水泥稳定碎石路用性能影响因素浅析

第３４卷第３期　２００８年９月　湖南交通科技　

ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００８　

文章编号：１００８－８４４Ｘ（２００８）０３—０００４—０４　

律。　水泥稳定碎石路用性能影响因素浅析　

刘永周　

（河南省－－Ｉ＇１峡公路勘察设计院，河南－－Ｈ峡４７２０００）　

摘要：介绍了水泥稳定碎石的路用性能影响因素，通过实验分析了影响因素的作用规　

关键词：水泥稳定碎石；抗压强度；劈裂强度；弹性模量　

中图分类号：Ｕ　４１６．２　文献标识码：Ｂ　

水泥稳定碎石是将一定级配的集料、水泥和水　

一起拌和后，在最佳含水量状态下碾压成型，经过养　

生达到一定强度的路面结构，是一种半刚性结构。　

水泥稳定碎石有良好的力学性能，强度高，刚度大，　

整体性强，水稳性好和抗冻性好，耐冲刷，抗行车疲　

劳性能好，施工方便，是一种优良的路面结构材料，　

不仅常作为高等级公路路面基层的首选结构，而且　

也越来越广泛地被农村公路作为路面基层采用。但　

水泥稳定碎石结构也常常因为骨料级配、水泥剂量、　

碾压最佳含水量等因素导致早期强度不足、基层反　

射裂缝导致路面早期损坏，如何科学合理的分析和　

控制各种影响因素，保证水泥稳定碎石路用性能　

已经成为困扰设计和施工、监理人员的一个现实问　

题。　

１　工程背景　

义（马）渑（池）城区快速道路位于河南三门峡　

市义马和渑池北部，是连接２个城市的交通枢纽，也　

是促进经济交流和发展的重要通道。该区属暖温带　

大陆性季风气候区，年平均气温１２．９　ｏＣ，极高气温　

４１．８７℃，极限低气温一１８．７℃，多年平均气温　

１２．４℃，历年平均气温７月份最高，１月份最低。全　

年无霜期２　１　６　ｄ，Ｅｔ照２　２５　７．４　１　ｈ，最大风速２０　

ｍ／ｓ，最大冻结深度３４　ｃｍ。多年平均降雨量　

６２５　ｍｍ，年最大降雨量１　１３４．３　ｍｍ（１９８２年），年最　

小降雨量３２６．４　ｍｍ（１９９５年），日最大降雨量１３８．１　ｍｍ（１９８２年７月３０日），多年平均蒸发量１　９４９．９　

ｍｍ。　该区降雨量时空分布不均，雨季为７、８、９这３　

个月，降雨量占全年的５７．７％，旱季为４—６月，降　

雨量不到全年的１／４。　

该工程按照部颁一级公路标准并参照城市道路　

设计规范设计，路线全长５．９　ｋｍ；路基总宽７７　ｍ，采　

用４块板形式：中央分隔带宽８　ｍ，快车道宽２×　

１８．５　ｍ，慢车道宽２×８　ｍ，侧分带宽２×４　ｍ，人行道　

宽２×４　ｍ。路面结构设计见表１。　

表１路面结构及材料设计参数　ＭＰａ　

２　实验方案与实验结果　

２．１原材料　

水泥采用３２．５普通硅酸盐水泥，碎石采用石灰　

岩轧制的不同粒径组成的混合料。混合料采用３种　

不同级配：１＃连续密级配；２社连续开级配；３＃间断　

级配。水泥主要技术指标见表２，集料主要技术指　

标见表３。　

表２水泥主要技术指标　

收稿日期：２００８—０７・０ｌ　作者简介：刘永周（１９６９・），男，工程师，从事勘察设计及监理工作。

　３期　刘永周：水泥稳定碎石路用性能影响因素浅析　５　

《公路路面基层施工技术规范》（ＪＴＪ　０３４－２０００）　

规定对于高速公路和一级公路，水泥稳定碎石作基　

层时，单个粒径最大不应超过３１．５　ｍｍ。实验采用　

集料级配见表４。　

表４集料级配组成　％　

级配　至旦堕　！竺竺！　望苎皇　类型　３１．５　１９　９．５　４．７５　２．３６　Ｏ．６　０．０７５　

２．２击实实验　

击实实验依据《公路工程无机稳定结合料实验　

规程》（ＪＴＪ　０５７—９４）进行，３种级配混合料按照不同　

的水泥含量分别击实。试件制备按照９８％压实度　

成型后密封，置于标准养护箱养护至龄期前ｌ　ｄ取　

出浸水２４　ｈ后实验。不同剂量水泥混合料击实结　

果见表５。　

表５不同剂量水泥的混合料击实实验结果　

２．３实验结果分析　

２．３．１水泥剂量的影响　

对于连续密级配水泥稳定碎石混合料，其强度　

增长与水泥剂量增长基本成线性关系（见表６），相　

表６不同剂量水泥的无侧限抗压强度实验结果　

水泥剂量／　抗压强度／ＭＰａ　水泥剂量／　抗压强度／ＭＰａ　％　７　ｄ　２８　ｄ　％　７　ｄ　２８　ｄ　

３　２．４８　３．４３　５．５　４．５０　６．８１　４　３．４ｌ　４．６４　６　４．９３　６．１２　

４．５　４．Ｏｌ　４．９７　８　５．６３　８．６１　

５　４．４６　５．６９　

关性较好，拟合曲线方程如下：　

Ｒ７＝６１．６２３　２　Ｃ＋１．０３２　２，ｒ＝０．９６０　２　Ｒ２８＝１０１．６９３　Ｏ　Ｃ＋０．５２２　９，ｒ＝０．９６０　２　

其中：尺　，　：　分别为７　ｄ和２８　ｄ无侧限抗压强度，　

ＭＰａ；Ｃ为水泥剂量，％；ｒ为相关系数。　

２．３．２延迟成型的影响　

在相同的延迟成型时间条件下，混合料的无侧　

限抗压强度随着龄期增长而增长，而且早期增长速　

度大于后期增长速度，７　ｄ龄期的强度约为３　ｄ龄期　

强度的１．３～１．５倍，但延迟成型时间对强度影响不　

明显。见表７。　

表７不同延迟成型时间的无侧限抗压强度实验结果　

延迟时间／　抗压强度／ＭＰａ　延迟时间／　抗压强度／ＭＰａ　ｈ　３　ｄ　７　ｄ　２８　ｄ　ｈ　３　ｄ　７　ｄ　２８　ｄ　

Ｏ　２．７　４．４　５．７　５　２．３　４．２　５．５　

３　２．６　４．４　５．７　６　２．５　４．２　５．６　４　２．４　４．３　５．６　７　２．６　４．３　５．６　

２．３．３集料级配影响　

集料在水泥稳定碎石基层中占有很大比例　

（９５％左右），科学合理的级配对于结构的密实度　

（最大干密度）和前期及后期强度无侧限抗压强度　

和劈裂强度都有着重要的影响，进而影响结构层的　

其他性能。规范要求水泥稳定碎石基层７　ｄ抗压强　

度必须达到３～４　ＭＰａ，要满足这样的早期强度要　

求，水泥含量和骨料级配都是很重要的因素。良好　

的级配可以充分发挥骨料的骨架作用，有效形成结　

构层早期强度。　

根据上述的３种级配，分别以４％、５％、６％的　

水泥含量制备混合料试件进行无侧限抗压强度实　

验，结果见表８。　

可以看出，在水泥剂量和养生龄期相同的条件　

下，不同的骨料级配类型水泥稳定碎石的抗压强度　

差异很大：连续密级配骨料的结构抗压强度明显优　

于连续开级配骨料的抗压强度；间断级配骨料的抗　

压强度要高于连续密级配骨料的抗压强度，而且后　

期强度也很明显。连续开级配骨料的强度是最低　

的，说明不同级配的骨料对混合料基层的强度有很　

大的影响：间断级配既有粗骨料形成骨架，同时又有　

细集料填充骨架间空隙，使之形成骨架密实结构，既　

充分发挥粗骨料的嵌挤作用，又发挥了细集料和反　４　２　３　＂　７　¨　勰　弘　∞　∞　∞　ｉ　＃　＃　＃　１　２　

３　６　湖南交通科技　３４卷　

表８不同级配骨料的无侧限抗压强度实验结果　

骨料级配　水嘎　：Ｉ／————　型至堕垦　—一　’ｂ　７　ｄ　１４　ｄ　２８　ｄ　６０　ｄ　９０　ｄ　

１＃连续密级配　

２＃连续开级配　

３＃间断级配　４　３．４２　４．２２　５．２２　６．７３　７．３３　

５　４．２１　５．６３　６．４２　７．５２　８．４３　

６　４．９３　６．３３　７．７３　８．９３　９．２４　

４　２．９２　３．７３　４．６２　６．２４　６．９４　

５　３．５４　４．７３　６．５ｌ　７．３４　８．２３　

６　３．８３　５．０２　７．２４　８．４３　８．９２　

４　３．２１　４．８３　６．５２　８．３３　９．４３　

５　４．３２　５．８３　７．３３　９．１４　１Ｏ．４２　

６　５．３３　６．５２　８．１４　９．８ｌ　ｌ１．３２　

应物的填隙密实作用，从而使间断级配骨料的结构　

有着较高的强度。连续开级配骨料结构虽然有较多　

的粗骨料形成骨架，但细集料太少而不能有效填充　

空隙，因而形成较低强度的空隙结构；连续密级配骨　

料由于较多的细骨料形成了悬浮结构，粗骨料的骨　

架嵌挤作用难以发挥，因而强度低于间断级配的骨　

料密实结构。　

２．３．４龄期影响　

不同级配、不同水泥剂量的水泥稳定碎石的强　

度均随着养生龄期的增长而增长，增长曲线虽然各　

不相同，但大致规律基本一致：强度增长曲线斜率　

随养生龄期的增长而减小，也就是说，前期强度增长　

要快于后期强度增长的速度。７　ｄ龄期时强度增长　

速度达到最快，至２８　ｄ强度增长速度开始衰减，　

６０　ｄ时强度增长速度明显降低。因为水泥稳定碎　

石结构强度的形成主要取决于骨料的骨架嵌挤摩　

擦、水泥水化物以及水泥与骨料的粘结作用，如果骨　

料级配组成选定，其强度形成就主要取决于结构的　

粘结作用了。硅酸盐水泥熟料中的Ｃ３Ａ、Ｃ３Ｓ反应　

速度比较快，Ｃ３Ｓ是硅酸盐水泥最主要的矿物组成　

成分，含量一般在４０％左右，Ｃ３Ｓ对水泥的早期强　

度和后期强度起着主要的作用，Ｃ３Ａ含量不高，但　

反应速度快，其含量决定水泥的凝结速度和释放热　

量大小，对水泥早期强度有一定作用；Ｃ２Ｓ在硅酸盐　

水泥中含量约为３５％左右，其反应速度慢，释放水　

化热少，对水泥早期强度贡献较小，但对后期强度起　

着重要的作用；Ｃ４ＡＦ在硅酸盐水泥中的含量一般　

在１０％左右，遇水反应快，水化热较高，强度低，但　

是其对抗弯拉强度起着重要作用。　

２．３．５骨料影响　

水泥稳定碎石成型后，在水泥剂量选定的前提　

下，其强度主要取决于骨料形成骨架的嵌挤摩擦作　用，因此骨料自身的强度、摩擦角在很大程度上决定　

了结构的强度；或者说采用了强度越高、摩擦角越大　

的骨料，其强度就越大。实验数据表明，同样的水泥　

剂量情况下，石灰岩骨料结构的强度要比安山岩骨　

料结构的强度高１６％左右。见表９。　

表９不同骨料的无侧限抗压强度实验结果　

骨料———　塑！　塑！　堕　堡　３　４　４．５　５　５．５　６　石灰岩　２．４８　３．４１　４．仇４．４６　４．５Ｏ　４．９３　安山岩　２．１２　２．９７　３．４６　３．９２　３．８４　４．２５　

２．３．６针片状颗粒含量和空隙率的影响　

在水泥剂量和龄期相同的情况下，水泥稳定碎　

石的强度骨料中针片状颗粒含量增加而呈下降趋　

势。当针片状颗粒含量由１０％增加到２０％时，强度　

分别下降了２６％（３　ｄ）、４％（２８　ｄ）、５％（６０　ｄ）、０％　

（９０　ｄ），强度的下降随龄期增加而幅度减小。　

一般情况下，水泥稳定碎石的强度在一定范围　

内随空隙率增加而减小。间断级配的嵌挤型的结构　

类型由于粗骨料的嵌挤摩擦起着主要作用，空隙率　

的小幅变化对结构强度无明显影响，而对于连续　

密级配和连续开级配的悬浮型结构则有一定的影　

响。　

２．３．７水泥稳定碎石７　ｄ无侧限抗压强度与劈裂　

强度的相关性　

《公路路面基层施工技术规范》（ＪＴＪ　０３４—２０００）　

仅对水泥稳定碎石基层７　ｄ无侧限抗压强度提出了　

要求，施工中往往希望由７　ｄ无侧限抗压强度推测　

不同龄期的劈裂强度，以了解和掌握水泥稳定碎石　

基层在不同龄期对非荷载断裂的抵抗能力。根据不　

同骨料组成和不同水泥剂量的无侧限抗压强度和劈　

裂强度实验数据进行回归分析，得到相关关系如下，　

可在施工中参考预估水泥稳定碎石不同龄期的劈裂　

强度。　

７＝０．０７１　３７　Ｒ７—０．０９８　４１，ｒ＝０．８６５　４　

Ｒ　１４＝０．０１０　７４１　Ｒ７—０．０１３　９１７，ｒ＝０．７６３　４９