值。

参考文献

[1] JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[s].北京：人民交通出版社，2000，9.

[2]邓春林，徐筠，熊建波，王胜年.CBGM与水泥稳定土试验方法及力学性能对比[J].中外公路，2013，6，33（3）：303-306.

[3] 沙庆林.公路压实与压实标准[M].北京：人民交通出版社，1999.

[4]齐美娟.水泥稳定土的试验研究[D].河北工业大学，2006，12.

[5]赵武强.水泥稳定土施工技术[J].山西建筑，2010，7，36（20）：276-277.

[6]冯冲.水泥稳定土试验设计研究[J].交通标准化，2010，4上（218）：75-78.