浅谈高速公路二灰碎石基层材料的路用性能

胡松涛

（河南高速公路发展有限责任公司 南阳分公司，河南 南阳 473000）

随着国民经济迅速发展，公路交通量急剧增加，这对公路路面的主要承重层—基层提出了更高的要求。基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用质量和使用寿命有十分重要的影响。因此路面基层，无论是水泥混凝土路面的基层，还是沥青混凝土路面的基层，必须具备足够的强度和稳定性。正是由于这一点，二灰稳定碎石材料基于其较高的强度、板体性能、比其他基层材料更好的抗裂性能和抗冲刷性能等，在高等级公路基层的修筑中的得到了越来越普遍的采用。

1 二灰稳定碎石的优点及不足

二灰稳定碎石基层有以下优点：

1）具有较高的强度和承载能力，一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和刚度，并且具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性基层沥青路面通常具有较小的变形和较强的荷载扩散能力；

2）半刚性基层刚度大、整体性强，使得其上沥青面层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车荷载疲劳破坏的能力，甚至可以认为半刚性基层上的沥青面层不会产生行车疲劳破坏；

3）有利于我国环保事业的发展，既变废为宝，又减少了环境污染，具有很大的社会效益。

尽管二灰碎石混合料做路面基层有如上诸多优点，但并不是所有采用二灰碎石混合料做路面基层的道路结构都能获得预期的效果。随着二灰碎石基层在我国的大量使用，逐渐发现该结构形式也存在着一些有待解决的问题，如：

1）早期强度低，影响交通及早开放；

2）易产生冲刷唧浆现象，从而造成路面的破坏，影响路面的使用年限；

3）在强度形成及使用过程中，因温度变化产生温度收缩裂缝和因含水量变化产生干缩裂缝，当沥青面层较薄时这种裂缝往往扩展到面层形成反射裂缝。裂缝的存在不仅使车辆行驶质量下降，而且也破坏了路面结构的整体性和连续性，并在一定程度上导致结构强度的削弱。

鉴于以上问题，针对我国修筑半刚性基层沥青路面的实际情况，有必要对二灰碎石的配合比进行研究，寻求一种比较合理的集料级配，通过调整二灰碎石混合料的配合比，使得二灰碎石基层的路用性能得以改善，使其具有较好的抗裂性能和抗冲刷性能，并为以后的基层铺设提供一定的理论依据。

2 二灰碎石路用性能影响因素的分析

1）强度影响因素

二灰稳定碎石是以石灰、粉煤灰和碎石集料三种主要材料，按一定的比例混合而成，经过一系列物理化学反应和化学反应形成的具有较强板体性能的混合料。其强度的构成一般来自3个方面：①石灰和粉煤灰在水作用下形成的水硬性胶凝物质；②骨料的嵌锁作用；③胶凝物质与骨料的粘结和固定作用。

从以上分析可知，影响二灰稳定碎石强度的主要因素有以下几个方面：①石灰和粉煤灰的比例；②石灰和粉煤灰的总含量；③骨料的含量；④骨料的级配。

基层的冲刷程度与进入路面结构层的水量大小有很大关系。进入的水愈多，冲刷程度愈大。冲刷程度还与基层材料本身有很大关系，对于未处治的级配集料来说，集料中小于0.075mm的粉粒与粘粒愈多，冲刷愈严重；对于无机结合料处治基层材料，其冲刷程度随集料中0.075mm以下的颗粒含量而变，细料愈多，冲刷愈严重。另外，结合料的剂量、基层的压实程度、养生好坏、交通量的大小等因素都会对基层的冲刷程度造成影响。

2）疲劳性能的影响因素

从国内外有关方面对二灰稳定碎石进行的试验表明：混合料的初始强对疲劳寿命的影响非常大，初期应变较小（强度较高）的混合料，应变随荷载反复作用的变化较慢，反之则较快即初期强度低时，疲劳破坏很快出现。理论分析也认为，若二灰稳定碎石的初期强度较高，在外荷载作用的前期不发生疲劳破坏，而后期的营运基本上也不会发生疲劳破坏。另外，二灰稳定碎石的疲劳性能还与材料本身有很大关系，如细集料、粗集料、石灰、粉煤灰在混合料中占的比重不同、集料的级配不同等对二灰稳定碎石的疲劳性能都有很大的影响。

3）干燥收缩的影响因素

二灰稳定碎石内水份变化而引起的体积收缩现象，即称为干燥收缩。现在的研究理论认为干缩主要机理为：水份蒸发时产生的“毛细管作用、吸附水作用、分子间力作用以及各矿物晶体和胶凝物质的层间水作用、碳化收缩作用”；而大孔隙中的重力水的蒸发，对二灰稳定碎石混合料的干缩并无多大影响。毛细管内的水份在蒸发过程中，弯液面下降，曲率半径减小，表面张力增大，产生干缩。吸附水随后也开始蒸发，颗粒表面水膜变薄，分子间引力增大，导致颗粒接近，距离变小，进一步收缩，这部分的收缩是干缩的主要影响成份。层间水的蒸发也将导致晶粒间距离减小，增加了宏观的收缩。石灰与CO2生成CaCO3结晶物的过程中，会析出部分水份，也将进一步加剧混合料的收缩。而混合料中各组份的含量与以上各种作用的强弱有理论上的直接关系。

4）温度收缩的影响因素

二灰稳定碎石随温度的变化而出现的体积收缩现象，即称为温度收缩。二灰稳定碎石混合料由于温度收缩而表现出的裂缝现象，是其各单体在温度变化而产生缩裂的综合效应。由于组分中各材料之间的相互影响，相互制约，使得混合料的整体收缩性能并非各单组分的简单相加，而与其材料配比，组分含量都有直接关系。大部分研究认为，影响混合料温度收缩的主要因素有水份、生成物、石灰、粉煤灰和碎石。而气相，由于存在于空隙中，一般均与大气相通，存在于闭口孔隙中的气相数量相对较少，因此对混合料的温缩影响极小。

3 二灰稳定碎石混合料设计方法

二灰稳定碎石混合料设计是指：根据路用性能的技术要求，选择良好的集料级配和恰当的二灰（石灰：粉煤灰）配比，确定合理的集料（结合料）含量及混合料的最佳含水量。它是路面设计的重要组成部分，通过材料的组成设计，能够使路面设计建立在科学、经济、合理的基础上。目前我国一些公路与城市道路的路面质量不好，甚至过早产生破坏，与习惯上不重视基层材料的组成设计有着很重要的关系。

1）集料级配设计的探讨

通过不同类型级配二灰碎石的多个路用性能指标的试验，我们可以发现连续级配的二灰稳定碎石的综合路用性能优于折断级配和间断级配；不同连续级配随细集料含量的不同其路用性能也差异较大，应尽量控制2.36mm筛孔通过率，提高9.5mm筛孔通过率。

在选用级配的时候不应仅凭7天的无侧限抗压强度一个指标来确定，而应综合考虑其力学性、抗冲刷性、耐疲劳性、抗裂性等诸项路用性能。为了应用的方便，可以通过进一步的试验建立起集料的体积指标（如矿料间隙率，主骨架空隙率等）与诸路用性能指标的关系，以及集料各个体积指标与各筛孔通过率之间的关系。这样就可以通过几个简单的体积指标或控制各筛孔的通过率来达到控制其诸项路用性能的目的。

考虑到二灰稳定碎石材料具有鲜明整体性的特点，在通过路用性能试验比较不同级配的优劣时，应考虑到集料级配与结合料含量的交互作用，而不应固定一个结合料含量来进行比较。集料含量设计的探讨

对于密实式二灰稳定碎石，集料的含量不是越多越好，也不是越少越好，而是存在一个最佳含量，这个最佳含量又随集料的级配不同而变化，不应固定一个含量。通过不同集料含量二灰稳定碎石综合路用性能试验我们发现，当结合料的体积百分含量与集料的松散空隙率相等时其力学性能（无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量）和干缩性能均比其它体积含量时优良。因此，在进行集料含量设计时，一个单位实方体的混合料中，集料的用量应为一个单位松方量，结合料以最佳压实状态填充集料的剩余空隙。这样集料才能充分嵌挤形成骨架结构，产生良好的摩阻力；结合料才能充分填充骨架空隙，使混合料密实，从而产生较大的胶结作用。

［1］林绣贤.柔性路面结构设计方法[M].北京：人民交通出版社，1988.

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