摘要：

结合某高速公路工程，对水泥-石灰-干渣半刚性基层材料路用性能进行研究。选择原材料，通过抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度确定水泥-石灰-干渣半刚性基层材料的掺量，最佳水泥、石灰、干渣掺量分别为4%、3%、70%，最后检测水泥-石灰-干渣半刚性基层路段平整度和压实度发现该路段具有较好的路用性能。

关键词：高速公路；半刚性基层；干渣；施工工艺

1引言

近年来，我国高速公路工程飞速发展。与此同时，公路建设对道路材料需求较大导致资源枯竭，因此，对一些固体废弃材料的开发、研究与利用尤为重要，而干渣作为工业废渣，其物理力学性能与碎石较为相似，具有较好的强度和刚度。我国干渣排放量较大，而利用率较大，本文采用水泥-石灰-干渣作为半刚性基层材料，通过7d无侧限抗压强度试验、疲劳强度试验和抗弯拉试验确定最佳水泥、石灰、干渣掺量，并结合水泥-石灰-干渣半刚性基层路段施工工艺，在道路基层中推广应用的水泥-石灰-干渣半刚性基层材料，实现减少土地占用、保护环境、节能减排的可持续发展目标[1]。

2工程概况

某高速公路为水泥-石灰-干渣半刚性基层，项目路段设计沥青上面层为4cmSBS改性沥青混凝土，中面层为6cmAC-20沥青混凝土，下面层为8cm沥青稳定碎石，基层为26cm水泥-石灰-干渣稳定碎石，底基层为28cm碎石石灰土。项目路段施工方案见表1。

3水泥-石灰-干渣半刚性基层最佳方案

3.1原材料

3.1.1干渣

半刚性基层力学性能主要由干渣决定。干渣是承受道路行车荷载的重要材料，其基本性能直接影响半刚性基层的力学性能、稳定性能和耐久性能[2]。

3.1.2水泥

半刚性基层材料采用硅酸盐水泥作为胶凝材料，并对水泥主要矿物水化速度和强度进行检测。水泥的初凝时间、终凝时间、抗压强度和抗折强度关于水泥的基本性能，因此，本文对水泥的初凝时间、终凝时间、抗压强度和抗折强度进行检测，由检测结果可知，水泥初凝时间为169min，终凝时间343min，3d、7d、28d抗压强度分别为18.55MPa、37MPa、44.3MPa，3d、7d、28d抗折强度分别为3.45MPa、4.6MPa、6.45MPa。检测结果均满足半刚性基层材料对水泥性能的要求。

3.1.3石灰

石灰水化后可以提高水泥的和易性，且石灰在半刚性基层材料中可以改善其耐水性，增强基层的强度和稳定性。

3.2水泥-石灰-干渣半刚性基层最佳掺量

3.2.1确定半刚性基层干渣掺量

水泥-石灰-干渣半刚性基层强度的形成由集料组成强度骨架，干渣填充骨架空隙，有利于增强骨料颗粒间的摩擦力，进一步加强集料骨架强度。本文试件采用粒径小于4.75mm的干渣掺比为0%、20%、40%、60%、80%、100%，并进行7d无侧限抗压强度试验、疲劳强度试验和抗弯拉试验，干渣掺比与强度关系如图1所示。

由图1可知，半刚性基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度随干渣掺比增大呈先增大后减小的趋势，干渣掺比从0%增加到60%，基层抗压强度从3.12MPa增加到4.02MPa，抗压强度增加了28.85%，干渣掺比从60%增加到100%，基层抗压强度从4.02MPa减小到3.69MPa，抗压强度减小了8.21%；干渣掺比从0%增加到80%，基层疲劳强度和抗弯拉强度分别从0.28MPa、1.21MPa增加到0.45MPa、1.76MPa，疲劳强度和抗弯拉强度分别增加了60.71%、45.46%，掺比从80%增加到100%，基层疲劳强度和抗弯拉强度分别从0.45MPa、1.76MPa减小到0.43MPa、1.71MPa，疲劳强度和抗弯拉强度分别减小了4.44%、2.84%，干渣掺比在60%～80%，基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度最优，因此，项目工程高速公路水泥-石灰-干渣半刚性基层干渣掺比选择70%。

3.2.2确定半刚性基层水泥掺量

本文试件采用水泥掺比为3%、4%、5%，并进行7d无侧限抗压强度试验、疲劳强度试验和抗弯拉试验，水泥掺比与强度关系如图2所示。

由图2可知，半刚性基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度随水泥掺比增大呈增大的趋势，当水泥掺比从3%增加到4%，基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度分别增加了34.01%、62.5%、34.54%；当水泥掺比从4%增加到5%，基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度分别增加了8.68%、7.69%、8.81%。对比水泥掺比3%～4%和4%～5%，基层强度增强幅度较前者大幅度降低，因此在保证基层力学性能的前提下，应选择水泥掺比较小的施工方案，不仅可以提高经济效益，还可以减少路面出现脆性破坏[3]。因此，项目工程高速公路水泥-石灰-干渣半刚性基层水泥掺比选择4%。

3.2.3确定半刚性基层石灰掺量

本文试件采用石灰掺比为2%、3%、4%，并进行7d无侧限抗压强度试验、疲劳强度试验和抗弯拉试验，石灰掺比与强度关系如图3所示。

由图3所示，半刚性基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度随石灰掺比增大呈先增大后减小的趋势，当石灰掺比从2%增加到3%，基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度分别增加了29.93%、15.39%、44.44%；当石灰掺比从3%增加到4%，基层抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度分别减小了6.14%、8.89%、7.34%。因此，项目工程高速公路水泥-石灰-干渣半刚性基层石灰掺比选择3%。

4水泥-石灰-干渣半刚性基层路用性能

4.1施工工艺

为检测水泥-石灰-干渣半刚性基层路用性能，本文选取试验路段K155+000～K160+000，试验路段全程5km，其中，半刚性基层级配类型选用骨架密实型级配设计，水泥-石灰-干渣半刚性基层材料干渣掺比为70%、水泥掺比为4%、石灰掺比为3%，对基层混合料进行拌和、运输、摊铺、碾压处理，施工完成后对试验路段平整度和压实度进行检测。

4.2平整度检测

项目工程水泥-石灰-干渣半刚性基层试验路段施工完成后，根据规范要求采用3m直尺测得路面平整度，本文在项目路段K156+330～K157+330和K158+880～K159+880分别选取2处检测点进行检测。由检测结果可知，K156+330～K157+330国际平整度IRI平均值为0.63m/km；K158+880～K159+880国际平整度IRI平均值为0.44m/km，依据JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》，国际平整度IRI应当小于2m/km，水泥-石灰-干渣半刚性基层路段IRI值为0.63m/km和0.44m/km，均远远小于2m/km，满足规范要求，说明水泥-石灰-干渣半刚性基层路段路面具有较好的行车舒适性能。

4.3压实度检测

水泥-石灰-干渣半刚性基层试验路段施工完成后，根据规范要求采用核子密度仪法对水泥-石灰-干渣半刚性基层路段压实度进行检测，本文在项目路段选取4处检测点，对检测点A、B、C、D压实度进行检测，检测结果见表3。

由表3可知，K156+330～K157+330压实度平均值为96.5%，K158+880～K159+880压实度平均值为97.3%，说明水泥-石灰-干渣半刚性基层路段路面具有较好的压实性能，满足施工规范的压实度要求。

5结语

本项目工程采用水泥-石灰-干渣半刚性基层路段，通过7d无侧限抗压强度试验、疲劳强度试验和抗弯拉试验确定最佳水泥、石灰、干渣掺量，并结合实际水泥-石灰-干渣半刚性基层路段施工工艺，得到如下结论：

1）通过抗压强度、疲劳强度和抗弯拉强度确定最佳水泥、石灰、干渣掺量分别为4%、3%、70%；

2）水泥-石灰-干渣半刚性基层路段具有较好的行车舒适性能；

3）水泥-石灰-干渣半刚性基层路段的压实度满足规范的要求。

参考文献：

[1]辛顺超.水泥-石灰-干渣半刚性基层材料路用性能试验研究[D].重庆:重庆交通大学,2015.

[2]李涛.水泥混凝土路面板废弃料作为半刚性基层材料的研究[J].湖南文理学院学报(自然科学版),2020,32(3):86-91.

[3]冀欣,盛燕萍,路再红,等.掺加钢渣的半刚性基层材料性能[J].长安大学学报(自然科学版),2021,41(4):21-31.

声明：

原创作者：陈松灵，江苏省科佳工程设计有限公司，江苏常州214002。