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摘要：为提高半刚性基层的抗裂能力，半刚性基层的配合比设计是个关键的环节，本文从水泥稳定碎石原材料选取、集料的级配、掺加添加剂、试件成型的方法、评价指标的选取等方面阐述了水泥稳定粒料基层抗裂性配合比设计应注意的问题。
关键词：半刚性基层，配合比设计，抗裂性
Abstract: in order to improve the semi-rigid base the anti-cracking ability, semi-rigid gradation design is a key link, this paper, from the raw material of the cement stable macadam selection, of the aggregate gradation, by adding additives, specimens of molding method and evaluation index selection, this paper describes cement-stabilized granular grassroots resistance to mix design problems should be paid attention to.
Keywords: semi-rigid base, mixture design, resistance
中圖分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：
1.前沿
半刚性基层的缺点是抗变形能力差,在温度和湿度变化时发生收缩,易产生开裂,当沥青面层较薄时,易形成反射裂缝,进而严重影响路面的使用性能。因此应该科学地进行材料配合比设计,从而把裂缝减少到最低程度。
在混合料组成设计中, 可通过改善集料级配，使用骨架密实结构矿料级配；减小或控制粉粒含量和塑性指数；增大粗料含量和最大粒径；控制水泥用量和用水量；同时也可以通过掺加膨胀剂对结合料改性等来降低半刚性材料收缩，提高其抗裂性能。在成型方法上，采用振动成型法，可以降低水泥用量，提高抗裂性。
最后通过抗压强度试验和干缩试验综合考虑水泥剂量的选择,既要保证半刚性基层整体材料满足强度要求,又要考虑其干缩和温缩特性,避免结构产生过大的收缩应力和过多的收缩裂缝。
2.从水泥稳定碎石原材料考虑
（1）水泥品种和标号
采用安定性好、标号、终凝时间、不溶物和烧失量符合最新水泥标准规定的32.5#硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及道路硅酸盐水泥(安定性好、性能有保障)。
（2）水泥的初凝和终凝时间
初凝应在3小时以上，终凝时间不小于6小时；且施工中从加水拌和到碾压成型完成的时间(即延迟时间)应小于水泥的初凝时间。
（3）集料最大粒径及压碎值的要求
对于高速和一级公路，最大粒径为26.5mm；二级采用31.5mm；三级及三级以下采用37.5mm。压碎值方面：高速一级≤25%，二级及以下≤30%。对于底基层:高速一级≤30%二级及以下≤35%。
（4）对集料含泥量和针片状颗粒含量的要求
含泥量应控制在0%~1%以内。碎石针片状颗粒含量:高速和一级公路≤15%；二级及二级以下≤20%。
（5）对有机质含量的要求
做基层时，有机质的含量不得超过0.5%。
（6）硫酸盐含量
在选用水泥稳定粒料之前对硫酸盐的含量进行测定,对于硫酸盐含量超过0.25%的石料，不应用水泥稳定。
（7）细集料的影响
0.075mm筛孔通过率宜控制在3%~5%。
3.从集料的级配上考虑
集料的抗裂性配合比设计方法有K法、贝雷法、改进后的n法等方法。
3.1采用 K法进行配合比设计
（1）设计的粗集料的级配应靠拢骨架密实级配，形成骨架结构的石料应该偏粗一些。将4.75mm作为粗细集料的分界点，最大粒径为31.5mm，则计算中控制4.75mm筛孔的通过率为0，K的取值主要结合国内外的研究成果和工程实践经验，上限0.8，下限0.5。
（2）细集料应选用容易密实的连续级配，最大粒径不应大于4.75mm，而且2.36mm～4.75mm的颗粒也不能太多。参照已有研究成果推荐细集料的级配范围见表1。
（3）采用体积法计算水泥稳定碎石骨架密实结构混合料组成。
3.2采用贝雷法等方法进行配合比设计：
研究中借鉴了沥青混合料级配设计的先进理念，使设计出的基层级配能达到嵌挤密实型结构。
关于贝雷法参数的选取，国内文献介绍较多的是CA值处于0.4～0.8之间，Fac值处于0.25～0.5之间，Faf值处于0.25～0.5之间。山东省根据应用的实践，提出将表面层CA值调整为0.22～0.5。事实上最初，美国的研究人员在推荐上述参数时，针对密级配和级配以及不同公称最大尺寸，其参数取值范围也不同，与国内采用的取值范围存在一定差异，表2是贝雷法应用于密级配的参数取值范围。
3.3采用改进后的n法进行配合比设计
在最大密度曲线理论及粒子干涉理论的基础上，提出一种新的间断级配组成计算方法，称之为“改进后的n法”：首先按照n(n建议取为0.6)法，计算出各级粒径的分计筛余之后，再去除4.75~9.5mm的中间料。之所以将4.75~9.5mm档的中间粒径去除，是因为在各尺寸筛孔中，4.75mm和9.5mm是2个非常关键的分界点。9.5mm以上的粗料应当相互嵌挤成骨架，而4.75mm以下的细料则填充骨架间的空隙。但是在传统规范级配中，由于4.75~9mm中间料的存在，使得9.5mm以上的粗料被推开不能相互嵌挤成骨架，4.75mm以下的细料无法填充骨架间的空隙，即
A改进后=A/（1-A4.75）
式中, A改进后、A分别为依据改进后n法与原n法计算得到的分计筛余; A4.75为按原n法计算出4.75mm筛的分计筛余,即4.75~9.5mm的中间料用量。
4.从添加剂上考虑
通过掺加一定比例的粉煤灰，膨胀剂，乳化沥青等添加剂来提高其抗裂性。
（1）采用骨架紧密结构稳定材料并掺加一定量的粉煤灰或膨胀剂，不仅能提高力学性能，同时可以减少温干缩系数，还能显著地提高其抗疲劳和抗冲刷能力。
（2）利用乳化沥青的柔性以降低基层混合料的刚度，同时利用水泥稳定类强度高的特点，既可以使其反射裂缝的几率大大降低，从而提高结构的抗裂性能，又可以确保基层的强度要求。
5.试件成型的方法上考虑
采用振动法优化的水泥稳定碎石混合料可达到强度及抗裂能力同时增加的最优效果只要级配合理，没有必要通过增加水泥用量，牺牲一部分抗裂能力来换取强度的合格。用振动法优化的水泥稳定碎石混合料达到了抗裂能力最佳、水泥剂量少、强度合格及工程造价降低的最佳效果。
振动成型配合比设计方法较好的模拟了压路机的碾压效果, 减少了水泥用量, 提高了抗裂能力, 由此产生的经济效益和社会效益是相当可观的, 该设计方法值得推广。（采用旋转剪切试验机( GTM) 振动成型试件, 这种试验方法较好地模拟了施工现场振动压路机碾压机理）。
6.评价指标的选取
目前评价半刚性基层材料抗裂性指标有：干缩系数，温缩系数，抗裂指数（温度与湿度的综合指标），干缩能抗裂系数（考虑应变，应力综合效应），温缩能抗裂系数等指标。
一般情况下，采用干缩系数和温缩系数，但其没有固定的限制要求，只能横向比较哪种级配的抗裂性强，而不能说明哪种材料的抗裂性满足路用要求。干缩能抗裂系数与温缩能抗裂系数同样存在以上问题，只不過其考虑了半刚性材料收缩是应力和应变综合破坏作的结果。而抗列指数，虽然避免了上述问题，但有待实践的检验，经验因素要求更高。
对已经成型好的试件，通过抗压强度试验和干缩试验等其他试验综合考虑水泥剂量的选择，在保证半刚性基层整体材料满足强度要求下，通过相应的抗裂性评价指标选出抗裂性最好的级配与水泥用量。
7.配合比设计过程中应注意的问题
(1)试件成型时加载应缓慢均匀,加载压力应适中,避免导致粗集料颗粒被压碎,影响试件强度。
(2)混合料装入筒内时应均匀分布较大颗粒，若不均匀可能导致试件出现断层；粗颗粒集中于试筒一侧时在成型过程中容易倾斜;加料时应中间紧两端松,便于成型。
(3)干拌混合料后再加水拌和,这样可以使水泥均布于粒料中。
(4)为防止成型后试件反弹过大，可以在筒口加一块垫片，预压3mm,保证试件高度符合要求，效果较好。
(5)合理掌握脱模时间，加强养生，养生期间失水量对强度影响大。
(7)进行混合料配合比设计确定混合料的水泥用量时，试件不应按击实试验所得的最大干密度制作，而应该按与规定的现场压实度相应的干密度制作。
(8)水泥剂量按干集料的质量百分比计。
(9)养生条件控制极为重要。温度对水泥稳定土的影响很大，原本不合格的材料会因养生温度高而变得合格，反之亦然。
(10)在施工过程中应根据砂砾料天然含水量调整加水量。
8.结论
为了有效的加强半刚性基层的抗裂性，在半刚性基层配合比设计的各个环节都应该注意，本文从水泥稳定碎石原材料选取、集料的级配、掺加添加剂、试件成型的方法、评价指标的选取等方面阐述了水泥稳定粒料基层抗裂性配合比设计的各个要点，为增强半刚性基层的抗裂性提供了一些帮助。
参考文献：
朱云升.半刚性基层材料干缩和温缩特性试验研究[J].公路.N2.2006.02.P145-147
陈冬燕.半刚性基层材料抗裂性能研究[D].长安大学.2005,04.P16-25
廖公云，黄晓明.含泥量对水泥稳定粒料干缩特性的影响[J].公路交通科技.2005年1月.V22，N1.P22-25
徐 宏 ，邓学钧.慢裂型水泥稳定碎石基层材料的设计方法[J]. 公路交通科技.2006年8月.V23，N8.P28-32
周卫峰.水泥稳定碎石混合料配合比的优化[J]. 长安大学学报.2006年1月.V26,N1.P24-28
李文广.水泥稳定碎石矿料级配类型研究[J].公路交通技术.2007年8月.N4.P31-35
王卓娅，刘炜.水泥稳定碎石原材料分析与使用要求[J].2005年12月.V7，N4.P18-20
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：半刚性基层，配合比设计，抗裂性
Abstract: in order to improve the semi-rigid base the anti-cracking ability, semi-rigid gradation design is a key link, this paper, from the raw material of the cement stable macadam selection, of the aggregate gradation, by adding additives, specimens of molding method and evaluation index selection, this paper describes cement-stabilized granular grassroots resistance to mix design problems should be paid attention to.
Keywords: semi-rigid base, mixture design, resistance
中圖分类号：TU525 文献标识码：A 文章编号：
1.前沿
半刚性基层的缺点是抗变形能力差,在温度和湿度变化时发生收缩,易产生开裂,当沥青面层较薄时,易形成反射裂缝,进而严重影响路面的使用性能。因此应该科学地进行材料配合比设计,从而把裂缝减少到最低程度。
在混合料组成设计中, 可通过改善集料级配，使用骨架密实结构矿料级配；减小或控制粉粒含量和塑性指数；增大粗料含量和最大粒径；控制水泥用量和用水量；同时也可以通过掺加膨胀剂对结合料改性等来降低半刚性材料收缩，提高其抗裂性能。在成型方法上，采用振动成型法，可以降低水泥用量，提高抗裂性。
最后通过抗压强度试验和干缩试验综合考虑水泥剂量的选择,既要保证半刚性基层整体材料满足强度要求,又要考虑其干缩和温缩特性,避免结构产生过大的收缩应力和过多的收缩裂缝。
2.从水泥稳定碎石原材料考虑
（1）水泥品种和标号
采用安定性好、标号、终凝时间、不溶物和烧失量符合最新水泥标准规定的32.5#硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及道路硅酸盐水泥(安定性好、性能有保障)。
（2）水泥的初凝和终凝时间
初凝应在3小时以上，终凝时间不小于6小时；且施工中从加水拌和到碾压成型完成的时间(即延迟时间)应小于水泥的初凝时间。
（3）集料最大粒径及压碎值的要求
对于高速和一级公路，最大粒径为26.5mm；二级采用31.5mm；三级及三级以下采用37.5mm。压碎值方面：高速一级≤25%，二级及以下≤30%。对于底基层:高速一级≤30%二级及以下≤35%。
（4）对集料含泥量和针片状颗粒含量的要求
含泥量应控制在0%~1%以内。碎石针片状颗粒含量:高速和一级公路≤15%；二级及二级以下≤20%。
（5）对有机质含量的要求
做基层时，有机质的含量不得超过0.5%。
（6）硫酸盐含量
在选用水泥稳定粒料之前对硫酸盐的含量进行测定,对于硫酸盐含量超过0.25%的石料，不应用水泥稳定。
（7）细集料的影响
0.075mm筛孔通过率宜控制在3%~5%。
3.从集料的级配上考虑
集料的抗裂性配合比设计方法有K法、贝雷法、改进后的n法等方法。
3.1采用 K法进行配合比设计
（1）设计的粗集料的级配应靠拢骨架密实级配，形成骨架结构的石料应该偏粗一些。将4.75mm作为粗细集料的分界点，最大粒径为31.5mm，则计算中控制4.75mm筛孔的通过率为0，K的取值主要结合国内外的研究成果和工程实践经验，上限0.8，下限0.5。
（2）细集料应选用容易密实的连续级配，最大粒径不应大于4.75mm，而且2.36mm～4.75mm的颗粒也不能太多。参照已有研究成果推荐细集料的级配范围见表1。
（3）采用体积法计算水泥稳定碎石骨架密实结构混合料组成。
3.2采用贝雷法等方法进行配合比设计：
研究中借鉴了沥青混合料级配设计的先进理念，使设计出的基层级配能达到嵌挤密实型结构。
关于贝雷法参数的选取，国内文献介绍较多的是CA值处于0.4～0.8之间，Fac值处于0.25～0.5之间，Faf值处于0.25～0.5之间。山东省根据应用的实践，提出将表面层CA值调整为0.22～0.5。事实上最初，美国的研究人员在推荐上述参数时，针对密级配和级配以及不同公称最大尺寸，其参数取值范围也不同，与国内采用的取值范围存在一定差异，表2是贝雷法应用于密级配的参数取值范围。
3.3采用改进后的n法进行配合比设计
在最大密度曲线理论及粒子干涉理论的基础上，提出一种新的间断级配组成计算方法，称之为“改进后的n法”：首先按照n(n建议取为0.6)法，计算出各级粒径的分计筛余之后，再去除4.75~9.5mm的中间料。之所以将4.75~9.5mm档的中间粒径去除，是因为在各尺寸筛孔中，4.75mm和9.5mm是2个非常关键的分界点。9.5mm以上的粗料应当相互嵌挤成骨架，而4.75mm以下的细料则填充骨架间的空隙。但是在传统规范级配中，由于4.75~9mm中间料的存在，使得9.5mm以上的粗料被推开不能相互嵌挤成骨架，4.75mm以下的细料无法填充骨架间的空隙，即
A改进后=A/（1-A4.75）
式中, A改进后、A分别为依据改进后n法与原n法计算得到的分计筛余; A4.75为按原n法计算出4.75mm筛的分计筛余,即4.75~9.5mm的中间料用量。
4.从添加剂上考虑
通过掺加一定比例的粉煤灰，膨胀剂，乳化沥青等添加剂来提高其抗裂性。
（1）采用骨架紧密结构稳定材料并掺加一定量的粉煤灰或膨胀剂，不仅能提高力学性能，同时可以减少温干缩系数，还能显著地提高其抗疲劳和抗冲刷能力。
（2）利用乳化沥青的柔性以降低基层混合料的刚度，同时利用水泥稳定类强度高的特点，既可以使其反射裂缝的几率大大降低，从而提高结构的抗裂性能，又可以确保基层的强度要求。
5.试件成型的方法上考虑
采用振动法优化的水泥稳定碎石混合料可达到强度及抗裂能力同时增加的最优效果只要级配合理，没有必要通过增加水泥用量，牺牲一部分抗裂能力来换取强度的合格。用振动法优化的水泥稳定碎石混合料达到了抗裂能力最佳、水泥剂量少、强度合格及工程造价降低的最佳效果。
振动成型配合比设计方法较好的模拟了压路机的碾压效果, 减少了水泥用量, 提高了抗裂能力, 由此产生的经济效益和社会效益是相当可观的, 该设计方法值得推广。（采用旋转剪切试验机( GTM) 振动成型试件, 这种试验方法较好地模拟了施工现场振动压路机碾压机理）。
6.评价指标的选取
目前评价半刚性基层材料抗裂性指标有：干缩系数，温缩系数，抗裂指数（温度与湿度的综合指标），干缩能抗裂系数（考虑应变，应力综合效应），温缩能抗裂系数等指标。
一般情况下，采用干缩系数和温缩系数，但其没有固定的限制要求，只能横向比较哪种级配的抗裂性强，而不能说明哪种材料的抗裂性满足路用要求。干缩能抗裂系数与温缩能抗裂系数同样存在以上问题，只不過其考虑了半刚性材料收缩是应力和应变综合破坏作的结果。而抗列指数，虽然避免了上述问题，但有待实践的检验，经验因素要求更高。
对已经成型好的试件，通过抗压强度试验和干缩试验等其他试验综合考虑水泥剂量的选择，在保证半刚性基层整体材料满足强度要求下，通过相应的抗裂性评价指标选出抗裂性最好的级配与水泥用量。
7.配合比设计过程中应注意的问题
(1)试件成型时加载应缓慢均匀,加载压力应适中,避免导致粗集料颗粒被压碎,影响试件强度。
(2)混合料装入筒内时应均匀分布较大颗粒，若不均匀可能导致试件出现断层；粗颗粒集中于试筒一侧时在成型过程中容易倾斜;加料时应中间紧两端松,便于成型。
(3)干拌混合料后再加水拌和,这样可以使水泥均布于粒料中。
(4)为防止成型后试件反弹过大，可以在筒口加一块垫片，预压3mm,保证试件高度符合要求，效果较好。
(5)合理掌握脱模时间，加强养生，养生期间失水量对强度影响大。
(7)进行混合料配合比设计确定混合料的水泥用量时，试件不应按击实试验所得的最大干密度制作，而应该按与规定的现场压实度相应的干密度制作。
(8)水泥剂量按干集料的质量百分比计。
(9)养生条件控制极为重要。温度对水泥稳定土的影响很大，原本不合格的材料会因养生温度高而变得合格，反之亦然。
(10)在施工过程中应根据砂砾料天然含水量调整加水量。
8.结论
为了有效的加强半刚性基层的抗裂性，在半刚性基层配合比设计的各个环节都应该注意，本文从水泥稳定碎石原材料选取、集料的级配、掺加添加剂、试件成型的方法、评价指标的选取等方面阐述了水泥稳定粒料基层抗裂性配合比设计的各个要点，为增强半刚性基层的抗裂性提供了一些帮助。
参考文献：
朱云升.半刚性基层材料干缩和温缩特性试验研究[J].公路.N2.2006.02.P145-147
陈冬燕.半刚性基层材料抗裂性能研究[D].长安大学.2005,04.P16-25
廖公云，黄晓明.含泥量对水泥稳定粒料干缩特性的影响[J].公路交通科技.2005年1月.V22，N1.P22-25
徐 宏 ，邓学钧.慢裂型水泥稳定碎石基层材料的设计方法[J]. 公路交通科技.2006年8月.V23，N8.P28-32
周卫峰.水泥稳定碎石混合料配合比的优化[J]. 长安大学学报.2006年1月.V26,N1.P24-28
李文广.水泥稳定碎石矿料级配类型研究[J].公路交通技术.2007年8月.N4.P31-35
王卓娅，刘炜.水泥稳定碎石原材料分析与使用要求[J].2005年12月.V7，N4.P18-20
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。