浅谈水泥稳定碎石基层混合料级配类型
张佳奕白力冰
南召县通达公路工程有限公司河南南召474650
摘要：水泥稳定碎石基层的力学及路用性能与它的结构特点有着非常密切的关系。结构即各组成材料之间的相互作用的特点、相对位置分布及相互联系的状况。混合料的受力变形特性是各结构特性组成因素的综合反映，即混合料力学特性与结构特性成对应关系。
关键词：水泥稳定碎石；级配类型；路用性能
混合料的结构强度在很大程度上取决于混合料的内摩阻力和粘结力。而混合料的结构特点能使混合料具有不同的变形特性，结构特点主要取决于以下因素：（1）矿质颗粒特点：包括矿料颗粒的大小、形状、级配、岩性等都会对半刚性基层混合料的结构特性产生影响；（2）结合料各组分之间的比例：水泥中氧化钙、氧化硅含量组成都会对混合料的结构特性有很大的影响；（3）基层混合料含水量的高低。
1.混合料级配类型
目前，公路界普遍认为半刚性基层混合料结构组成按照材料结构特点的不同分为四种类型，公路沥青路面设计规范(JTGD50-2017)也明确将半刚性基层划分为均匀密实结构、悬浮密实结构、骨架密实结构和骨架孔隙结构。划分悬浮密实结构、骨架密实结构和骨架孔隙这三种类型时，规范以体积法确定结构类型：根据压实后粗集料形成空隙的体积与混合料中压实后的细料部分（包括水泥、细集料和水）的关系。现将各种混合料级配类型介绍如下：
（1）均匀密实结构
均匀密实结构主要指无机结合料稳定细粒土类材料组成的混合料。公路土工试验规程指出，细粒土指的是试件中细粒组质量多于总质量50%的土称为细粒土，可以按照塑性图对其进行分类。划分依据是以扰动土的两个塑性指标为依据的，它能较好的反映土粒与水相互作用的一些性质，对以土料为工程对象时是一种比较好的方法。
（2）悬浮密实结构
以水泥稳定类材料为例，此类水泥稳定混合料的级配结构是按照密实原理构成、采用连续型密级配。该混合料中集料级配按照“松排骨架，紧密填充”的原则设计，固体颗粒按粒度大小有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大，孔隙最小的混合料。为了填充上一级集料的孔隙，小一级的集料必然较多，己经把上一级集料的间隙挤开了，最终形成粗集料较少，而几乎悬浮在细集料中的状态，从而形成“密实”结构，但其形成的是一种悬浮密实结构。这种级配中，结构强度是以不同粒径的的集料和水泥之间的粘结力为主、以集料颗粒之间的嵌挤力和内摩擦阻力为辅而构成的。
试验证明，规范推荐的悬浮密实结构级配范围，其最终指标满足基层所应当满足的要求，具有足够的强度，使路面具有很高的承载能力。具有足够的水稳定性，但是其水稳定性会随着其中细粒土含量的增加及其塑性指数增大而降低。
（3）骨架密实结构
骨架密实型混合料须满足两个条件：粗集料充分嵌挤形成骨架结构；小于4.75mm以下的混合料充分填充骨架的孔隙使混合料密实。细集料主要起孔隙填充作用，因此粒径不宜过大，细集料粒径小一些更能提高骨架—密实级配的稳定性。规范规定骨架密实型水泥稳定类基层集料的最大粒径不大于31.5mm，集料级配范围规范中也有明确规定。
半刚性基层混合料中的结合料和集料中小于4.75mm的颗粒统称为基体材料，只有具有足够的基体材料以填充较粗的集料形成的孔隙，并要求能够达到规定的压实度，而这对于混合料的强度和耐久性十分重要。然而，如果基体材料过多，则混合料会由“骨架密实型”转变为“悬浮密实型”。若基体材料过少，则混合料可能会由“骨架密实型”转变为“骨架孔隙型”，同时有可能会导致混合料强度不能满足规定要求和施工时的离析现象。因此研究骨架密实级配的基本原则是：在保证混合料抗压强度的前提下，尽可能减少集料中细料的含量，以最大限度地提高混合料整体的抗裂性能。
（4）骨架孔隙结构
骨架孔隙结构是一种粗集料形成骨架、具有相互连通孔隙的开级配的混合料，其混合料的组成特点是：粗集料达到石—石接触状态，提供足够的透水性，4.75mm筛孔通过率不得超过20%。对于最终混合料的孔隙率，应该考虑现场条件等因素后设定目标孔隙率。并通常采用在2.36mm到9.5mm之间为断级配的矿料。
骨架孔隙结构主要用于排水层设计，孔隙多则排水功能好而结合力差。孔隙率以20%为基准，在18%~25%范围内决定，一般都参照用于面层的OGFC集料级配理论确定其材料级配。由于排水基层可以看作一种夹层结构，所以它对软基的适应性强，可以降低刚性面板对地基不均匀沉降的敏感性，从而提高整个结构的强度和稳定性。
2.骨架密实结构水泥剂量确定
本文根据地区的环境特征、结合骨架密实结构混合料的抗变形指标，提出考虑温差因素及干温缩耦合的变形参数a、表征刚度特性的参数b，a/b则表示了混合料的抗变形能力，最小的a/b值对应的水泥剂里即为较适宜的水泥剂量，具体计算公式：a=平均温缩应变×（1+△T/T平均）+总干缩应变；b=抗折强度/抗折回弹模量；式中：△T—基层所在地区的平均日夜温差；T平均—施工月份平均气温。
选择4%、5%、6%的水泥用量，△T取10℃、T平均取25℃，试验结果如表1所示：从表1中计算结果得出：5%水泥用量的骨架密实级配具有较好的抗裂能力，与试验结果相近、兼顾环境特征、计算结果准确度良好，推荐使用。
表1骨架密实级配三种水泥用量a/b计算结果
项目
a
b
a/b
水泥碎石GM4%
665.4
0.000172744
3851926.7
水泥碎石GM5%
785.0
0.000209434
3748283.6
水泥碎石GM6%
853.6
0.000205497
4154016.5
3.结论
通过理论与试验对比分析，骨架密实级配的水泥稳定碎石基层具有良好的抗裂性，适用于早晚温差大、降温速率快的环境特点。并根据经验及理论计算提出了水泥剂量的计算方法，得出5%水泥用量的骨架密实级配具有较好的抗裂能力，与试验结果相近、兼顾环境特征、计算结果准确度良好，推荐使用。
