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摘 要：本文以水泥稳定粒料的收缩性能为研究对象，为了更准确地验证水泥稳定粒料的收缩性能，首先阐述了水泥稳定粒料的特点，并结合温缩机理，通过收缩试验得出养生和使用龄期不同对温缩和干缩应变的主、次地位的影响规律。一般情况下水泥稳定粒料混合料的干缩应变更大，因此在冻土地区基层施工中，应注重加强质量控制，提高其路用性能。
关键词：水泥稳定粒料;质量控制;特点
中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）08-0000-00
1 温缩机理
在混合料内，对其温缩特性起决定作用的因素主要有2个，其一，自由水，根据冰点温度划分，可以分为重力水和毛细水，重力水结冰温度为0℃，而毛细水则在0℃以下。其二，結合水，主要分为强结合水和弱结合水两大类，当受到的引力不断增加时，结合水的冰点将随之下降。一般在-0.5℃时，弱结合水的外层便可冻结，与土粒表面越接近，则其冰点越低。在-20～-30℃之间，弱结合水能够完全冻结。但相比之下，即便是在-78℃时强结合水依旧无法结冰。一般来讲，水泥稳定粒料的温缩过程大致分为3个阶段，各个阶段收缩情况均存在一定差异，究其原因是在于混合料内水分的不同[1]。具体如下：
（1）第一阶段：温度在0℃以上。据相关研究表明，在该阶段水泥稳定粒料混合料的应变和温度呈线性关系，试件的冻缩系数基本与常数相近，在此温度区间，试件内的自由水、结合水基本上不会产生任何改变，由此表明，在此阶段对于试件的收缩性能水分不会造成任何影响，仅会出现固体物质热胀冷缩反应。
（2）第二阶段：温度在0～-20℃之间。一旦温度下降到0℃，首先冻结的是自由水，其从液态变为冰晶体，这种情况下，体积膨胀，将促使试件伸长。除此之外，伴随温度的不断降低，弱结合水最外层也将逐渐结冰，进一步扩大冰晶体，促使附近土颗粒的结合水膜厚度减小，加大颗粒之间的引力，此时试件发生收缩变化。在这一阶段，两方面的胀缩基本处于平衡状态，因此，试件的收缩基本上和第一阶段保持一致。
伴随温度的持续下降，弱结合水冻结程度加重，内部逐步冻结，与此同时，附近土粒的结合水膜厚度仍然呈下降趋势，并有较大吸引力出现在颗粒之间。此时，自由水冻胀已完成，试件只受收缩力，并出现迅速收缩现象，随之收缩系数剧增。相比第一阶段，此环节收缩系数可达到1.5倍左右。
（3）第三阶段：温度在-20℃以下。进入第三阶段之后，结合水已经全部冻结，并逐步向更深层扩展，且难度越来越大，温缩变形速度开始变慢，温缩系数增长速度也大幅减小。但在结合水作用下，相比常温条件下，混合料的温宿系数仍远远高出很多。相比第一阶段，混合料在第二、第三阶段的应变和温度关系已产生变化。通过上述分析可见，造成混合料温宿系数急骤变化的主要因素在于结合水的作用。
2 收缩试验与分析
为了进一步验证水泥稳定粒料的收缩性能，本文选取多年冻土的高原地区，进行收缩试验研究。根据试验规定，结合现场实际情况，将试验场设置在完成铺筑的试验段基层上，在环境温度、湿度变化的情况下，连续不间断地观测基层的收缩情况，通过试验观测，可以获取温度收缩和干燥收缩的综合效应。
选取一段较小坡度段作为试验段，本路段基层施工结束1月有余，首先，挖开完成铺筑的路面一侧，将基层侧面露出;随后均匀涂抹一层薄薄的水泥浆，做好补平处理;其次，待水泥浆干燥程度达到试验要求后，通过砂布进行打磨、清理;然后，将应变片贴在中间部位;最后，采用塑料布覆盖试验段，避免受到雨水影响。
试验检测时间定在2个阶段，其一，未铺筑沥青混凝土面层的7月中旬;其二，沥青混凝土面层已覆盖完成的8月初期。在此时期，本地区白天气温多在15～30℃，具有较高的平均温度，但昼夜温差相对较大，夜间温度甚至在0℃以下。因此在检测时，选取具有代表性的时间段，对基层一昼夜的应变情况进行测定与分析。
通过观测可知，在面层铺筑前后，基层的应变变化规律基本上类似，在一天内，基层应变值并没有出现严重凸出情况，变化呈平缓趋势。但也发现，有7～8h内存在较大应变波动，甚至有膨胀和收缩峰值产生。
相比面层，基层在铺筑后其收缩程度更大，两者最大差值可达到1000多微应变，与此同时，在上述情况下，应变最大值发生的时间也不相同。如，面层铺筑前，最大应变值发生在一天当中的8～13点。而面层铺筑之后，最大应变值发生在一天当中的凌晨3～5点之间。
为了更好地分析应变情况，本文以试验期间本地区温度变化情况作为参照。观测发现，温度变化最大的时间主要集中在一天当中的6～12点之间。
经试验检测发现，当基层在空气中裸露时，基层应变变化较大的时间和温度变化较大的时间基本相同，这表明外界气温对基层影响大。但是，当基层被覆盖之后，外界温度、湿度变化对基层应变的影响大幅下降，且存在很大延迟性。除此之外，由于基层内部水分散发难度较大，温度具有较小变化情况，因此将大大减小基层的收缩应变。上述问题的存在，均会导致基层总体收缩的下降。
通过以上分析可知，试验当中，当基层完工之后，进入初步养生阶段时，其内部仍含有大量水分，同时还没有被沥青面层封闭。为了满足基层内部水分蒸发需求，此阶段收缩主要源于基层内部水分散失，收缩作用表现为“干缩为主，温缩为辅”;在面层铺筑之后，基层水分散发作用减弱，温度变化成为了收缩的主要因素，所以此阶段收缩以温缩为主。整体来讲，在多年冻土环境下，伴随温度的下降与温差的增大，水泥稳定粒料混合料收缩应变将随之增加。随环境的变化，温缩和干缩均会表现出一定的规定性，但养生和使用龄期不同，两种应变的主、次关系将发生变化，一般来讲干缩应变更大。为了更好地控制水泥稳定粒料收缩性能，还需做好质量控制工作。
3 水泥稳定粒料质量控制措施
3.1 基层材料选择
在选择基层材料时，必须满足现行规定要求，比如，集料应尽可能选择含有较少细粒粘土，且弹性模量较高的材料。若集料内含有大量细粒粘土，则混合料的收缩应变将越大。
3.2 混合料级配
在满足规范要求的前提下，必须严控混合料级配。为了降低水稳基层收缩开裂的机率，必须做好细料粒径的控制工作，只有保证级配合理，才能有效改善混合料收缩性能。
3.3 水泥剂量
一般来讲，混合料内水泥用量增加，则其收缩性能也将随之增加，因此，在基层混合料抗压强度满足规定要求的情况下，应尽可能使用最小水泥剂量，可控制在5%～6%之间。
3.4 外加剂使用
合理使用各类外加剂，有利于降低水泥稳定粒料的收缩系数，并抑制基层开裂，减少裂缝数量。因此，在多年冻土环境下，要合理利用抗冻剂等外加剂，有效提升基层材料强度及抗温缩能力。
4 结语
综上所述，随着交通量和汽车载重量的不断增长，对路面质量提出了更高要求。水泥稳定粒料是一种常见的公路基层材料，具有强度大、刚度高、稳定性好等优点，在我国公路建设当中得到了广泛应用。然而，由于此类材料抗变形能力不足，在温度或湿度变化过程中极易出现开裂问题，尤其是冻土地区，水泥稳定粒料混合料的病害更为显著。本文在大量试验研究成果的基础上，通过干缩试验，分析了多年冻土地区特殊环境下水泥稳定粒料的收缩情况，并提出了相应的质量控制措施，以期为相关研究提供参考。
参考文献
[1]庞小勇，付艳.公路水泥稳定碎石层试验检测技术的应用分析[J].黑龙江交通科技，2020，43（5）：64-65.
收稿日期：2020-07-04
作者简介：马宏涛（1974—），男，河南宜阳人，大专，工程师，研究方向：工程施工管理及检测。
关键词：水泥稳定粒料;质量控制;特点
中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2020）08-0000-00
1 温缩机理
在混合料内，对其温缩特性起决定作用的因素主要有2个，其一，自由水，根据冰点温度划分，可以分为重力水和毛细水，重力水结冰温度为0℃，而毛细水则在0℃以下。其二，結合水，主要分为强结合水和弱结合水两大类，当受到的引力不断增加时，结合水的冰点将随之下降。一般在-0.5℃时，弱结合水的外层便可冻结，与土粒表面越接近，则其冰点越低。在-20～-30℃之间，弱结合水能够完全冻结。但相比之下，即便是在-78℃时强结合水依旧无法结冰。一般来讲，水泥稳定粒料的温缩过程大致分为3个阶段，各个阶段收缩情况均存在一定差异，究其原因是在于混合料内水分的不同[1]。具体如下：
（1）第一阶段：温度在0℃以上。据相关研究表明，在该阶段水泥稳定粒料混合料的应变和温度呈线性关系，试件的冻缩系数基本与常数相近，在此温度区间，试件内的自由水、结合水基本上不会产生任何改变，由此表明，在此阶段对于试件的收缩性能水分不会造成任何影响，仅会出现固体物质热胀冷缩反应。
（2）第二阶段：温度在0～-20℃之间。一旦温度下降到0℃，首先冻结的是自由水，其从液态变为冰晶体，这种情况下，体积膨胀，将促使试件伸长。除此之外，伴随温度的不断降低，弱结合水最外层也将逐渐结冰，进一步扩大冰晶体，促使附近土颗粒的结合水膜厚度减小，加大颗粒之间的引力，此时试件发生收缩变化。在这一阶段，两方面的胀缩基本处于平衡状态，因此，试件的收缩基本上和第一阶段保持一致。
伴随温度的持续下降，弱结合水冻结程度加重，内部逐步冻结，与此同时，附近土粒的结合水膜厚度仍然呈下降趋势，并有较大吸引力出现在颗粒之间。此时，自由水冻胀已完成，试件只受收缩力，并出现迅速收缩现象，随之收缩系数剧增。相比第一阶段，此环节收缩系数可达到1.5倍左右。
（3）第三阶段：温度在-20℃以下。进入第三阶段之后，结合水已经全部冻结，并逐步向更深层扩展，且难度越来越大，温缩变形速度开始变慢，温缩系数增长速度也大幅减小。但在结合水作用下，相比常温条件下，混合料的温宿系数仍远远高出很多。相比第一阶段，混合料在第二、第三阶段的应变和温度关系已产生变化。通过上述分析可见，造成混合料温宿系数急骤变化的主要因素在于结合水的作用。
2 收缩试验与分析
为了进一步验证水泥稳定粒料的收缩性能，本文选取多年冻土的高原地区，进行收缩试验研究。根据试验规定，结合现场实际情况，将试验场设置在完成铺筑的试验段基层上，在环境温度、湿度变化的情况下，连续不间断地观测基层的收缩情况，通过试验观测，可以获取温度收缩和干燥收缩的综合效应。
选取一段较小坡度段作为试验段，本路段基层施工结束1月有余，首先，挖开完成铺筑的路面一侧，将基层侧面露出;随后均匀涂抹一层薄薄的水泥浆，做好补平处理;其次，待水泥浆干燥程度达到试验要求后，通过砂布进行打磨、清理;然后，将应变片贴在中间部位;最后，采用塑料布覆盖试验段，避免受到雨水影响。
试验检测时间定在2个阶段，其一，未铺筑沥青混凝土面层的7月中旬;其二，沥青混凝土面层已覆盖完成的8月初期。在此时期，本地区白天气温多在15～30℃，具有较高的平均温度，但昼夜温差相对较大，夜间温度甚至在0℃以下。因此在检测时，选取具有代表性的时间段，对基层一昼夜的应变情况进行测定与分析。
通过观测可知，在面层铺筑前后，基层的应变变化规律基本上类似，在一天内，基层应变值并没有出现严重凸出情况，变化呈平缓趋势。但也发现，有7～8h内存在较大应变波动，甚至有膨胀和收缩峰值产生。
相比面层，基层在铺筑后其收缩程度更大，两者最大差值可达到1000多微应变，与此同时，在上述情况下，应变最大值发生的时间也不相同。如，面层铺筑前，最大应变值发生在一天当中的8～13点。而面层铺筑之后，最大应变值发生在一天当中的凌晨3～5点之间。
为了更好地分析应变情况，本文以试验期间本地区温度变化情况作为参照。观测发现，温度变化最大的时间主要集中在一天当中的6～12点之间。
经试验检测发现，当基层在空气中裸露时，基层应变变化较大的时间和温度变化较大的时间基本相同，这表明外界气温对基层影响大。但是，当基层被覆盖之后，外界温度、湿度变化对基层应变的影响大幅下降，且存在很大延迟性。除此之外，由于基层内部水分散发难度较大，温度具有较小变化情况，因此将大大减小基层的收缩应变。上述问题的存在，均会导致基层总体收缩的下降。
通过以上分析可知，试验当中，当基层完工之后，进入初步养生阶段时，其内部仍含有大量水分，同时还没有被沥青面层封闭。为了满足基层内部水分蒸发需求，此阶段收缩主要源于基层内部水分散失，收缩作用表现为“干缩为主，温缩为辅”;在面层铺筑之后，基层水分散发作用减弱，温度变化成为了收缩的主要因素，所以此阶段收缩以温缩为主。整体来讲，在多年冻土环境下，伴随温度的下降与温差的增大，水泥稳定粒料混合料收缩应变将随之增加。随环境的变化，温缩和干缩均会表现出一定的规定性，但养生和使用龄期不同，两种应变的主、次关系将发生变化，一般来讲干缩应变更大。为了更好地控制水泥稳定粒料收缩性能，还需做好质量控制工作。
3 水泥稳定粒料质量控制措施
3.1 基层材料选择
在选择基层材料时，必须满足现行规定要求，比如，集料应尽可能选择含有较少细粒粘土，且弹性模量较高的材料。若集料内含有大量细粒粘土，则混合料的收缩应变将越大。
3.2 混合料级配
在满足规范要求的前提下，必须严控混合料级配。为了降低水稳基层收缩开裂的机率，必须做好细料粒径的控制工作，只有保证级配合理，才能有效改善混合料收缩性能。
3.3 水泥剂量
一般来讲，混合料内水泥用量增加，则其收缩性能也将随之增加，因此，在基层混合料抗压强度满足规定要求的情况下，应尽可能使用最小水泥剂量，可控制在5%～6%之间。
3.4 外加剂使用
合理使用各类外加剂，有利于降低水泥稳定粒料的收缩系数，并抑制基层开裂，减少裂缝数量。因此，在多年冻土环境下，要合理利用抗冻剂等外加剂，有效提升基层材料强度及抗温缩能力。
4 结语
综上所述，随着交通量和汽车载重量的不断增长，对路面质量提出了更高要求。水泥稳定粒料是一种常见的公路基层材料，具有强度大、刚度高、稳定性好等优点，在我国公路建设当中得到了广泛应用。然而，由于此类材料抗变形能力不足，在温度或湿度变化过程中极易出现开裂问题，尤其是冻土地区，水泥稳定粒料混合料的病害更为显著。本文在大量试验研究成果的基础上，通过干缩试验，分析了多年冻土地区特殊环境下水泥稳定粒料的收缩情况，并提出了相应的质量控制措施，以期为相关研究提供参考。
参考文献
[1]庞小勇，付艳.公路水泥稳定碎石层试验检测技术的应用分析[J].黑龙江交通科技，2020，43（5）：64-65.
收稿日期：2020-07-04
作者简介：马宏涛（1974—），男，河南宜阳人，大专，工程师，研究方向：工程施工管理及检测。