砂巖質(zhì)水泥穩(wěn)定碎石混合料材料設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

馬慶偉??

摘 要：采用振動擊實法對砂巖的原材料指標及混合料力學指標進行研究。結(jié)果表明：砂巖壓碎值和抗壓強度均低于石灰?guī)r和花崗巖，因此對其壓碎值標準應降低；同時對于砂巖質(zhì)水泥穩(wěn)定碎石，其7 d無側(cè)限抗壓強度標準不宜過高，以免基層產(chǎn)生早期反射裂縫。

關(guān)鍵詞：砂巖；振動擊實；壓碎值；抗壓強度

中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：B

Research on Key Technology for Material Design of Cement Stabilized Sandstone Gravel

MA Qing- wei

（Xian Highway Institute， Xian 710065， Shaanxi， China）

Abstract： Vibration compaction method was applied to study the properties of sandstone and mechanic performance of the mixture. The results indicate that the crushing value and compressive strength of sandstone is smaller comparing to those of limestone and granite， so the crushing value standard should be reduced. The seven- day unconfined compressive strength standard for cement stabilized sandstone gravel should not be too high lest early reflection cracks emerge from the base course.

Key words： sandstone； vibration compaction； crushing value； compressive strength

0 引 言

陜北在建項目黃延高速公路筑路材料需求量極大。一方面，項目附近優(yōu)質(zhì)石料嚴重匱乏；另一方面，采用外運集料在經(jīng)濟上難以承受。針對項目沿線砂巖資源相對比較豐富的優(yōu)勢，同時貫徹省廳對在建項目盡量采用項目沿線筑路材料、充分合理開發(fā)利用自然資源的要求，開展砂巖用于水泥穩(wěn)定碎石的相關(guān)研究。

1 原材料

（1） 水泥。水泥穩(wěn)定碎石基層所采用的水泥為普通硅酸鹽水泥（P·O42.5），各項指標均符合項目要求。

（2） 碎石。基層碎石的最大粒徑不超過37.5 mm。備料按37.5～19.0 mm（A#料）、19. 0～9.5 mm（B#料）、9.5～4.75 mm（C#料）和4.75～0 mm（D#料）共4種粒徑規(guī)格篩分、加工出料[1]。

黃延高速公路項目沿線有大量砂巖，它是一種典型的沉積巖，主要成分為石英、粘土等，密度較低、壓碎值較大；由于其組成成分的差異，各種砂巖的顏色和密度差異較大[2- 3]。

通過深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃延高速公路沿線地區(qū)的砂巖沉積和成巖時間較短，導致其飽水抗壓強度低，工程力學性能差，具體如表1所示。

由表2看出，黃延高速公路沿線砂巖壓碎值較大，很難滿足陜西省地方標準《垂直振動法水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中對粗集料壓碎值不大于25%的要求，但滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的要求[4]。究其原因，地方相關(guān)技術(shù)標準的建立主要是基于石灰?guī)r和花崗巖的水泥穩(wěn)定碎石振動成型試驗結(jié)果確定出來的，而砂巖由于其自身特點，壓碎值和抗壓強度均低于石灰?guī)r和花崗巖，因此《垂直振動法水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》不適用于采用砂巖的水泥穩(wěn)定碎石振動成型配合比設(shè)計及施工控制。

從表2還可以看出，細集料砂當量也無法滿足陜西省地方標準《垂直振動法水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中對細集料砂當量不小于50%的要求。砂當量是細集料中粘性土或雜質(zhì)的含量，用于評定集料的潔凈程度。由試驗結(jié)果可見，砂巖中粘土成分含量較大，這些存在于細集料中或包裹在集料顆粒表面的泥土會降低水泥的水化反應速度，削弱集料和水泥之間的粘結(jié)力，影響水泥穩(wěn)定碎石的整體強度和耐久性。

由于砂當量指標無法滿足不小于50%的要求，為進一步明確細集料中粘土成分的含量，對細集料的塑性指數(shù)進行了檢測，檢測結(jié)果如表3所示。

塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素。塑性指數(shù)愈大，表明土的顆粒愈細，表面積愈大，土的粘粒或親水礦物（如蒙脫石）含量愈高，土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍就愈大，也就是說塑性指數(shù)能綜合地反映土的礦物成分和顆粒大小。因此，在工程上常按塑性指數(shù)對粘性土進行分類。粉土為塑性指數(shù)不大于10且粒徑大于0. 075 mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量50%的土；粘性土為塑性指數(shù)大于10且粒徑大于0.075 mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量50%的土?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）中對水泥穩(wěn)定土的砂當量沒有要求，只是要求塑性指數(shù)小于9，液限不大于28%。由表3可知，細集料塑性指數(shù)可滿足規(guī)范要求。

（3） 水。本項目用水符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）要求。

2 水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計

2.1 合成級配

本項目混合料的組成按照骨架密實結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用一個級配合成，其級配計算如表4所示，合成級配如圖1、表5所示。

2.2 成型方法

按照《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006）中對半剛性（底）基層混合料試件成型的要求，采用振動成型法。本試驗采用的振動頻率為25～29 Hz，振動時間為70～90 s。

2.3 試驗步驟

（1） 按不同的含水量配制5組混合料，從而確定二灰穩(wěn)定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。

（2） 按選定的最佳含水量和要求的壓實度制備混合料無側(cè)限抗壓試件，在標準條件下養(yǎng)護6 d，浸水1 d后進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

（3） 室內(nèi)試驗抗壓強度的代表值按下式計算

Rc0.95=R-ZaS

式中：Rc0.95為該組試件保證率為95%的抗壓強度的代表值；R為該組試件抗壓強度的平均值；Za為保證率系數(shù)，高速公路保證率95%，此時的Za =1. 645；S為該組試件無側(cè)限抗壓強度的標準差。

2.4 試驗結(jié)果

由表6、7可見，試件最大干密度較小，7 d無側(cè)限抗壓強度基本在3.0～5.0 MPa之間。這是因為：砂巖自身密度較小，致使混合料成型后試件密度也較?。欢矣捎谏皫r本身質(zhì)地較軟，飽水抗壓強度較低，且含有較多粘土成分，降低了水泥的水化反應速度；再者砂巖屬吸水性材料，浸水后易軟化。所以，造成砂巖水泥穩(wěn)定碎石7 d無側(cè)限抗壓強度低于陜西省地方標準中要求的6.5 MPa。

如要使砂巖水泥穩(wěn)定碎石強度達到6.5 MPa以上，只有增大水泥劑量或者增大現(xiàn)場擊實功，但水泥劑量的增加不僅會使造價提高，而且易使基層產(chǎn)生反射裂縫[5]，不符合水泥穩(wěn)定碎石基層耐久性設(shè)計的原則，再者如增大擊實功，因砂巖自身強度不高，粗集料易被擊碎，破壞混合料骨架密實結(jié)構(gòu)且造成基層表面的鏡面現(xiàn)象。

3 結(jié) 語

（1） 砂巖因密度較小，壓碎值和抗壓強度均低于石灰?guī)r和花崗巖，因此對其壓碎值應降低至30%來進行控制。

（2） 對于砂巖質(zhì)細集料，因砂當量指標較難滿足要求，建議采用塑性指數(shù)小于9來控制其潔凈程度。

（3） 對于砂巖質(zhì)水泥穩(wěn)定碎石，室內(nèi)成型方法應采用振動擊實法，對其7 d無側(cè)限抗壓強度標準應參考現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行，不宜過高，以免破壞混合料骨架結(jié)構(gòu)，進而使基層產(chǎn)生早期反射裂縫。

參考文獻：

[1] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 鄧覲宇.高速公路紅硬質(zhì)砂巖的路用性能及施工工藝研究[J].巖土工程技術(shù)，2003（5）：253- 257.

[3] 叢卓紅，閏紅光，鄭南翔.水泥穩(wěn)定碎石用硬質(zhì)砂巖關(guān)鍵性指標[J].長安大學學報：自然科學版，2011，31（5）：12- 17.

[4] JTJ 057—94，公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].

[5] 蔣應軍.水泥穩(wěn)定碎石基層收縮裂縫防治研究[D].西安：長安大學，2001.

[責任編輯：王玉玲]