二灰碎石基層若干技術問題的探討

摘要：本文針對二灰碎石基層的集料最大粒徑、級配及混合料配合比計算、
壓實度質量控制4個方面問題進行了探討，對現行公路基層施工技術規范某些
規定提出自己的見解，可供有關工程技術人員參考。?
關鍵詞：二灰碎石 基層 技術問題 探討
　　二灰碎石基層即為石灰、粉煤灰穩定粒料基層，一般也叫二灰結石或三
渣基層。它是在粒料中摻入適量的石灰和粉煤灰，按一定的技術要求，將其
拌和均勻攤鋪的混合料在最佳含水量時壓實，經養生成型的一種路面基層。
其中石灰和粉煤灰為膠結材料，粒料起骨架作用。二灰碎石基層屬于半剛性
基層類型，具有明顯的水硬性、緩凝性、板體性、一定的抗裂性，但抗磨
差，強度形成受溫度和濕度影響很大。
　　二灰碎石基層所用材料來源廣泛，可就地取材，且施工方便，強度高。
形成板體后，具有類似貧混凝土的性質，水穩性、抗裂性也較好。由于這些
優點，使二灰碎石基層得到廣泛應用。近十年來，已成為我省高等級公路的
必選路面基層類型。?
　　盡管二灰碎石基層的應用已有較長時間，也有許多研究，但直到《公路
路面基層施工技術規范》(JTJ034-93)(以下簡稱基層規范)發布，才較全面地
規定了具體的施工技術要求，這對指導二灰碎石基層施工起到很好的作用。
但執行中也出現一些問題值得進一步商榷，在此筆者就下列幾個方面進行探
討。?
1　混合料的最大粒徑
　　基層規范規定用于二級及二級以下的公路，集料最大粒徑不應超過
50mm，用于高速公路和一級公路最大粒徑不應超過40mm。集料粒徑大，來源
范圍廣，加工產量高，節約資金，施工中碾壓較穩定，但從保證路面平整
度、減少拌和攤鋪機械磨損來看，是不利因素。一般要求最大粒徑取(1/4～1
/5)層厚，考慮到二灰碎石基層每層15～20cm，故最大粒徑在40～50mm是合適
的，對二級以下的公路及分二層或多層做的下層，從節約的角度，可放寬到
60mm。
2　混合料的級配
　　90年代初期以前，我省廣泛使用的二灰碎石基層基本都是無級配的，集
料粒徑組成一般比較均勻，5mm以下細集料很少，集料最大粒徑較大，一般為
50mm，且集料占混合料總重75％以上。施工采用路拌法，用旋耕犁或人工拌
和，條件好一點的用平地機刮平，壓實時要求混合料含水量較大，碾壓時要
求提漿上來。用鉆芯取樣的方法檢查使用效果，強度形成后，板體性很好，
強度很高，由于骨料含量高，干縮及溫度裂縮不明顯，但缺點是早期強度
低。這種施工特點是簡單方便、容易掌握，施工的二灰碎石基層使用效果也
可以。?
　　基層規范對集料要求有級配，要求混合料中集料的顆粒組成如表1。值得
說明的是表1是指二灰碎石混合料中集料的顆粒組成，而非二灰碎石混合料的
組成。規范規定集料的重量應占80％～85％。結合料則占15％～20％，可以
計算得5mm以下集料重量占的比例為57.5％～60％。據有關研究，50mm以下集
料重量比占60％左右，干縮裂縫問題應當注意。從我省執行規范的情況看，
寧連、寧通公路的二灰碎石基層出現較多干縮裂縮，也證明了規范的級配偏
}細，特別5mm以下集料的含量偏高。

表1

　　針對寧連公路上二灰碎石施工中出現的問題，進行了專題研究。研究的
目的是減少混合料中5mm以下集料的含量，以減少或延緩裂縫。為此進行大量
的室內試驗，并做了試驗路段。試驗路段有幾種級配類型，也有無級配的類
型。無級配的二灰碎石的集料采用31.5～13.2mm(方孔篩)的規格料，即俗稱
4、6、8規格的料。研究結果推薦使用的集料標準級配組成如表2。用此級
配，并考慮二灰碎石中集料中保證80％的含量不變，則二灰碎石混合料的級
配如表3。用改進的級配施工，混合料有足夠的細料，能保證拌和時不產生較
嚴重的離析，攤鋪時能達到要求的平整度，同時明顯減少或延緩了干縮及溫
縮裂縫。而無級配集料的二灰碎石施工，必須混合料含水量大，碾壓時要提
漿，才能保證粒料的膠結，形成強度過程中，有少量裂縫。由于集料粗，細
料少，平整度差一些，但從使用情況看，強度較高，且板體性很好。
　　筆者認為二灰碎石的集料應當減少5mm以下的含量，可采用表2推薦的級
配，對于平整度要求不高的，可采用無級配集料的二灰碎石。

?表2?

表3

3　混合料的配合比計算
　　基層規范的級配計算完全依賴于試驗的結果，缺乏強度理論的指導。為
此，筆者根據強度理論，提出了二灰碎石混合料的組成假設，并推導出計算
配合比的公式。?
　　根據強度理論，二灰碎石基層強度形成有兩方面。一方面依靠粒料的骨
架嵌擠作用，另一方面依靠結合料的膠結作用。考慮到減少干縮裂縫和溫縮
裂縮，強度主要依靠粒料的骨架作用，形成整體強度則依靠結合料的膠結作
用。為充分發揮結合料和粒料兩者各自的作用，共同壓密面成為密實型的結
構，混合料的組成原則上假設：在一個單位實方體的混合料中，粒料的最大
用量為一個單位松方量，結合料以最佳壓實狀態填充粒料的剩余空隙。?
　　根據上述假設，其計算方法如下：?
　　(1)確定結合料與粒料的配合比?
　　①粒料的松散干容重為γ1，平均比重為ρ，則一個單位實方體中粒料占
有的體積V1＝γ1/ρ；?
　　②結合料占有體積V2＝1-V1；?
　　③結合料的最大干密度為γ2，最佳含水量為W2，則結合料在單位實方體
中占的重量為γ2V?2＝γ2(1-V1)；?
　　④混合料最大干密度為γ0，根據實方體中混合料的重量為結合料與粒料
兩部分重量之和，
則有1·γ0＝1·γ1+γ2V2
　　即γ0＝γ1+γ2V2 　　　　　　　　　　　　　　(1)
　　⑤計算結合料與粒料的重量比?
　　結合料/粒料＝γ2V2/γ0∶γ1/γ0 　　　　　　(2)?
　　⑥示例?
　　粒料由于級配不同，松裝干容重γ?1可取1.4～1.7t/m3，若其平均比生
ρ以2.7計，計算
結果如表4。

表4

　　(2)確定結合料中石灰和粉煤灰配合比?
　　結合料中石灰和粉煤灰的最佳配合比為1∶4，但在混合料中，石灰劑量
除了最佳配比用石灰量外，還應考慮粒料表面裹復吸附的石灰劑量，其值可
按粒料重的3％計。因此，石灰劑量既要考慮最佳配比中用量，又要考慮粒料
表面裹復吸附用量，下面舉例說明：?
　　例如，計算結果結合料與粒料重量比為26∶74，而石灰與粉煤灰最佳配
比為1∶4，則石灰劑量為26/5+74×3％＝7.42?
　　粉煤灰劑量為(4/5)×26＝20.8?
　　混合料總重為7.42+20.8+74＝102.22?
　　石灰∶粉煤灰∶粒料＝(7.42/102.22)∶(20.8/102.22)∶(74/102.22)＝
7.3∶20.3∶ 72.4
?　故實用結合料與粒料重量比為1/2.8。?
　　從示例看出，石灰劑量在5.5～4.9之間。根據施工經驗，石灰劑量不宜
低于5％，因為石灰太少，結合料的膠結作用得不到保證。一般計算結果中石
灰劑量小于5％，要予以調整。?
4　壓實度質量控制
　　二灰碎石基層中粒料最大可達40或50mm，用作底基層中達50或60mm，這
樣大粒徑的混合料做重型擊實試驗，限于試筒的容積，無法得到較準確的最
大干密度和最佳含水量。根據《公路路面基層材料試驗規程(JTJ057-85)》規
定，粒料最大粒徑宜控制在25mm以內，最大不得超過40mm(圓孔篩)。實際試
驗發現平行試驗的結果離散很大，而且擊實時易擊碎粒料，因此有必要改進
方法。
　　在配合比計算過程中，不難發現影響最大干密度的主要因素是結合料的
壓實度，有了結合料的最大干密度，就可求得二灰碎石的最大干密度。
　　計算方法推導如下：?
　　①結合料與粒料的重量比為x∶y，且x+y＝1，x、y均為小數；?
　　②結合料的最大干密度為γ?0，則混合料的體積為1/γ0；?
　　③粒料的體積為y/ρ，結合料的體積為x/γ2；?
　　④根據混合料的體積為結合料與粒料兩部分體積之和，有下式
　　1/γ0＝x/γ2+y/ρ
　　γ0＝1/(x/γ2+y/ρ) 　　　　　　　　　　　　(3)?
　　⑤結合料的最佳含水量為Wm；?
　　粒料的濕潤含水量為Wa，一般碎石以4％計，礫石以3％計；
　　混合料的最佳含水量為W0；?
　　混合料含水重量為結合料與粒料兩部分含水量之和
　　W0＝xW0+yWa (4)?
　　根據(3)和(4)式，只要用擊實試驗求得結合料的最大干密度和最佳含水
量，再材料配合比，就可以計算出二灰碎石的最大干密度和最佳含水量。
　　工地檢查二灰碎石的密實度可以用灌砂法測得濕密度和含水量，求得干
密度，將其與最大干密度相比較，一般要求壓實度在95%以上。
5　結束語
　　綜上所述，可以得出下列結論：
　　(1)二灰碎石的集料最大粒徑在40～50mm是合適的，對二級以下的公路及
分二層做的下層，可放寬到60mm。
　　(2)二灰碎石的集料應當減少5mm以下的含量，可采用表2推薦的級配，對
于平整度要求不高的，可采用集料無級配的二灰碎石。?
　　(3)二灰碎石混合料配合比為γ2V2/γ0∶γ1/γ0，結合料中石灰劑量考
慮二灰最佳配比和粒料表面的裹復吸附量，不宜低于5％。
　　(4)二灰碎石基層的最大干密度和最佳含水量分別為：?
　　γ0＝1/(x/γ2+y/ρ)
?　W0＝xW0+yWa?
　　(5)二灰碎石混合料配合比計算方法及最大干密度和最佳含水量計算公式
同樣適用于其它如石灰土穩定粒料、水泥土穩定粒料等基層。