淺談高速公路二灰碎石基層材料的路用性能

胡松濤

（河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司 南陽分公司，河南 南陽 473000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，公路交通量急劇增加，這對公路路面的主要承重層—基層提出了更高的要求?；鶎拥膹?qiáng)弱和好壞對整個路面，特別是瀝青路面的強(qiáng)度、使用質(zhì)量和使用壽命有十分重要的影響。因此路面基層，無論是水泥混凝土路面的基層，還是瀝青混凝土路面的基層，必須具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。正是由于這一點，二灰穩(wěn)定碎石材料基于其較高的強(qiáng)度、板體性能、比其他基層材料更好的抗裂性能和抗沖刷性能等，在高等級公路基層的修筑中的得到了越來越普遍的采用。

1 二灰穩(wěn)定碎石的優(yōu)點及不足

二灰穩(wěn)定碎石基層有以下優(yōu)點：

1）具有較高的強(qiáng)度和承載能力，一般來說，半剛性基層材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和剛度，并且具有一定的抗彎拉強(qiáng)度，且它們都具有隨齡期而不斷增長的特性，因此半剛性基層瀝青路面通常具有較小的變形和較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力；

2）半剛性基層剛度大、整體性強(qiáng)，使得其上瀝青面層彎拉應(yīng)力值較小，從而提高了瀝青面層抵抗行車荷載疲勞破壞的能力，甚至可以認(rèn)為半剛性基層上的瀝青面層不會產(chǎn)生行車疲勞破壞；

3）有利于我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，既變廢為寶，又減少了環(huán)境污染，具有很大的社會效益。

盡管二灰碎石混合料做路面基層有如上諸多優(yōu)點，但并不是所有采用二灰碎石混合料做路面基層的道路結(jié)構(gòu)都能獲得預(yù)期的效果。隨著二灰碎石基層在我國的大量使用，逐漸發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)形式也存在著一些有待解決的問題，如：

1）早期強(qiáng)度低，影響交通及早開放；

2）易產(chǎn)生沖刷唧漿現(xiàn)象，從而造成路面的破壞，影響路面的使用年限；

3）在強(qiáng)度形成及使用過程中，因溫度變化產(chǎn)生溫度收縮裂縫和因含水量變化產(chǎn)生干縮裂縫，當(dāng)瀝青面層較薄時這種裂縫往往擴(kuò)展到面層形成反射裂縫。裂縫的存在不僅使車輛行駛質(zhì)量下降，而且也破壞了路面結(jié)構(gòu)的整體性和連續(xù)性，并在一定程度上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的削弱。

鑒于以上問題，針對我國修筑半剛性基層瀝青路面的實際情況，有必要對二灰碎石的配合比進(jìn)行研究，尋求一種比較合理的集料級配，通過調(diào)整二灰碎石混合料的配合比，使得二灰碎石基層的路用性能得以改善，使其具有較好的抗裂性能和抗沖刷性能，并為以后的基層鋪設(shè)提供一定的理論依據(jù)。

2 二灰碎石路用性能影響因素的分析

1）強(qiáng)度影響因素

二灰穩(wěn)定碎石是以石灰、粉煤灰和碎石集料三種主要材料，按一定的比例混合而成，經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)形成的具有較強(qiáng)板體性能的混合料。其強(qiáng)度的構(gòu)成一般來自3個方面：①石灰和粉煤灰在水作用下形成的水硬性膠凝物質(zhì)；②骨料的嵌鎖作用；③膠凝物質(zhì)與骨料的粘結(jié)和固定作用。

從以上分析可知，影響二灰穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的主要因素有以下幾個方面：①石灰和粉煤灰的比例；②石灰和粉煤灰的總含量；③骨料的含量；④骨料的級配。

基層的沖刷程度與進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層的水量大小有很大關(guān)系。進(jìn)入的水愈多，沖刷程度愈大。沖刷程度還與基層材料本身有很大關(guān)系，對于未處治的級配集料來說，集料中小于0.075mm的粉粒與粘粒愈多，沖刷愈嚴(yán)重；對于無機(jī)結(jié)合料處治基層材料，其沖刷程度隨集料中0.075mm以下的顆粒含量而變，細(xì)料愈多，沖刷愈嚴(yán)重。另外，結(jié)合料的劑量、基層的壓實程度、養(yǎng)生好壞、交通量的大小等因素都會對基層的沖刷程度造成影響。

2）疲勞性能的影響因素

從國內(nèi)外有關(guān)方面對二灰穩(wěn)定碎石進(jìn)行的試驗表明：混合料的初始強(qiáng)對疲勞壽命的影響非常大，初期應(yīng)變較?。◤?qiáng)度較高）的混合料，應(yīng)變隨荷載反復(fù)作用的變化較慢，反之則較快即初期強(qiáng)度低時，疲勞破壞很快出現(xiàn)。理論分析也認(rèn)為，若二灰穩(wěn)定碎石的初期強(qiáng)度較高，在外荷載作用的前期不發(fā)生疲勞破壞，而后期的營運基本上也不會發(fā)生疲勞破壞。另外，二灰穩(wěn)定碎石的疲勞性能還與材料本身有很大關(guān)系，如細(xì)集料、粗集料、石灰、粉煤灰在混合料中占的比重不同、集料的級配不同等對二灰穩(wěn)定碎石的疲勞性能都有很大的影響。

3）干燥收縮的影響因素

二灰穩(wěn)定碎石內(nèi)水份變化而引起的體積收縮現(xiàn)象，即稱為干燥收縮?，F(xiàn)在的研究理論認(rèn)為干縮主要機(jī)理為：水份蒸發(fā)時產(chǎn)生的“毛細(xì)管作用、吸附水作用、分子間力作用以及各礦物晶體和膠凝物質(zhì)的層間水作用、碳化收縮作用”；而大孔隙中的重力水的蒸發(fā)，對二灰穩(wěn)定碎石混合料的干縮并無多大影響。毛細(xì)管內(nèi)的水份在蒸發(fā)過程中，彎液面下降，曲率半徑減小，表面張力增大，產(chǎn)生干縮。吸附水隨后也開始蒸發(fā)，顆粒表面水膜變薄，分子間引力增大，導(dǎo)致顆粒接近，距離變小，進(jìn)一步收縮，這部分的收縮是干縮的主要影響成份。層間水的蒸發(fā)也將導(dǎo)致晶粒間距離減小，增加了宏觀的收縮。石灰與CO2生成CaCO3結(jié)晶物的過程中，會析出部分水份，也將進(jìn)一步加劇混合料的收縮。而混合料中各組份的含量與以上各種作用的強(qiáng)弱有理論上的直接關(guān)系。

4）溫度收縮的影響因素

二灰穩(wěn)定碎石隨溫度的變化而出現(xiàn)的體積收縮現(xiàn)象，即稱為溫度收縮。二灰穩(wěn)定碎石混合料由于溫度收縮而表現(xiàn)出的裂縫現(xiàn)象，是其各單體在溫度變化而產(chǎn)生縮裂的綜合效應(yīng)。由于組分中各材料之間的相互影響，相互制約，使得混合料的整體收縮性能并非各單組分的簡單相加，而與其材料配比，組分含量都有直接關(guān)系。大部分研究認(rèn)為，影響混合料溫度收縮的主要因素有水份、生成物、石灰、粉煤灰和碎石。而氣相，由于存在于空隙中，一般均與大氣相通，存在于閉口孔隙中的氣相數(shù)量相對較少，因此對混合料的溫縮影響極小。

3 二灰穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計方法

二灰穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計是指：根據(jù)路用性能的技術(shù)要求，選擇良好的集料級配和恰當(dāng)?shù)亩遥ㄊ遥悍勖夯遥┡浔?，確定合理的集料（結(jié)合料）含量及混合料的最佳含水量。它是路面設(shè)計的重要組成部分，通過材料的組成設(shè)計，能夠使路面設(shè)計建立在科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的基礎(chǔ)上。目前我國一些公路與城市道路的路面質(zhì)量不好，甚至過早產(chǎn)生破壞，與習(xí)慣上不重視基層材料的組成設(shè)計有著很重要的關(guān)系。

1）集料級配設(shè)計的探討

通過不同類型級配二灰碎石的多個路用性能指標(biāo)的試驗，我們可以發(fā)現(xiàn)連續(xù)級配的二灰穩(wěn)定碎石的綜合路用性能優(yōu)于折斷級配和間斷級配；不同連續(xù)級配隨細(xì)集料含量的不同其路用性能也差異較大，應(yīng)盡量控制2.36mm篩孔通過率，提高9.5mm篩孔通過率。

在選用級配的時候不應(yīng)僅憑7天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度一個指標(biāo)來確定，而應(yīng)綜合考慮其力學(xué)性、抗沖刷性、耐疲勞性、抗裂性等諸項路用性能。為了應(yīng)用的方便，可以通過進(jìn)一步的試驗建立起集料的體積指標(biāo)（如礦料間隙率，主骨架空隙率等）與諸路用性能指標(biāo)的關(guān)系，以及集料各個體積指標(biāo)與各篩孔通過率之間的關(guān)系。這樣就可以通過幾個簡單的體積指標(biāo)或控制各篩孔的通過率來達(dá)到控制其諸項路用性能的目的。

考慮到二灰穩(wěn)定碎石材料具有鮮明整體性的特點，在通過路用性能試驗比較不同級配的優(yōu)劣時，應(yīng)考慮到集料級配與結(jié)合料含量的交互作用，而不應(yīng)固定一個結(jié)合料含量來進(jìn)行比較。集料含量設(shè)計的探討

對于密實式二灰穩(wěn)定碎石，集料的含量不是越多越好，也不是越少越好，而是存在一個最佳含量，這個最佳含量又隨集料的級配不同而變化，不應(yīng)固定一個含量。通過不同集料含量二灰穩(wěn)定碎石綜合路用性能試驗我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)結(jié)合料的體積百分含量與集料的松散空隙率相等時其力學(xué)性能（無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量）和干縮性能均比其它體積含量時優(yōu)良。因此，在進(jìn)行集料含量設(shè)計時，一個單位實方體的混合料中，集料的用量應(yīng)為一個單位松方量，結(jié)合料以最佳壓實狀態(tài)填充集料的剩余空隙。這樣集料才能充分嵌擠形成骨架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生良好的摩阻力；結(jié)合料才能充分填充骨架空隙，使混合料密實，從而產(chǎn)生較大的膠結(jié)作用。

［1］林繡賢.柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[M].北京：人民交通出版社，1988.

［2］沙愛民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能[M].北京：人民交通出版社，1998.

［3］姜獻(xiàn)民.二灰碎石混合料設(shè)計[J].北京公路，1999（2）.

［4］姜愛峰，任惠清.二灰碎石組成配合比設(shè)計[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，1999（6）.