張莉

【摘 要】 文章主要從形成水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度的物理原理和化學(xué)原理出發(fā)，通過分析影響其強(qiáng)度的主要因素，進(jìn)而為有效控制水泥穩(wěn)定土基層各施工環(huán)節(jié)，確保其強(qiáng)度和施工質(zhì)量提出有效建議。

【關(guān)鍵詞】 水泥穩(wěn)定土 基層 強(qiáng)度 控制

1 概述

水泥穩(wěn)定土以其強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，整體性好，承載力高，便于工廠化施工等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于我國(guó)各級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層中。水泥穩(wěn)定土基層是在經(jīng)過粉碎的或原來松散的土中，摻入適量的水泥和水，經(jīng)拌和得到的混合料再經(jīng)過壓實(shí)和養(yǎng)生后，使其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定要求的路面結(jié)構(gòu)層。公路路面基層是承受行車荷載的主要結(jié)構(gòu)層，其強(qiáng)度的高低直接決定著路面結(jié)構(gòu)的承載能力。它的施工是路面施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量的好壞，直接決定著整個(gè)路面施工的成敗，影響到路面整體的使用壽命。如果對(duì)水泥穩(wěn)定土施工個(gè)環(huán)節(jié)管理不到位，控制不嚴(yán)格，將會(huì)導(dǎo)致基層強(qiáng)度不足、整體性差、平整度差等質(zhì)量缺陷，所以，如何采取有效措施，切實(shí)保證水泥穩(wěn)定土基層強(qiáng)度，是水泥穩(wěn)定土基層施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是整個(gè)路面工程施工的重要環(huán)節(jié)之一。

2 形成水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度的原理

在水泥穩(wěn)定土的形成過程中，水泥、土、水之間會(huì)發(fā)生多種復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，從而使土的性狀發(fā)生改變，擁有一定的力學(xué)強(qiáng)度和整體性。這其中，主要有以下四個(gè)方面的作用。

2.1 土體本身的強(qiáng)度

松散的或經(jīng)粉碎的土體在和水泥、水等均勻拌和后，再經(jīng)一定的壓實(shí)功作用，板結(jié)形成一個(gè)整體性較好的平整的路面結(jié)構(gòu)層，具有一定的承載能力。其結(jié)構(gòu)層初期抗剪強(qiáng)度可按土體抗剪強(qiáng)度公式=c+σtan計(jì)算。

2.2 離子交換作用

土中的黏土顆粒由于顆粒細(xì)小，表面積較大，具有較高的活性，當(dāng)黏土與水接觸時(shí)，黏土顆粒表面通常帶有一定量的負(fù)電荷，在黏土顆粒周圍形成了一個(gè)電場(chǎng)，帶負(fù)電的黏土顆粒，吸引周圍溶液中的正離子，比如K+、Na+以及硅酸鹽水泥水化后所產(chǎn)生的Ca2+等離子，從而以化學(xué)鍵的形式形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使黏土顆粒間的距離減小，相互靠攏、凝聚，使其具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.3 化學(xué)激發(fā)作用

鈣離子的存在不僅影響了黏土顆粒表面的結(jié)構(gòu)，而且在這種堿性溶液環(huán)境下，改變了土的化學(xué)性質(zhì)。其中，氫氧化鈣能提高水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。當(dāng)土顆粒周圍介質(zhì)的PH值增加到一定程度時(shí)，黏土礦物中的部分SiO2和Al2O3活性被激發(fā)，與溶液中Ca2+發(fā)生反應(yīng)，形成硅酸鈣和鋁酸鈣等，這些礦物具有膠凝能力，與水化產(chǎn)物一起，將黏土結(jié)成一個(gè)整體。

2.4 碳酸化作用

水泥水化生成的Ca（OH）2不但與黏土礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，還能與空氣中的CO2發(fā)生碳化反應(yīng)生成碳酸鈣結(jié)晶，碳酸鈣生成過程中體積膨脹，也可對(duì)土的基體起到填充和加固作用。

3 影響水泥穩(wěn)定土混合料強(qiáng)度的因素

一般來說，常用兩種指標(biāo)來標(biāo)示水泥穩(wěn)定土：強(qiáng)度指標(biāo)和耐久性指標(biāo)，強(qiáng)度指標(biāo)通常用的是7d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，耐久性指標(biāo)常用干濕循環(huán)試驗(yàn)或凍融循環(huán)試驗(yàn)。在實(shí)際施工中，我國(guó)現(xiàn)行施工規(guī)范僅采用了7d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來作為其強(qiáng)度控制指標(biāo)，而對(duì)耐久性指標(biāo)卻沒做要求。為了有效控制水泥穩(wěn)定土基層強(qiáng)度，必須從影響其強(qiáng)度的具體因素入手，采取有針對(duì)性的措施，合理選擇原材料，科學(xué)安排各施工工藝，才能保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制其強(qiáng)度指標(biāo)。

3.1 土質(zhì)

雖然各類砂礫土、黏土、粉土都可以做成水泥穩(wěn)定，但是不同的土質(zhì)及其性質(zhì)是影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度的重要因素。經(jīng)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明：碎（礫）石組成的級(jí)配良好的水泥穩(wěn)定土效果最好，不但強(qiáng)度夠高，而且節(jié)省水泥用量，其次是砂性土，粉土和黏土的效果最差，一般要求土的塑性指數(shù)小于20。所以施工時(shí)，土質(zhì)選擇順序是級(jí)配碎石、級(jí)配礫石、碎礫石土、砂性土，粘土、粉土。其中粉土和粘土是不得已時(shí)才選擇。

3.2 水泥的成分和劑量

各種類型的水泥都可以用于穩(wěn)定土，但是經(jīng)過實(shí)踐證明，水泥的礦物成分和分散度也對(duì)穩(wěn)定效果有著明顯的影響。對(duì)于同一類土，硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果最好，鋁酸鹽水泥的穩(wěn)定效果較差。在水泥硬化條件相似時(shí)，礦物成分相同時(shí)，隨著水泥分散度的增加，其活性硬化能力也有所增大，從而大大提高水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度。

水泥用量越大，水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度越高，但是水泥劑量過大，在經(jīng)濟(jì)上是不合理的，成本較高，而且水泥量過大時(shí)，容易產(chǎn)生溫縮和干縮裂紋。經(jīng)過實(shí)踐證明，一般認(rèn)為水泥穩(wěn)定土的水泥劑量應(yīng)該在3-6%之間較為合適，最大不超過7%。水泥劑量太小則沒有起到應(yīng)有的穩(wěn)定作用，太大則會(huì)引起溫縮裂縫，而且，當(dāng)水泥劑量超過7%以后，再增加水泥計(jì)量，對(duì)穩(wěn)定土的強(qiáng)度提高并不明顯，遠(yuǎn)沒有改善土粒級(jí)配更為有效。

對(duì)于中粒土和粗粒土，水泥劑量是指水泥土中水泥質(zhì)量和干土質(zhì)量的百分比，這其中，水泥劑量分設(shè)計(jì)劑量和施工劑量?jī)煞N，施工劑量一般是通過設(shè)計(jì)劑量配好后，再用EDTA滴定法測(cè)定。

EDTA水泥滴定法是測(cè)定水泥穩(wěn)定土中水泥劑量，其原理是加入10%NH4Cl溶解穩(wěn)定土中的水泥，浸取Ca2+，通過EDTA的消耗量求出穩(wěn)定土中鈣離子的濃度，進(jìn)而求出水泥穩(wěn)定土中水泥的劑量。EDTA水泥滴定法適用于粗、中、細(xì)粒土，檢測(cè)結(jié)果不受水泥穩(wěn)定土的齡期（7d）影響，且在穩(wěn)定土的含水量變化在±2%時(shí)，不會(huì)影響的其測(cè)定結(jié)果。

3.3 混合料的干密度和含水量

水泥穩(wěn)定土的干密度對(duì)其強(qiáng)度的影響很大，干密度與土的顆粒密度、級(jí)配以及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。施工中，應(yīng)選擇較為科學(xué)合理的壓實(shí)機(jī)械、壓實(shí)方法和壓實(shí)遍數(shù)，以求實(shí)現(xiàn)最大干密度。一般說來，干密度值越高，抗壓強(qiáng)度相對(duì)a提高。

含水量對(duì)于穩(wěn)定土的強(qiáng)度影響在于，含水量不足時(shí)，就不能完全水化和水解混合料中的水泥，所以不能完全發(fā)揮水泥的穩(wěn)定作用，影響其強(qiáng)度的形成。另外，含水量過大或者過小，也影響混合料的壓實(shí)度，不能或者不易實(shí)現(xiàn)最大干密度。endprint

所以只有保證最佳含水率時(shí)，才能滿足水泥的水解作用和混合料的壓實(shí)度。一般，水泥水化水量占到水泥重量的20%，對(duì)于砂性土，完全水化達(dá)到最高強(qiáng)度的含水率較最佳密度的含水率為小，而黏性土則相反。

3.4 施工工藝

在施工過程中，是否能夠準(zhǔn)確的配制混合料，均勻的拌和和足夠的碾壓，都直接影響到水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度和耐久性。

在施工中，混合料的配合比是最容易失控的環(huán)節(jié)，首先是集料級(jí)配的準(zhǔn)確性，其次是水泥劑量和用水量。如果設(shè)計(jì)中要摻入外加劑，外加劑摻量的準(zhǔn)確性也是不可忽視的，配料準(zhǔn)確性是保證水泥穩(wěn)定土實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的基本前提。因此，現(xiàn)在一般多要求采用廠地集中自動(dòng)計(jì)量配料機(jī)械拌和。路拌法施工配料的精度較差。

水泥從開始加水拌和到完成壓實(shí)，要求時(shí)間越短越好，一般要控制在3h以內(nèi)，如果時(shí)間過長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致水泥凝結(jié)，在碾壓時(shí)，則不能達(dá)到壓實(shí)要求，同時(shí)也會(huì)破壞已經(jīng)硬化的水泥凝膠作用，反而降低水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度。

水泥穩(wěn)定土在碾壓密實(shí)后，要注意濕法養(yǎng)生，保證濕度和溫度，以此來滿足水泥水化形成強(qiáng)度的要求，養(yǎng)生溫度越高，強(qiáng)度增長(zhǎng)越快。經(jīng)常保持表面濕潤(rùn)也可以大大減少干縮裂縫。

4 結(jié)語

公路工程的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命關(guān)乎到國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，公路路面的早期病害已經(jīng)成為公路損壞的主要危害之一，所以應(yīng)該從施工各個(gè)環(huán)節(jié)入手，針對(duì)影響水泥穩(wěn)定土基層強(qiáng)度的影響因素，采取一系列的有效措施和辦法，嚴(yán)格控制水泥穩(wěn)定土基層強(qiáng)度，確保公路基層質(zhì)量，才能減少或者避免路面的早期病害。

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