摘要：
結(jié)合某高速公路工程，對水泥-石灰-干渣半剛性基層材料路用性能進行研究。選擇原材料，通過抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度確定水泥-石灰-干渣半剛性基層材料的摻量，最佳水泥、石灰、干渣摻量分別為4%、3%、70%，最后檢測水泥-石灰-干渣半剛性基層路段平整度和壓實度發(fā)現(xiàn)該路段具有較好的路用性能。
關(guān)鍵詞：高速公路；半剛性基層；干渣；施工工藝
1引言
近年來，我國高速公路工程飛速發(fā)展。與此同時，公路建設(shè)對道路材料需求較大導(dǎo)致資源枯竭，因此，對一些固體廢棄材料的開發(fā)、研究與利用尤為重要，而干渣作為工業(yè)廢渣，其物理力學(xué)性能與碎石較為相似，具有較好的強度和剛度。我國干渣排放量較大，而利用率較大，本文采用水泥-石灰-干渣作為半剛性基層材料，通過7d無側(cè)限抗壓強度試驗、疲勞強度試驗和抗彎拉試驗確定最佳水泥、石灰、干渣摻量，并結(jié)合水泥-石灰-干渣半剛性基層路段施工工藝，在道路基層中推廣應(yīng)用的水泥-石灰-干渣半剛性基層材料，實現(xiàn)減少土地占用、保護環(huán)境、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標[1]。
2工程概況
某高速公路為水泥-石灰-干渣半剛性基層，項目路段設(shè)計瀝青上面層為4cmSBS改性瀝青混凝土，中面層為6cmAC-20瀝青混凝土，下面層為8cm瀝青穩(wěn)定碎石，基層為26cm水泥-石灰-干渣穩(wěn)定碎石，底基層為28cm碎石石灰土。項目路段施工方案見表1。
3水泥-石灰-干渣半剛性基層最佳方案
3.1原材料
3.1.1干渣
半剛性基層力學(xué)性能主要由干渣決定。干渣是承受道路行車荷載的重要材料，其基本性能直接影響半剛性基層的力學(xué)性能、穩(wěn)定性能和耐久性能[2]。
3.1.2水泥
半剛性基層材料采用硅酸鹽水泥作為膠凝材料，并對水泥主要礦物水化速度和強度進行檢測。水泥的初凝時間、終凝時間、抗壓強度和抗折強度關(guān)于水泥的基本性能，因此，本文對水泥的初凝時間、終凝時間、抗壓強度和抗折強度進行檢測，由檢測結(jié)果可知，水泥初凝時間為169min，終凝時間343min，3d、7d、28d抗壓強度分別為18.55MPa、37MPa、44.3MPa，3d、7d、28d抗折強度分別為3.45MPa、4.6MPa、6.45MPa。檢測結(jié)果均滿足半剛性基層材料對水泥性能的要求。
3.1.3石灰
石灰水化后可以提高水泥的和易性，且石灰在半剛性基層材料中可以改善其耐水性，增強基層的強度和穩(wěn)定性。
3.2水泥-石灰-干渣半剛性基層最佳摻量
3.2.1確定半剛性基層干渣摻量
水泥-石灰-干渣半剛性基層強度的形成由集料組成強度骨架，干渣填充骨架空隙，有利于增強骨料顆粒間的摩擦力，進一步加強集料骨架強度。本文試件采用粒徑小于4.75mm的干渣摻比為0%、20%、40%、60%、80%、100%，并進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗、疲勞強度試驗和抗彎拉試驗，干渣摻比與強度關(guān)系如圖1所示。
由圖1可知，半剛性基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度隨干渣摻比增大呈先增大后減小的趨勢，干渣摻比從0%增加到60%，基層抗壓強度從3.12MPa增加到4.02MPa，抗壓強度增加了28.85%，干渣摻比從60%增加到100%，基層抗壓強度從4.02MPa減小到3.69MPa，抗壓強度減小了8.21%；干渣摻比從0%增加到80%，基層疲勞強度和抗彎拉強度分別從0.28MPa、1.21MPa增加到0.45MPa、1.76MPa，疲勞強度和抗彎拉強度分別增加了60.71%、45.46%，摻比從80%增加到100%，基層疲勞強度和抗彎拉強度分別從0.45MPa、1.76MPa減小到0.43MPa、1.71MPa，疲勞強度和抗彎拉強度分別減小了4.44%、2.84%，干渣摻比在60%～80%，基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度最優(yōu)，因此，項目工程高速公路水泥-石灰-干渣半剛性基層干渣摻比選擇70%。
3.2.2確定半剛性基層水泥摻量
本文試件采用水泥摻比為3%、4%、5%，并進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗、疲勞強度試驗和抗彎拉試驗，水泥摻比與強度關(guān)系如圖2所示。
由圖2可知，半剛性基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度隨水泥摻比增大呈增大的趨勢，當水泥摻比從3%增加到4%，基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度分別增加了34.01%、62.5%、34.54%；當水泥摻比從4%增加到5%，基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度分別增加了8.68%、7.69%、8.81%。對比水泥摻比3%～4%和4%～5%，基層強度增強幅度較前者大幅度降低，因此在保證基層力學(xué)性能的前提下，應(yīng)選擇水泥摻比較小的施工方案，不僅可以提高經(jīng)濟效益，還可以減少路面出現(xiàn)脆性破壞[3]。因此，項目工程高速公路水泥-石灰-干渣半剛性基層水泥摻比選擇4%。
3.2.3確定半剛性基層石灰摻量
本文試件采用石灰摻比為2%、3%、4%，并進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗、疲勞強度試驗和抗彎拉試驗，石灰摻比與強度關(guān)系如圖3所示。
由圖3所示，半剛性基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度隨石灰摻比增大呈先增大后減小的趨勢，當石灰摻比從2%增加到3%，基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度分別增加了29.93%、15.39%、44.44%；當石灰摻比從3%增加到4%，基層抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度分別減小了6.14%、8.89%、7.34%。因此，項目工程高速公路水泥-石灰-干渣半剛性基層石灰摻比選擇3%。
4水泥-石灰-干渣半剛性基層路用性能
4.1施工工藝
為檢測水泥-石灰-干渣半剛性基層路用性能，本文選取試驗路段K155+000～K160+000，試驗路段全程5km，其中，半剛性基層級配類型選用骨架密實型級配設(shè)計，水泥-石灰-干渣半剛性基層材料干渣摻比為70%、水泥摻比為4%、石灰摻比為3%，對基層混合料進行拌和、運輸、攤鋪、碾壓處理，施工完成后對試驗路段平整度和壓實度進行檢測。
4.2平整度檢測
項目工程水泥-石灰-干渣半剛性基層試驗路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用3m直尺測得路面平整度，本文在項目路段K156+330～K157+330和K158+880～K159+880分別選取2處檢測點進行檢測。由檢測結(jié)果可知，K156+330～K157+330國際平整度IRI平均值為0.63m/km；K158+880～K159+880國際平整度IRI平均值為0.44m/km，依據(jù)JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，國際平整度IRI應(yīng)當小于2m/km，水泥-石灰-干渣半剛性基層路段IRI值為0.63m/km和0.44m/km，均遠遠小于2m/km，滿足規(guī)范要求，說明水泥-石灰-干渣半剛性基層路段路面具有較好的行車舒適性能。
4.3壓實度檢測
水泥-石灰-干渣半剛性基層試驗路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用核子密度儀法對水泥-石灰-干渣半剛性基層路段壓實度進行檢測，本文在項目路段選取4處檢測點，對檢測點A、B、C、D壓實度進行檢測，檢測結(jié)果見表3。
由表3可知，K156+330～K157+330壓實度平均值為96.5%，K158+880～K159+880壓實度平均值為97.3%，說明水泥-石灰-干渣半剛性基層路段路面具有較好的壓實性能，滿足施工規(guī)范的壓實度要求。
5結(jié)語
本項目工程采用水泥-石灰-干渣半剛性基層路段，通過7d無側(cè)限抗壓強度試驗、疲勞強度試驗和抗彎拉試驗確定最佳水泥、石灰、干渣摻量，并結(jié)合實際水泥-石灰-干渣半剛性基層路段施工工藝，得到如下結(jié)論：
1）通過抗壓強度、疲勞強度和抗彎拉強度確定最佳水泥、石灰、干渣摻量分別為4%、3%、70%；
2）水泥-石灰-干渣半剛性基層路段具有較好的行車舒適性能；
3）水泥-石灰-干渣半剛性基層路段的壓實度滿足規(guī)范的要求。
參考文獻：
[1]辛順超.水泥-石灰-干渣半剛性基層材料路用性能試驗研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2015.
[2]李濤.水泥混凝土路面板廢棄料作為半剛性基層材料的研究[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2020,32(3):86-91.
[3]冀欣,盛燕萍,路再紅,等.摻加鋼渣的半剛性基層材料性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2021,41(4):21-31.
聲明：
原創(chuàng)作者：陳松靈，江蘇省科佳工程設(shè)計有限公司，江蘇常州214002。
