高速公路路面基层水泥稳定土配比及性能试验方法
Test Method for Ratio and Performance of Cement Stabilized Soil of
Highway Pavement Ba
叶安萍
（贵州省交通建设工程质量监督执法支队，贵阳550000）
YE An-ping
(Guizhou Highway Engineering Group Co.Ltd.,Guiyang 550000,China)
【摘要】基于重型击实试验，从最优含水率、最大干密度两个方面确定在不同配合比时水泥稳定土的性能表现；基于无侧限抗压
强度试验，确定水泥和添加剂的合适掺量。结果表明：无论最优含水率还是最大干密度，受添加剂掺量的影响均较小；随着水泥掺量的增加，实测7d 无侧限抗压强度有增加的变化趋势，路面结构更具稳定性，
不易出现强度薄弱区。根据研究结果，建议在高速公路的建设中，参照12.00%的剂量要求选用水泥材料，并取水泥质量的2.00%作为添加剂掺量，这种材料用量比例能够充分发挥出材料的性能优势。
【Abstract 】Bad on heavy compaction test,the performance of cement-stabilized soil was determined from two aspects of optimal water
content and maximum drydensityat different mixing ratios.Bad on unconfined compressive strength test,the appropriate dosage of cement and additives was determined.The results show that both the optimal water content and the maximum dry density are less affected by the additive content.With the increa of cement content,the measured 7d unconfined compressive strength has an increasing trend,and the pavement structure is more stable,and the weakness zone is not easy to appear.According to the rearch results,it is suggested that in the construction of expressways,cement material should be lected according to the dosage requirement of 12.00%,and 2.00%of cement quality should be taken as additivecontent,which can givefullplayto the performanceadvantagesof materials under theproportion ofmaterial dosage.
【关键词】高速公路；路面工程；水泥配比；参量测试；含水量控制
【Keywords 】expressway;pavement engineering;cement ratio;parameter test;watercontentcontrol
【中图分类号】U416.1
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2022）07-0231-03
【DOI 】10.jsysj.2022.07.274
【作者简介】叶安萍（1966~），女，贵州贵阳人，高级工程师，从事公路
水运工程试验检测监督管理研究。
1水泥稳定土的作用机理
在经过粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料在压实和养护后，抗压度符合设计要求时，被称为水泥稳定土。其在土中与水化物发生反应，形成具有一定承受能力的水泥石骨架，土中的自由粉粒数量显著减少，产生丰富的粗颗粒，此类颗粒具有稳定性突出、强度高的特点，对道路施工较为友好，产生的水泥稳定土表现出良好的路用性能。
水泥稳定土的关键作用在于改变土的塑性、提高土体的
强度[1-3]。以某高速公路二标段为例，取其中的粉质土做颗粒分析，实测结果显示粒径小于0.075mm 的颗粒占比为92.8%；其他方面，加州承载比CBR 值为1.3%、最佳含水量为13.9%、最大干密度为1.72g/cm 3、膨胀量1.79%、塑限值为16.1%、液限值为26.7%、塑性指数为10.6。
可以发现，选取的样品的塑性指数不超过20，液限不超过45%，不均匀系数不小于5，可掺入适量的水泥用于改善粉质土的性能。根据重型击实试验结果可知，最佳含水量、最大干密度分别为12%、袋鼠爪
1.95g/m 3。根据此类数据制备无侧限抗压强度试件，置于25益的恒温环境中保湿养护6d ，然后浸水24h 。随后开始对参与测试的各试件的处理工作，并就其实际抗压强度值和承载力予以详细记录。考虑多种水泥掺量，经试验
后
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采集各组数据，具体见表1。
表1不同水泥掺量的实验数据
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盆栽海棠试件水泥掺量值/%承载
比/%
无侧限条件下的抗压
强度值/MPa
11 1.9 3.0
22 3.1 3.4
33 4.4 4.7
44 6.1 6.6 558.39.4
通过测试可知，上述各试件中，水泥掺量值在2%时，水泥稳定土的抗压强度方可与设计规范中的数值呈统一状态。2水泥稳定土的具体应用
2.1工程概况
某高速公路一期工程全长19.5km，施工中采用了水泥稳定土，因为当地石料或者满足技术要求的石料贫乏，为了考虑经济性等，就地取材，使用水泥稳定土。在该项目工程施工效果的过程中，需要充分关注到水泥稳定土的作业情况，使其能够充分满足公路施工要求，主要是确保水泥稳定土的2d无侧限抗压强度符合行业标准，具备较高的抗开裂、抗冲刷性能。
1）作为路面基底层使用。在不同的公路等级条件下，水泥稳定土在被用作路面基底层时，具备以下合理要求：颗粒粒径最大值不可超出37mm和52mm，实际使用类型由在建公路的等级而定。
2）作为路面基层使用。与上述（1）内容相似，使用过程的前提条件是对公路等级的划分，不同等级的公路所选用的水泥稳定土的最大粒径均要控制在37mm以下。集料粒径在0.5mm以内的土质，要以实际塑性指数作为参考依据来选择最大粒径。加强对其无侧限抗压强度的检测与控制，同时切实提高材料的抗冲刷、抗开裂性能。
2.2含水量的控制
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粉质土含水量为6%，相比12%的最佳含水量该值明显偏低，因此，施工时适时补充水分，将实测含水量调节至约12%。在施工中，加强对含水量的检测与控制，确认无误后方可碾压。
2.3撒铺
水泥撒铺采用面积法，先洒水并平整粉质土，安排光面钢轮压路机做1~2遍的碾压处理，此时土层具有平整性，然后安排人工撒铺，再用旋耕犁做5遍及以上的翻拌处理。2.4碾压app什么意思
拌和平整后，先静压1遍，再用平地机整形；随后启用14t 振动压路机，依次完成1遍静压和振压作业，类似的，用18t 振动压路机依次完成1遍静压、振压；最后为提升各路段的平整性和密实性，可选择16t的胶轮压路机予以碾压操作。
3对水泥稳定土的强度造成影响的关键因素3.1土的特性
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1）颗粒级配。颗粒级配是选择水泥稳定土时的重点考虑对象，其会直接对混合料的密实度造成影响。在级配欠佳时，往往含大量的软弱颗粒，颗粒间的接触面积有限，彼此间的空隙较大，受击实作业的影响，部分颗粒被压碎，颗粒的整体强度难以有效提高。
2）颗粒粒径。通常，粒径在0.075mm以内时，对水泥稳定混合料工程性能的影响较为显著，主要体现在弯拉强度和弹性模量两个方面。根据规律，随着该类颗粒用量的增加，强度和弹性模量均有减小的变化趋势。
3）土中有机质含量。随着土中有机质含量的增加，水泥硬化的时间有延缓的趋势，且此时水泥的强度有限；对于不存在有机质或是含量较低的土壤，水泥硬化时间较短，强度较高。常规的路面底基层作业中，水泥稳定土的有机含量要控制在2%以下方算合格。
4）硫酸盐。结硬水泥中存在铝酸三钙，硫酸盐与之接触后发生反应，形成硫酸铝酸钙，此类反应带来的变化是土体积较之于反应前有明显的增加，进而影响水泥稳定土的胶结。
3.2水泥的影响
1）水泥按用途及性能可划分为：通用水泥，包含国家标准规定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐、火山灰质硅酸盐及复合硅酸盐这几大类型。此次试验中选用的水泥标号为32.5，因此，在路拌施工环节可选择终凝时间相对较长的水泥，不采用早强水泥。
2）水泥掺量。随着水泥用量的增加，水泥稳定土的强度有提高趋势，且在0~90d的龄期范围内，该增量变化愈发显著。抗压强度与水泥掺入量呈幂函数关系，因此，可以综合考虑此关系和工程质量要求，合理控制水泥掺量。
3）其他因素。（1）水泥的摊铺状态。尽可能均匀地摊铺水泥，以便发挥其在提高稳定土性能方面的作用。（2）拌和方式。按比例掺入各类原材料后，做充分的拌和，保证拌和的均匀性，否则也将影响水泥稳定土的强度。在拌和时，水泥用量的
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控制尤为关键，偏低时局部强度未达到要求，偏高时易出现裂缝。（3）延迟时间。水泥遇水易水化，
延长拌和至压实的间隔时间，水泥的水化作用愈发剧烈，成型结构容易产生裂缝。
4水泥稳定土配比和性能试验
4.1试验原材料
4.1.1土料取样
在应用级配良好的粗粒土和颗粒良好的细粒土后，产生的混合料具有较高的强度。在分析土壤的技术指标时，从路床顶面30~80cm深度内取样加以分析。
4.1.2添加剂特性
添加剂的应用对于改善水泥稳定土的性能有积极作用，按水泥剂量的1%~2%控制添加剂的用量。通过添加剂的合理应用可增强水泥稳定土的致密性，避免空洞、空隙现象，此现象说明水化产物能够逐步汇聚至土颗粒的内部，在其中发挥骨架支撑作用，由于此“框架”的存在，土体的力学性能有显著提升。添加剂与黏土中的活性矿物接触，经过反应后产生晶体，由于晶体结构的存在，将填充结构的空隙，提升土体密实性，并将原本赋存在土颗粒的吸附水大量外排，养护期间可促使水泥稳定土尽快达到早期强度。
4.2试验方案
原始土样为细粒土，根据水泥稳定土配比计算方法，要求在塑性指数超过12时，水泥剂量取8%~16%（以基层施工为例），底基层施工则调整到6%~14%。考虑到试验数据的可比性和结果的有效性，此处取6%、9%、12%、15%、18%这5种水泥掺量，在此基础上取水泥质量的1%、2%作为添加剂的掺量，形成多种掺量组合形式。在确定水泥和添加剂的掺量后，配套多功能电动击实仪，借助该仪器组织重型击实试验，击实层数为3层，每层分别做98次击实处理，击实试验期间全面采集数据并记录。经过试验后，探寻最优含水率和最大干密度，在保证两项参数的合理性后，提升水泥稳定土的工程性能。
4.3水泥稳定土试验结果分析
4.3.1击实试验分析
该项试验操作前，要以国家相关规定作为参考依据，由此得出的最大干密度值和最佳含水量值方算合格。
经试验发现，在水泥剂量的增加，最优含水率有减小的趋势，最大干密度则呈现出相反的变化规律；随着添加剂掺量的变化，两项试验数据均有所变化，但程度轻微，意味着添加剂对水泥稳定土带来的影响有限；添加剂掺量由1%增至2%时，最大干密度增加0.001～0.002g/cm3，最优含水率增加0.1%。
4.3.27d无侧限抗压强度分析佳木斯一中
水泥稳定土配比设计所考虑的对象较多，其中，7d无侧限抗压强度属于重点指标，加强对此项指标的分析具有必要性。在水泥剂量增加的变化条件下，水泥稳定土的7d无侧限抗压强度有增加的变化，即两者呈正相关关系；同时，强度变异系数降低，此时结构层的强度具有更突出的均匀性特征，整体稳定性得到保证。
5结语
综上所述，本文着重围绕水泥稳定土配比及性能试验方法展开分析，分析结果总结如下：
1）水泥稳定土的含水量和干密度均随着水泥掺量的变化而变化。
2）随添加剂掺量多少变化的情况，含水率和干密度的最佳值也会出现浮动，但程度有限。对比分析添加剂掺量为1%、2%的试验结果可以发现，最优含水率仅增加约0.1%，最大干密度增加约0.001~0.002g/cm3，无显著的影响。
3）无侧限抗压强度作为一项物理测试值，在具体的水泥稳定土性能评测工作中占据重要的位置，在水泥剂量增加时，该值增加，对应的强度变异系数降低，意味着结构的强度均匀性较好，相比于低掺入量的水泥剂量使用方法，出现薄弱区域的概率明显降低。
4）根据结构层的类型合理控制水泥剂量，以基层、底基层为例，各自分别以12.00%、6.75%较为合适；对于添加剂的取用，可考虑2%的掺量，具体需根据水泥掺量做灵活调整。在合理控制水泥和添加剂的掺量后，充分发挥水泥和添加剂的性能优势，进而提高水泥稳定土的路用性能，确保由水泥稳定土建设的道路结构有良好的质量
。
【参考文献】
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[2]王辉军.探讨当前高速公路路基水泥稳定土施工技术[J].绿色环保建材，2016（12）：98.
[3]交通部公路科学研究院.公路工程无机结合料稳定材料试验规程：JTGE51—2009[S].北京：人民交通出版社，2009.
【收稿日期】
2022-05-24
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