摘要：针对遵毕高速沿线粉煤灰和集料的性质，设计了适合其结构类型的水泥粉煤灰稳定碎石级配(遵毕推荐级配)，对规范推荐的水泥稳定碎石级配和遵毕推荐级配作比较研究，确定了该公路的水泥粉煤灰稳定碎石基层施工配合比设计，对以后该类公路的设计和施工有指导作用。
关键词：粉煤灰, 碎石级配,配合比设计
0、引 言
随着贵州省火电工业的快速发展，粉煤灰的排放量与利用量之差距的日益扩大，粉煤灰这个“包袱”已成为制约电力工业发展的重要因素，成为贵州省落实节能减排、实现经济可持续发展的主要障碍之一。因此，如何研究粉煤灰综合利用技术，实现大宗利用、消耗粉煤灰是贵州省经济社会发展的现实需要。本文依托贵州省交通运输厅科技项目“贵州高速公路粉煤灰筑路综合利用技术研究”，对遵毕高速沿线粉煤灰的材料性质和水泥粉煤灰稳定碎石基层技术性能进行了研究，并对遵毕高速公路路面工程第二十七标段水泥粉煤灰稳定碎石基层施工配合比进行了优化设计研究。
1、 遵毕高速公路水泥粉煤灰稳定碎石混合料的设计结构类型
为满足使用要求，水泥粉煤灰稳定碎石混合料必须具有足够的耐久性、刚度和强度，还应具有适宜的施工和易性，为达到这一目的，应在经济适用的原则下进行混合料最佳配合比设计。
水泥粉煤灰碎石混合料的路用性能与它的结构特点有着非常密切的关系。混合料的结构是指混合料各组成材料之间相互作用的特点，相对位置分布及相互联系的状况。因此，混合料的结构特性与其材料力学性能、组成及各组成部分之间的相对位置密切相关，混合料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。当组成水泥粉煤灰碎石混合料结构特点的各因素发生变化时，混合料的力学特性也会发生变化。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[1]。在混合料中，各结构组分的变化，会对整个混合料受力产生直接影响，从而使混合料具有不同的变形特性。为满足工程需要，本设计推荐使用悬浮骨架-密实结构，具有强度高、抗裂性能好、水稳性和抗刷性好的优点。
为了获得更好的悬浮-骨架密实结构，本设计研究同时采用《公路路面基层施工技术规范》推荐的水泥稳定碎石级配(Ⅰ)[2]和根据遵毕高速公路水泥粉煤灰稳定碎石混合料结构类型而设计的遵毕推荐级配(Ⅱ)作比较研究。详见表1
2、 遵毕高速公路水泥粉煤灰稳定碎石混合料配合比设计
现以遵毕高速公路第二十七合同段室内配合比及试验段的施工情况为例对配合比进行优化设计。
2.1混合料的组成设计
1)设计要求
遵毕高速公路水泥粉煤灰稳定碎石的7d浸水无侧限抗压强度[3]应符合《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定。详见表2。
2)结合料与集料最佳比例的确定
结合料(水泥、粉煤灰)以及集料中4.75mm以下的颗粒组成可以称之为混合料中的粘结性基体。要想达到较高的压实密度，粗集料的间隙必须用足够的基体材料填充密实，这对于混合料的强度和耐久性非常重要。为了保证混合料为悬浮骨架-密实结构，当集料在水泥粉煤灰稳定碎石级配范围内变化时，结合料与集料的比例[4]可在9.5%:90.5%～14.0%:86.0%之间选取。为了提高抗冲刷能力和强度，结合料中水泥剂量应宜≥1.5%;为了减轻干温缩性，水泥剂量不可过大，应宜≤2.5%。粉煤灰是水泥粉煤灰稳定碎石材料的重要组成部分，混合料用水采用外加，变化水泥与粉煤灰的比例，分别进行试验，详见表3。
在集料级配一定的情况下，当结合料剂量过大，就会使集料悬浮在其中形成悬浮-密实结构[5]时，混合料最大干密度会减少;当结合料剂量过小不足以填充集料间隙而形成骨架-空隙结构时，混合料最大干密度也会减少;只有当结合料剂量为恰好填满集料间隙而形成悬浮骨架-密实结构时，混合料最大干密度才会达到峰值。
3)混合料矿料配合比设计
如前所述，本研究在表1中规范推荐碎石级配范围(I)内也设计一种水泥粉煤灰碎石基层混合料，记为混合料1。同时在表1中遵毕推荐碎石级配范围(Ⅱ)内，设计一种悬浮骨架-密实结构的水泥粉煤灰碎石基层混合料，记为混合料2。然后按照表3中水泥粉煤灰与碎石比例进行对比试验研究。
①按照表1级配范围，进行合成级配计算，在规范推荐级配(I)下的碎石级配为：碎石10～31.5mm：碎石5～10mm：石屑0～5mm=37%：19%：44%，其合成级配曲线图见图1。
②按照表1级配范围，进行合成级配计算，在遵毕推荐级配(Ⅱ)下的碎石级配为：碎石10～31.5mm：碎石5～10mm：石屑0～5mm=40%：34%：26%，其合成级配曲线图见图2。
参照SMA混合料中骨架嵌挤结构是否形成的判别标准，即 ≤ ，对两种级配的骨架结构进行检验。参照相关规程测定得到两种级配中粗集料的间隙率 为41.3%，由试验测定和计算得到混合料1中粗集料间隙率 为42.6%，混合料2中粗集料间隙率 为34.3%。由此可知，混合料2满足 ≤ 的要求，即混合料2形成了悬浮骨架-密实结构。
4)击实试验及结果
①选择表3所列的配合比，碎石级配采用规范推荐级配(Ⅰ)，做击实试验结果见表4，其中选取代表性的一个配合比，给出击实曲线图见图3。
由表4可知，水泥剂量为1.5%时，最大干密度为2.288g/cm3，最佳含水量为6.0%;水泥剂量为2.0%时，最大干密度为2.285 g/cm3，最佳含水量为6.1%;水泥剂量2.5%时，最大干密度为2.287 g/cm3，最佳含水量为6.2%。
②选择表4所列的配合比，碎石级配采用遵毕推荐级配(Ⅱ)，做击实试验结果见表5，其中选取代表性的一个配合比，给出击实曲线图见图4。
由表5可知，水泥剂量为1.5%时，最大干密度为2.294g/cm3，最佳含水量为5.7%;水泥剂量为2.0%时，最大干密度为2.289 g/cm3，最佳含水量为5.9%;水泥剂量2.5%时，最大干密度为2.292 g/cm3，最佳含水量为6.0%。
③对比表4和表5数据可得，当水泥剂量为1.5%、2.0%、2.5%时，混合料2的最大干密度均大于混合料1的最大干密度，说明混合料2形成的悬浮骨架-密实结构强于混合料1的骨架结构。
2.2 施工配合比确定
经过试验调整后确定该标段试验配合比为：水泥：粉煤灰：碎石 =2.0%:9.0%:89.0%，碎石级配采用遵毕推荐级配(Ⅱ):碎石10～31.5mm：碎石5～10mm：石屑0～5mm=40%：34%：26%，混合料的最大干密度为2.287g/cm3，最佳含水量为6.0%。
考虑到室内试验和现场条件的差别，工地实际采用的结合料剂量应较室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%。拌和机械的拌和效果好，可只增加0.5%;如拌和机械的拌和效果较差，则需要增加1.0%。
3 、结 语
通过铺筑后的基层水泥粉煤灰碎石混合料的各项现场试验表明，按照遵毕推荐级配(Ⅱ)设计的悬浮骨架-密实结构混合料，可以显著改善混合料的各项路用性能，特别是强度和抗裂性能。同时在此配合比设计中，采用按照混合料结构类型而设计碎石级配方法，能使水泥粉煤灰稳定碎石具有足够的强度、刚度、耐久性和适宜的施工和易性，其经济适用性强，对以后进行这类路面基层的设计和施工有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 徐万金.粉煤灰在公路路基填筑中的应用[J].山西建筑,2003,(11)
[2] JTJ034-2000,公路路面基层施工技术规范[S]
[3] JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S]
[4] 交通部第二公路勘测设计院主编.公路设计手册(路基)第2版.北京：人民交通出版社，1996.40～42
[5] 于洪泽,田新宇.粉煤灰在公路建设中的利用.粉煤灰综合利用,1999,(04).
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