石灰粉煤灰级配碎石基层强度影响因素分析
摘 要：我国北方高速公路路面基层结构通常为石灰粉煤灰级配碎石，并以石灰和粉煤灰作为胶结料，级配碎石集料作为骨架。这种搭配具有良好的强度和整体刚度，且价格低廉。基于此，笔者主要对施工过程中的不利因素对二灰碎石混合强度造成的影响进行了分析，并提出了避免各种不利因素对二灰碎石强度的影响和提高二灰碎石基层的施工质量的策略。
关键词：石灰粉煤灰,基层强度,含水量
一、石灰粉煤灰级配碎石材料
河北省石灰原料储量丰富，生石灰磨细，0.63mm筛孔通过北大于95%，有效钙镁的含量为70%～75%;煤粉灰多来源于电厂，由于近几年使用量的增加价格略有上升趋势，煤粉灰为SiO2+AL2O2+Fe2O3含量在80%～87%之间，烧失量5%左，比面积为2 000～2 200cm²g¯¹,石灰岩碎石集料为规格为<5、5～10、10～30和30～40mml 四档。以大广高速公路为例，二灰碎石配合比为石灰岩碎石：粉煤灰：石灰为80:13:7，其抗压试件分5批成型，前2批的配合比的最大干密度为2.13g•cm¯³,主要用于分析延长时间、养生条件的影响;后3批调整了集料级配并在青银高速工程施工现场取样，由于碎石产地不同和配合比的施工变异，最大于密度变化在2.05～2.16g•cm¯³之间，二灰碎石最佳含水量为7.6%～8.2%，其效果较好。
二、石灰粉煤灰级配碎含水量
石灰粉煤灰级配碎强度与含水量之间的关系呈现出凸形曲线，在含水量较小时，强度随含水量的增加而增加，但当含水量超过一定量后，随含水量的增大而下降。分析7d无侧限抗压强度R7和28d无侧限抗压强度R28可以发现：R28的最大值对应的二灰碎石含水量稍大于R7的最大值的含水量，其原因可能是养生过程中水蒸发对含水量偏低试件的强度增长有不利影响;其次，R7和 R28最大值对应的含水量均稍小于击实试验得到的二灰碎石的最佳含水量(w=7.7%)，二者相差0.3%～0.6%，若以最大强度下浮10%作为施工控制的界限，则二灰碎石含水量的允许变化范围为2%(对于R28，含水量的范围为6.5%～8.5%;对于R7含水量的变化范围为6%～8%)，超过这一范围，强度将快速下滑，含水量超过允许变化范围上限1%，强度将降至不足最大强度的2/3。因此，二灰碎石基层碾压时的含水量必须严格控制在最佳含水量(击实实验)-1.5%～+0.5%的范围内。施工过程中根据天气情况、粉煤灰湿度等具体情况适当对含水量进行调整。尤其是夏季施工常出现阴雨连天，空气湿度很大这时应注意碎石料含水量大，及时对含水量进行相应调整。
三、石灰粉煤灰级配碎成型压力
用不同的成型压力模拟碾压功的大小，以分析碾压功对二灰碎石基层力学性能的影响。二灰碎石试件成型压力与其强度R7之间的关系呈现两种形态，混合料初始含水量较大时为凹形，而初始含水量低时呈凸形，初始含水量较大的混合料，压实成型相对较为容易。在成型压力较小时，二灰碎石强度无明显变化，当成型压力超过一定量时，混合料中的多余自由水逐渐挤出，试件的密实度和强度增长较快;二灰碎石混合料含水量较小时，压实较困难，在成型压力较小时，压实不足，其强度R7低。但随着成型压力的逐渐增大，二灰碎石的压实度和强度也随之增大，成型压力与强度之间的关系基本为线形关系，在成型压力与强度之间的关系基本为线形关系，在成型压力较大时，二灰碎石的压实度和强度的增长效果逐渐放慢。因此，施工中一定要控制好最佳含水量。
四、延长时间对强度不力
延长时间(拌和至压实成型的时间)对二灰碎石的强度是不利的。随着延长时间的增长，二灰碎石的强度下降，下降速率在延长时间1～2d为最大。延长1d二灰碎石强度R7下降5%～13%;延长2d，R7下降18%～40%。因此，在施工时，二灰碎石是不需要闷料的，拌和后尽可能地缩短拌和至压实成型的时间，尤其应严格控制混合料在拌和厂和工地现场的堆放时间。缩短延长时间对含水量的控制也是有利的，它可减少延长时间段内水蒸发引起的混合料含水量变化。
五、养生条件
二灰碎石强度和耐久性的形成主要依靠石灰与粉煤灰中活性物质发生反应而形成的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙等胶凝性化合物，这些反应比较缓慢，且需要有湿润的环境和较高的温度条件。在温度低于10℃时，二灰碎石混合料的强度增长非常缓慢。因此，在施工时日平无气温低于15℃时，二灰碎石混合料应添加早强剂。夏季高温时期，二灰碎石的强度增长很快，40℃养生的R740比标准养生(20℃)的R7大近3倍，30℃养生的R730比标准养生的R7大近1倍。由此可见，养生期的长短应根据施式时的气温确定，养生期的长短应灵活掌握。
二灰碎石的养生主要目标是保湿，以保证二灰碎石强度的增长，避免过大的失水收缩。洒水养生效果在初期尚可，后期失水对强度增长仍影响到很大;薄膜覆盖养生的效果较好，但长期保湿效果不够理想，需补充洒水;喷洒乳化沥青封层的养生效果差，其强度只有标准养生的一半左右。其原因一方面，是试件表面未被完全封闭，保湿效果不佳，这可能是试件过程中喷洒乳化沥青操作上的问题，也可能是乳化沥青封层确实难以很好阻止水的蒸发;另一方面，是因为乳化沥青封层阻断了空气，影响了钙化的速度;具有一定强度后置于水中养生的二灰碎石强度高于标准养的强度，说明二灰碎石长期位于地下水位以下是不成问题的。养生期要特别注意，除洒水车外严禁重型车辆行，以防造成二灰碎石板体早期破坏。
六、结论
第一，二灰碎石含水量和二灰碎石强度之间的关系，呈现出凸形形态。若以最大强度下浮10%作为施工控制堵塞界限，则二灰碎石含水量允许变化的范围为最佳含水量的-1.5%～+0.5%，含水量超出其上限1%。强度下降1/3以上。
第二，随着成型压力增大，初始含水量较低的混合料强度随之增长，两者近似呈线性关系，而初始含水量大的强度增长幅度则小得多。
第三，二灰碎石混合料拌和后宜立即摊铺压实成型，延长时间过长对二灰碎石的强度不利，延长1d，二灰碎石强度R7下降5%～13%，延长2d，R7下降18%～40%。
第四，养生期的长短应根据施工时的气温确定，在施工环境温度低于10℃时，二灰碎石强度增长非常缓慢，需要添加早强剂。夏季高温时期，强度增长很快，30℃养生的R730比标准养生(20℃)的强度R7大近1倍。养生期要特别注意，严禁重型车辆通行，以防造成二灰碎石板体早期破坏。
第五，洒水养生效果在初期尚可，但7d的养生期太短，后期失水对强度增长仍影响很大;薄膜覆盖养生的效果较好，但长期保湿效果不够理想，需补充洒水，可采用土工布覆盖洒水养生;喷洒乳化沥青封层的养生效果较差;有一定强度后置于水中养生的二灰碎石强度高于标准养生的强度。