山西冶金岩土工程勘察总公司 山西太原市 030002
摘要：石灰粉煤灰稳定碎石是在银川市公路路面结构中最为常用的半刚性基层材料，但对其配比设计多参照规范设计中值进行，难以发挥该材料优良特性。本论文针对石灰粉煤灰稳定碎石的路用性质进行了专项研究，并综合考虑层位功能及其路用性能进行了配合比设计优化。
关键词：二灰碎石基层混合料，多碎石
1 二灰稳定碎石基层性能要求
在路面结构层中，由上至下依次是面层、基层、垫层，基层直接位于面层之下，是主要承重层，另外还起到扩散荷载应力和改善路基水温状况的作用。通常对基层的要求有:(1)良好的力学性能。(2)良好的水稳定性和冰冻稳定性。(3)具有足够的抗冲刷能力。(4)较小的收缩变形。
2 基于多碎石条件下的二灰稳定碎石基层原材料性能试验
2.1 石灰性能检测
石灰是粉煤灰水化反应的激发剂，应对其有效氧化钙、氧化镁含量提出最低要求。本论文对试验段石灰粉煤灰稳定碎石所用石灰进行技术指标检验。经检验其技术等级为二级，符合《公路路面基层施工技术规范（JTJ 034~2000）》中对石灰的要求。
2.2粉煤灰性能检测
为确保二灰碎石混合料质量，应对粉煤灰活性成分Fe2O3+Al2O3+SiO2的含量、烧失量和比表面积进行检测。
2.3 集料试验
（1）集料筛分
试验所用集料为石灰岩，规格分别为：10～30mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm。0.6mm以下颗粒塑性指数为5，均符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）的要求。
（2）针片状颗粒含量及压碎值试验
压碎值是衡量集料力学性质的重要指标，其大小直接影响到基层强度的大小。规范规定对高速公路和一级公路集料压碎值不大于30%。集料压碎值为15.2%。
3 多碎石条件下的二灰稳定碎石基层配合比设计
3.1 多碎石条件下的二灰碎石粗集料骨料级配的确定
(1) 试验步骤
①根据《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)的规定，二灰稳定碎石用作基层时，石料颗粒的最大粒径不应超过31.5mm，所以本次试验采用碎石的最大粒径为31.5，即主骨料规格D0为31.5。
②以D0的用量为100，D0的下一级粒径记为D1 (19mm)，以D0用量的5%为步长，将粒径为D1的集料与粒径为D0的集料在水泥地面上充分拌和均匀，用四分法将二档集料的混合料均匀三次装入容量筒中。每装完一次在振动平台上振实一次，测定其最终(即第三次)振实后的体积，计算其振实密度，建立填充数量与振实密度关系曲线。
③振实密度取最大值时对应的D1用量，作为D1的最终用量，计算出D。与D1的比例。
④重复以上方法，进行二级填充，最后分别得到各级粒径的最佳填充比例，即主骨料的级配。
通过以上试验，确定各档集料的振实密度与填充数量的关系，对测试结果进行整理，选出混合料振实密度最大的一组数据，作为本次试验粗集料的级配。
(2)试验方法
为了模拟现场振动压路机在材料表面的作用状况，将一定质量的该粒径的集料分三次放入振实桶中，每次装料完毕后，将振实桶放在振动平台上。一般的振动压路机的振动频率为20-70Hz，振幅0.3-4.Omm，而本文所采用的振动平台的振幅和频率是受试验条件的限制而采用的。如果试验条件允许可以进一步模拟振动压路机在材料表面的作用。每次振动时间为50s，三次总计振实时间150s。
3.2 多碎石条件下的二灰碎石结合料比例的确定
在进行二灰配比设计时，石灰与粉煤灰的比例控制在1：2～1：3，目的是缩小范围。按石灰：粉煤灰为6：14、6：12、8：12、8：17的比例根据重型标准击实确定最佳含水量及最大干密度，并成型标准试件，测定7天无侧限抗压强度，结合使用要求与经济性选取配合比。
3.3 多碎石条件下二灰与细集料比例的确定
在二灰中加入细集料形成二灰细集料混合物，类似与水泥混凝土中的水泥与砂的混合物，也称为砂浆。作为分散相，颗粒粒径小于5mm的细集料分散在二灰基体相中，形成颗粒增强材料，因而，细集料的加入可以明显改善二灰混合料的性能。显而易见，利用砂浆替代纯二灰填充粗集料颗粒间的空隙，可以进一步降低二灰碎石的收缩，改善其路用性能。
3.4 多碎石条件下二灰砂浆与粗集料比例的确定
在二灰碎石中，以主骨料形成骨架嵌挤，使其空隙率最小，以二灰砂浆填充骨料的空隙，形成密实结构，使整体混合料获得最大的密实度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆砂浆与粗集料的比例应该能确保形成这样的结构:表面包裹一薄层砂浆的粗集料紧密排列形成良好的空间骨架结构，密实的二灰砂浆混合料填满粗集料骨架的空隙，通过一定的物理化学作用，将骨架粘结成为稳定的整体。
3.5 多碎石条件下粗集料级配范围研究
为了进一步研究集料级配范围对二灰碎石混合料强度的影响，结合石灰粉煤灰稳定碎石路用性能需求，综合考虑施工变异性及养生情况，为了研究这种变化对二灰碎石强度的影响程度，课题组在试验中结合规范确定了骨架密实型、悬浮密实型2种级配。
对二灰碎石级配进行优化。参考规范中推荐的规范上下限，骨架密实型集料级配各规格粒料比例为：9.5-31.5碎石:9.5-19碎石:4.75-9.5碎石:石屑=58：19：11：12。悬浮密实型集料级配各规格粒料比例为9.5-31.5碎石:9.5-19碎石:4.75-9.5碎石:石屑=14：37：16：33。
4 二灰碎石基层材料合理组成研究
设计如下试验:分别用悬浮密实二灰碎石混合料和骨架密实级配二灰碎石混合料。这两种二灰碎石混合料采用同一种二灰(石灰与粉煤灰质量比不同)成型同一尺寸的试件，试验采用中H 15×H15cm的圆柱体试件。分别掺入不同剂量的集料。制备二灰碎石混合料不同配合比、不同集料级配的混合料, 成型采用振动成型的方法，确定最佳含水量和最大干密度，用于选定混合料的配合比。
试验选用石灰：粉煤灰：碎石=6：14：80； 8：12：80； 8：17：75 ； 5：10：85几种配合比分别进行对比试验。
4.1 级配与成型方式对最大干密度的影响分析
采用重型击实和振动压实方法确定材料的最大干密度。
（1）成型方式对最大干密度的影响
击实方式对二灰稳定碎石混合料的最大干密度有直接影响，无论骨架密实型级配还是悬浮密实型级配，各种配合比的二灰稳定碎石振动压实试件的最大干密度均大于重型击实试件的最大干密度，说明振动压实成型的试件更加密实。
（2） 级配对最大干密度的影响
对于同样的配合比，用重型击实法确定最大干密度时，悬浮密实型与骨架密实型二灰碎石混合料的最大干密度的比值平均为1.01，而用振动压实法确定最大干密度时，悬浮密实型与骨架密实型二灰碎石混合料的最大干密度的比值平均为1.02，说明骨架密实型级配的混合料要比密实，且粗集料适当增加的骨架密实型二灰稳定碎石混合料更适合于振动成型，且在振动成型方式下此混合料能获得更大的密实度。
4.2 二灰稳定碎石混合料抗压强度试验
（1）二灰稳定碎石抗压强度试验
二灰稳定碎石基层必须能够承受交通荷载和自然因素的反复作用，在设计的使用年限内，基层不会产生过大的残余变形，更不会产生剪切破坏或弯拉疲劳破坏。所以基层要满足这几个条件，除了有一定的厚度要求外，还主要取决于基层材料本身的性能及结构组成，即要求基层具有足够的强度和刚度。
研究提出的骨架密实型二灰碎石混合料具有如下特点：细集料少，粗集料形成紧密骨架结构；结合料含量根据空隙率大小计算确定，排除了随意性，确保胶结料既达到最大密实，又不对集料产生撑持作用而破坏骨架结构，从而使骨架密实结构二灰碎石混合料具有强度高的优点。
（2）二灰稳定碎石混合料抗压强度影响分析龄期对抗压强度的影响
二灰稳定碎石抗压强度均随龄期增长，早期强度增幅较小，然后逐渐增大，之后又开始变缓，呈现慢、快、慢的变化规律。
配合比对各龄期强度的影响
二灰稳定碎石中石灰与粉煤灰的含量对混合料的早期强度有着一定影响。随着二灰剂量的增加，二灰稳定碎石早期强度也有所增长。
5 结论
（1）成型方法对最大干密度的影响
对于同样的配合比，用重型击实法确定最大干密度时，悬浮密实型与骨架密实型二灰碎石混合料的最大干密度的比值平均为1.01，而用振动压实法确定最大干密度时，悬浮密实型与骨架密实型二灰碎石混合料的最大干密度的比值平均为1.02，说明骨架密实型级配的混合料要比密实，且粗集料适当增加的骨架密实型二灰稳定碎石混合料更适合于振动成型，且在振动成型方式下此混合料能获得更大的密实度。
（2）骨架密实型二灰碎石混合料早期强度高
试验室实测结果验证，各种配合的多碎石条件下的二灰稳定碎石早期抗压强度远远大于规范要求。研究提出的骨架密实型多碎石二灰碎石混合料具有如下特点：细集料少，粗集料形成紧密骨架结构；结合料含量根据空隙率大小计算确定，排除了随意性，确保胶结料既达到最大密实，又不对集料产生撑持作用而破坏骨架结构，从而使骨架密实结构二灰碎石混合料具有强度高的优点。
（3）龄期对抗压强度的影响
二灰稳定碎石抗压强度均随龄期增长，早期强度增幅较小，然后逐渐增大，之后又开始变缓，呈现慢、快、慢的变化规律。
（4）配合比对不同龄期二灰稳定碎石强度的影响
二灰稳定碎石中石灰与粉煤灰的含量对混合料的早期强度有着一定影响。随着二灰剂量的增加，二灰稳定碎石早期强度也有所增长。
参考文献
[1]《基于多碎石条件下二灰碎石路面基层设计与施工技术研究报告》.
论文作者:李留阳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/3
标签：碎石论文; 密实论文; 骨架论文; 密度论文; 稳定论文; 基层论文; 石灰论文; 《基层建设》2017年第28期论文;