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中图分类号：TQ172.71+7 文献标识码：TQ 文章编号：1009-914X（2012）10- 0155–01
水泥稳定矿渣基层的路面结构，是针对矿渣基层结构水稳性差的特点进行改良的一种新型路面结构，在大盘线、沈营线黑色路面大修工程中应用。水泥稳定矿渣基层作为一种半刚性基层，具有强度高、刚度大、整体性和水稳定性好等优点，可适用于各种交通类别道路的基层和底基层。只是由于矿渣材料来源的限制性，而未被广泛采用。
1、材料性能
1.1强度特性
水泥稳定矿渣基层的抗压强度和抗弯拉强度来自骨料的嵌挤、水泥的水解硬化、水泥矿物与集料表面的充分反应和有机结合等作用。而且，矿渣是制造矿渣硅酸盐水泥的主要原料，其细颗粒本身就具有一定的水泥标号。当矿渣集料中细颗粒含量较高时，使得水泥稳定矿渣更容易形成早期强度，其三天的抗压强度能够达到设计容许强度（3.5MPa）的80%以上。
1.2刚度特性
水泥稳定矿渣基层作为半刚性基层，其弹性模量随着龄期的增长而不断增大。当环境适宜时，其强度和刚度都会随时间的增长而增强，但其抗弯拉强度和弹性模量还是远小于刚性基层。因此，这种基层在早期具有柔性路面的力学特性，中、后期才具有半刚性路面的力学特性。但到了后期，其脆性大、抗疲劳变形能力差等不足之处也会慢慢表现出来，在长期车辆荷载的作用下会产生疲劳裂缝。当采用强基薄层的路面结构设计，即在该种基层上铺筑较薄的沥青面层时，由于沥青对温度的敏感性，以及荷载的作用下，基层裂缝就会反应到面层上形成反射裂缝。
在大盘线、沈营线大中修工程路面结构设计中，水泥稳定矿渣基层的结构层厚度h=20cm，材料弹性模量E=900MPa，基层顶面设计容许弯沉值l=110（×10-2mm），施工检测弯沉值l检=80（×10-2mm）。该路面基层结构设计通过了施工实践的检验，能够满足设计和使用要求。
1.3热胀特性
水泥稳定矿渣基层材料具有宏观热胀性，这是其固、液、气三相热学性质相互作用、综合效应的外观表现。矿渣材料本身具有较小的热胀系数，而新生的水泥稳定矿渣作为一种胶结物，则具有较大的热胀系数。各种形式的水通过扩张作用、毛细管压力作用和冰冻作用，对其胀缩产生相当大的影响。当含水量接近最佳含水量时，其温度收缩系数呈现最大值。
1.4干缩特性
水泥稳定矿渣的干燥收缩主要是通过毛细管张力作用、吸附水分子间力作用、层间水作用和硫化作用四个过程而引起的整体宏观体积收缩。基层材料处于相对湿度和温度不断变化的环境，而温度和湿度的变化是成反比的。因此，干燥收缩和温度收缩一般是同时发生的，而且往往产生相反的效应。
基层施工一般在夏季的高温环境中进行，成型初期的基层内部含水量较大，且其表面未被沥青面层封闭，此时基层内部的水分必然蒸发，从而产生由表及里的干燥收缩。同时，环境温度也存在着昼夜温差，引起基层的温度收缩。因此，修建初期的基层同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用，并以干缩为主、温缩为辅。经过一段龄期的养生，特别是铺筑沥青面层后，基层内部的含水量回升且趋于相对稳定，这个时期的基层收缩主要是温度收缩。
2、影响因素和改善方法
2.1水泥剂量
水泥剂量是指水泥质量和干燥集料质量的比。水泥稳定矿渣的强度随着水泥剂量的增加而增大，但不是呈直线变化。到达某一剂量区间后，水泥稳定矿渣的强度增幅很小。而且强度增大的同时，刚度和脆性相应地增大，干缩变形也会越大，容易产生裂缝，从而影响基层的整体稳定性和使用寿命。这也正是我们寻求最合理、最有效的水泥剂量的原因。水泥剂量的设定可以根据路面结构设计要求、实验室检测数据和实验路检测结果确定。
2.2颗粒粗细和级配
所谓的颗粒粗细不仅仅指矿渣集料的最大粒径，更主要的指其平均粒径。颗粒级配是指各种粒径范围的集料质量占总集料质量的比例。在同一水泥剂量下，不同颗粒粗细和级配的水泥稳定矿渣的强度差别是较大的。超大粒径的颗粒在击实（碾压）过程中容易大量的破碎，但破碎后的颗粒间并没有水泥颗粒进入和作用，致使成型后的水泥稳定矿渣基层并不是一个均匀、稳定的整体，从而无法得到预期的强度。因此，优质矿渣材料的选择是基层强度的前提条件。
2.3含水量
基层压实质量是控制基层整体强度与稳定性的重要环节。只有在施工过程中充分压实，才能有效提高基层的整体强度，增加稳定性，提高使用性能和使用寿命。在基层压实过程中，材料含水量对所能达到的密实度起着非常大的作用。
在大盘线、沈营线大中修工程中，根据实验室土工击实试验报告，水泥稳定矿渣集料的检测数据如下：
水泥稳定矿渣基层的施工水泥剂量为5.5%，采用内差法计算，确定集料的最大干密度为2.32g/cm3，最佳含水量为8.7%，施工时含水量略大于最佳含水量为宜。
实践证明，控制施工含水量在最佳含水量±2%以内，基层的压实度才是最好的，压实后的渗水系数也是最小的，基层的干缩变形能够降低到最小，这样的基层才是最稳定和耐久的。
2.4掺配碎石
在水泥稳定矿渣中掺配碎石，可以改善集料的级配，降低粒料的比表面积，有效地提高水泥稳定矿渣的强度，减少其收缩变形，增加其水稳定性，同时满足高等级公路路面水泥稳定土基层和底基层对集料的级配要求。一般掺配碎石的粒径为3～6cm（底基层）和2～4cm（基层），掺配的比例为10～30%，具体的数据可以根据矿渣和碎石的级配，通过级配设计确定。过少则达不到预期的强度，过多不仅不会增加基层强度，而且造成经济上的浪费，两者都是不科学的。
在大盘线、沈营线大中修工程中，我们在工地实验室进行了同一水泥剂量（5%）、不同掺配比例的抗压强度比较，具体试验数据如下：
在实际施工过程中，我们根据矿渣材料的颗粒级配情况适当掺配2～4cm碎石，通常采用10～30%的掺配比例，取得了理想的效果。
2.5作业时限
水泥稳定类基层的强度和整体性主要是通过水泥水解、胶结及硬化来完成的。水泥的水解、胶结及硬化是一个物理作用和化学反应综合作用的过程。当水泥凝结硬化初期受到外力作用，就会破坏水泥胶结的结构，进而影响基层的强度和整体稳定性。因此，必须合理安排施工工艺和工序，控制基层作业时限在水泥终凝时间范围内，通常从加水拌和到碾压终了的延迟时间不超过2h（厂拌法）或4h（路拌法），以免时间过长而影响基层强度。水泥材料通常采用延迟时间较长的32.5级矿渣硅酸盐水泥，其初凝时间宜在3h以上，终凝时间宜在6h以上。快硬、早强以及受潮变质的水泥不准使用。
2.6后期养生
基层施工碾压完成并检测合格后，即可进行养生。养生的温度和湿度是影响基层强度的重要因素之一。养生的方法通常采用洒水车洒水，以保证基层的含水量能够满足水泥的充分水解。基层养生时间应在7d以上。整個养生期间必须始终保持基层表面潮湿。同时，除洒水车外要封闭交通。不能封闭时要限制重车通行，其它车辆应限速30km/h。
基层养生也可采用喷洒乳化沥青的方法进行覆盖养生。一般分两次进行，乳化沥青的总用量控制在0.8～1.1kg/m2。第一次喷洒沥青含量超过35%的慢裂沥青乳液，使其能透入基层表面。第二次喷洒浓度较大的乳化沥青，待其破乳后撒布碎石，作为下封层。这样的养生即能保证基层强度，又可防止基层干缩开裂，以及保护基层免遭施工车辆的破坏。
最好的养生方法是完全封闭交通，洒水后覆盖塑料养生。但该种方法由于造价偏高，而很少采用。
水泥稳定矿渣基层的路面结构，是针对矿渣基层结构水稳性差的特点进行改良的一种新型路面结构，在大盘线、沈营线黑色路面大修工程中应用。水泥稳定矿渣基层作为一种半刚性基层，具有强度高、刚度大、整体性和水稳定性好等优点，可适用于各种交通类别道路的基层和底基层。只是由于矿渣材料来源的限制性，而未被广泛采用。
1、材料性能
1.1强度特性
水泥稳定矿渣基层的抗压强度和抗弯拉强度来自骨料的嵌挤、水泥的水解硬化、水泥矿物与集料表面的充分反应和有机结合等作用。而且，矿渣是制造矿渣硅酸盐水泥的主要原料，其细颗粒本身就具有一定的水泥标号。当矿渣集料中细颗粒含量较高时，使得水泥稳定矿渣更容易形成早期强度，其三天的抗压强度能够达到设计容许强度（3.5MPa）的80%以上。
1.2刚度特性
水泥稳定矿渣基层作为半刚性基层，其弹性模量随着龄期的增长而不断增大。当环境适宜时，其强度和刚度都会随时间的增长而增强，但其抗弯拉强度和弹性模量还是远小于刚性基层。因此，这种基层在早期具有柔性路面的力学特性，中、后期才具有半刚性路面的力学特性。但到了后期，其脆性大、抗疲劳变形能力差等不足之处也会慢慢表现出来，在长期车辆荷载的作用下会产生疲劳裂缝。当采用强基薄层的路面结构设计，即在该种基层上铺筑较薄的沥青面层时，由于沥青对温度的敏感性，以及荷载的作用下，基层裂缝就会反应到面层上形成反射裂缝。
在大盘线、沈营线大中修工程路面结构设计中，水泥稳定矿渣基层的结构层厚度h=20cm，材料弹性模量E=900MPa，基层顶面设计容许弯沉值l=110（×10-2mm），施工检测弯沉值l检=80（×10-2mm）。该路面基层结构设计通过了施工实践的检验，能够满足设计和使用要求。
1.3热胀特性
水泥稳定矿渣基层材料具有宏观热胀性，这是其固、液、气三相热学性质相互作用、综合效应的外观表现。矿渣材料本身具有较小的热胀系数，而新生的水泥稳定矿渣作为一种胶结物，则具有较大的热胀系数。各种形式的水通过扩张作用、毛细管压力作用和冰冻作用，对其胀缩产生相当大的影响。当含水量接近最佳含水量时，其温度收缩系数呈现最大值。
1.4干缩特性
水泥稳定矿渣的干燥收缩主要是通过毛细管张力作用、吸附水分子间力作用、层间水作用和硫化作用四个过程而引起的整体宏观体积收缩。基层材料处于相对湿度和温度不断变化的环境，而温度和湿度的变化是成反比的。因此，干燥收缩和温度收缩一般是同时发生的，而且往往产生相反的效应。
基层施工一般在夏季的高温环境中进行，成型初期的基层内部含水量较大，且其表面未被沥青面层封闭，此时基层内部的水分必然蒸发，从而产生由表及里的干燥收缩。同时，环境温度也存在着昼夜温差，引起基层的温度收缩。因此，修建初期的基层同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用，并以干缩为主、温缩为辅。经过一段龄期的养生，特别是铺筑沥青面层后，基层内部的含水量回升且趋于相对稳定，这个时期的基层收缩主要是温度收缩。
2、影响因素和改善方法
2.1水泥剂量
水泥剂量是指水泥质量和干燥集料质量的比。水泥稳定矿渣的强度随着水泥剂量的增加而增大，但不是呈直线变化。到达某一剂量区间后，水泥稳定矿渣的强度增幅很小。而且强度增大的同时，刚度和脆性相应地增大，干缩变形也会越大，容易产生裂缝，从而影响基层的整体稳定性和使用寿命。这也正是我们寻求最合理、最有效的水泥剂量的原因。水泥剂量的设定可以根据路面结构设计要求、实验室检测数据和实验路检测结果确定。
2.2颗粒粗细和级配
所谓的颗粒粗细不仅仅指矿渣集料的最大粒径，更主要的指其平均粒径。颗粒级配是指各种粒径范围的集料质量占总集料质量的比例。在同一水泥剂量下，不同颗粒粗细和级配的水泥稳定矿渣的强度差别是较大的。超大粒径的颗粒在击实（碾压）过程中容易大量的破碎，但破碎后的颗粒间并没有水泥颗粒进入和作用，致使成型后的水泥稳定矿渣基层并不是一个均匀、稳定的整体，从而无法得到预期的强度。因此，优质矿渣材料的选择是基层强度的前提条件。
2.3含水量
基层压实质量是控制基层整体强度与稳定性的重要环节。只有在施工过程中充分压实，才能有效提高基层的整体强度，增加稳定性，提高使用性能和使用寿命。在基层压实过程中，材料含水量对所能达到的密实度起着非常大的作用。
在大盘线、沈营线大中修工程中，根据实验室土工击实试验报告，水泥稳定矿渣集料的检测数据如下：
水泥稳定矿渣基层的施工水泥剂量为5.5%，采用内差法计算，确定集料的最大干密度为2.32g/cm3，最佳含水量为8.7%，施工时含水量略大于最佳含水量为宜。
实践证明，控制施工含水量在最佳含水量±2%以内，基层的压实度才是最好的，压实后的渗水系数也是最小的，基层的干缩变形能够降低到最小，这样的基层才是最稳定和耐久的。
2.4掺配碎石
在水泥稳定矿渣中掺配碎石，可以改善集料的级配，降低粒料的比表面积，有效地提高水泥稳定矿渣的强度，减少其收缩变形，增加其水稳定性，同时满足高等级公路路面水泥稳定土基层和底基层对集料的级配要求。一般掺配碎石的粒径为3～6cm（底基层）和2～4cm（基层），掺配的比例为10～30%，具体的数据可以根据矿渣和碎石的级配，通过级配设计确定。过少则达不到预期的强度，过多不仅不会增加基层强度，而且造成经济上的浪费，两者都是不科学的。
在大盘线、沈营线大中修工程中，我们在工地实验室进行了同一水泥剂量（5%）、不同掺配比例的抗压强度比较，具体试验数据如下：
在实际施工过程中，我们根据矿渣材料的颗粒级配情况适当掺配2～4cm碎石，通常采用10～30%的掺配比例，取得了理想的效果。
2.5作业时限
水泥稳定类基层的强度和整体性主要是通过水泥水解、胶结及硬化来完成的。水泥的水解、胶结及硬化是一个物理作用和化学反应综合作用的过程。当水泥凝结硬化初期受到外力作用，就会破坏水泥胶结的结构，进而影响基层的强度和整体稳定性。因此，必须合理安排施工工艺和工序，控制基层作业时限在水泥终凝时间范围内，通常从加水拌和到碾压终了的延迟时间不超过2h（厂拌法）或4h（路拌法），以免时间过长而影响基层强度。水泥材料通常采用延迟时间较长的32.5级矿渣硅酸盐水泥，其初凝时间宜在3h以上，终凝时间宜在6h以上。快硬、早强以及受潮变质的水泥不准使用。
2.6后期养生
基层施工碾压完成并检测合格后，即可进行养生。养生的温度和湿度是影响基层强度的重要因素之一。养生的方法通常采用洒水车洒水，以保证基层的含水量能够满足水泥的充分水解。基层养生时间应在7d以上。整個养生期间必须始终保持基层表面潮湿。同时，除洒水车外要封闭交通。不能封闭时要限制重车通行，其它车辆应限速30km/h。
基层养生也可采用喷洒乳化沥青的方法进行覆盖养生。一般分两次进行，乳化沥青的总用量控制在0.8～1.1kg/m2。第一次喷洒沥青含量超过35%的慢裂沥青乳液，使其能透入基层表面。第二次喷洒浓度较大的乳化沥青，待其破乳后撒布碎石，作为下封层。这样的养生即能保证基层强度，又可防止基层干缩开裂，以及保护基层免遭施工车辆的破坏。
最好的养生方法是完全封闭交通，洒水后覆盖塑料养生。但该种方法由于造价偏高，而很少采用。