水泥穩定風積沙基層壓實特性分析

周 磊

(新疆交通規劃勘察設計研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 原材料及試驗設計

1.1 風積沙工程分類

國內研究者多參照規范GB/T50145-2007，采用0.074 mm以下顆粒含量或含泥量作為分類指標，以5%和15%為分界點，將風積沙大致成了細砂、含土細砂和土質細砂3類；對于國外(也門)風積沙，劃分界點與國內存在著差異，反映了不同地區風積沙工程特性的差異性。

工程實踐表明，風積沙中0.075～0.25 mm的細沙粒占大多數，粗顆粒及粉黏粒含量很少。從砂的分類來看，風積沙為級配不良砂；從土的分類來看，屬于粗粒土，位于粗粒土與細粒土的分界處，是一種特殊的細砂土。已有研究表明，隨著細粒(0.074 mm以下顆粒)含量增加，風積沙的塑性逐漸增強，有向細粒土轉變的趨勢。由此可見，風積沙既是一種介于粗粒土與細粒土之間的特殊細砂土，又是一種較為特殊的級配不良砂。

為將新疆地區風積沙進行工程分類，風積沙地區采集兩個沙樣，其中一個沙樣用于室內進行風積沙篩分試驗，分析風積沙的不均勻系數、曲率分析風積沙的不均勻系數、曲率細度模數、0.075 mm以下含量0.15 mm篩孔通過率以及含泥量等指標。

由于新疆地區風積沙樣的0.15 mm篩孔通過率為7%～95%，對風積沙的顆粒組成影響很大；此外，0.15 mm篩孔通過率對風積沙細度模數，即粗細程度影響很大，最終會影響到水泥穩定風積沙的配合比設計和路用性能，因此最終確定將0.15 mm篩孔通過率作為風積沙的分類指標，對新疆地區風積沙進行類別劃分。劃分方法為：取六種風積沙樣的0.15 mm篩孔通過率，計算其平均值為45%；以平均值為基準上下各取15%，即以30%和60%為分界點，將風積沙劃分為A、B、C三類，如圖1所示。

圖1 新疆風積沙分類示意圖

圖中A區域表示A類風積沙，0.15 mm篩孔通過率<30%， 細度模數M為0.9～1.4；B區域表示B類風積沙，0.15 mm篩孔通過率30%～60%，細度模數M為0.5～0.9；C區域表示C類風積沙，0.15 mm篩孔通過率>60%，細度模數M為0～0.5。

1.2 原材料

(1)風積沙

本次對風積沙沙樣進行試驗分析，試驗用風積沙的基本信息見表1。

表1 試驗用風積沙樣的基本信息

(2)水泥

試驗采用的水泥為P·O 42.5緩凝型普通硅酸鹽水泥，依據規范JTG E30-2和GB/T 1346-2011對其各項技術性能進行了檢測，檢測結果見表2，由此可以看出，試驗用水泥的各項技術性能均滿足規范GB 175-2007的要求。

表2 水泥技術性能檢測結果

1.3 試驗設計

針對A、B、C三類風積沙，擬定5%、6%、7%、8%、9%五種水泥摻量，每種配合比預定5個含水率，根據規程JTG E51-2009，采用內摻法成型Ф10.0×12.7 cm圓柱形試件，每組配合成型5個試件，試驗共成型3×5×5×5=375個試件。試件成型時，分5層進行錘擊，每層錘擊27次，擊實試驗方案見表3。

表3 水泥穩定風積沙擊實試驗方案

2 水泥穩定風積沙壓實特性

通過室內重型擊實試驗，各組試件最大干密度和最佳含水量的測試結果如下：

表4 水泥穩定風積沙擊實試驗結果

2.1 水泥摻量對擊實特性的影響

水泥穩定風積沙的最佳含水量與水泥摻量的關系見圖2。

圖2 水泥摻量對最佳含水量的影響

由圖2中試驗結果可以看出，A、B、C三個不同類別的風積沙對應的最佳含水量均隨著水泥摻量的增加有不同程度的增大，這主要是因為水泥比表面積比風積沙大，水泥劑量的增加顯著改變水泥穩定風積沙材料比表面積，因此水泥摻量增加，相應最佳含水量也逐漸增大。

此外，由圖中結果可發現，對于A、B、C三個不同類別的風積沙，水泥劑量對水泥穩定風積沙最佳含水量的影響幅度均很小，同一類沙洋不同水泥摻量的最佳含水量最大差值僅為2.2%。因此，采用不同配合比的水泥穩定風積沙進行現場施工時，可采用最佳含水量的平均值作為控制指標進行施工，既能滿足施工精度要求，又可提高施工效率。

2.2 水泥摻量對最大干密度的影響

水泥穩定風積沙的最大干密度與水泥摻量的關系如圖3所示。

圖3 水泥摻量對最大干密度的影響

由圖3中水泥摻量對最大干密度的影響試驗結果可以看出，不同類別風積沙對應的最大干密度均隨著水泥劑量的增加有不同程度的增大，這主要是由于水泥顆粒較細，在水泥穩定風積沙材料中可以起到填充骨料間隙的作用，從而使內部更加密實。因此，水泥劑量增加，其最大干密度也隨之增大。

此外，由圖中結試驗結果可發現，對于不同類別風積沙，水泥劑量對水泥穩定風積沙最大干密度的影響也均為很小，同一類沙洋不同水泥摻量的最大干密度最大僅僅相差0.1%。因此，當采用不同配合比的水泥穩定風積沙進行現場施工時，可采用最大干密度的平均值作為控制指標進行施工，既能滿足施工精度要求，又可提高施工效率。

2.3 風積沙0.15 mm篩孔通過率對擊實特性的影響

風積沙0.15 mm篩孔通過率是風積沙類別的劃分指標，為了分析其對水泥風積沙材料的最佳含水量和最大干密度的影響，繪制了最佳含水量和最大干密度隨風積沙0.15 mm篩孔通過率的變化規律圖，見圖4與圖5。

圖4 風積沙0.15 mm篩孔通過率對最佳含水量的影響

圖5 風積沙0.15 mm篩孔通過率對最大干密度的影響

由圖4可以看出，風積沙以0.15 mm篩孔通過率作為風積沙類別的劃分指標，對水泥穩定風積沙的最佳含水量影響很大。水泥摻量相同，風積沙0.15 mm篩孔通過率越大，混合料的最佳含水量也越大。例如，以A類風積沙各配合比的最佳含水量平均值ω=9.1%為基準，B類風積沙最佳含水量(ω=10.9%)增加了19.8%，C類風積沙(ω=11.5%)增加了26.4%。其主要原因是風積沙0.15 mm篩孔通過率越大，風積沙顆粒越細，其比表面積越大，吸附水分越多，因此最佳含水量也越大。

由圖5可以看出，風積沙0.15 mm篩孔通過率對水泥風積沙的最大干密度有一定影響；0.15 mm篩孔通過率越大，水泥風積沙的最大干密度越小。例如，以A類風積沙的各配合比的最大干密度平均值ρ=1.885 g·cm為基準，B類風積沙(ρ=1.825 g·cm)減小了3.2%，C類風積沙(ρ=1.765 g·cm)減小了6.4%。其主要原因是風積沙0.15 mm篩孔通過率越大，風積沙顆粒越細，最佳含水量越大，材料中水分就會占用更多的空間，致使材料不易壓實；另外，風積沙顆粒越細，級配越差，水泥漿體的填充作用越弱，也導致了壓實性能的下降，因此其最大干密度就越小。

3 結 語

水泥摻量、風積沙級配對水泥穩定風積沙材料的壓實性能影響程度完全不同，其壓實性能受風積沙級配的影響程度遠大于水泥摻量。水泥的添加增加了水泥穩定風積沙材料比表面積且在混合料中起到填充作用。因此對于同一種沙洋，水泥摻量越高，最佳含水量及最大干密度也就越大。

而風積沙粒徑越集中，顆粒越均勻，結構就越為松散，顆粒間難以形成嵌擠結構。如果風積沙顆粒越細，級配越差，材料中水分就會占用更多的空間，水泥漿體的填充作用越弱，致使材料不易壓實導致壓實性能的下降。