道路工程
作者简介：丁红慧(1973－)，女，江苏海安人，工程硕士，工程师，从事岩土工程试验教学与研究。 丁红慧
(东南大学交通学院，江苏
南京210096)
摘
要：基于适量磷石膏激化石灰－粉煤灰火山灰反应的作用机理，考虑到细碎石集料(＜2.36mm )含量对混合料 力学性能的影响，通过室内试验研究了磷石膏对二灰碎石的改良性能。结果表明，6%P (磷石膏)+6%L (石灰)
+
12%F (粉煤灰)
+76%G (碎石，其中细颗粒P2．36占总混合料8%)的组合配比具有较好的物理力学性能，适量
吹管系数
掺入的磷石膏一定程度上可替代原二灰碎石的部分原材料，且不降低混合料的路用性能，为工业废气磷石膏的资源化利用提供了技术支撑。
关键词：磷石膏；二灰碎石；路面基层；室内试验中图分类号:U41
文献标识码:B
磷石膏是磷酸工业的副产品，据统计我国满负荷
生产时，年排放磷石膏约达0.2ˑ108
t ，利用率不足10%。废弃磷石膏的大量堆放，不仅占用土地资源，而且污染环境。因此，废弃磷石膏的资源化利用，不仅避免了堆放对环境的不利影响，而且将其作为其它材料的替代品，可降低工程造价，对社会可持续发展具有重大意义。目前，国内外对磷石膏的有效利用已开展了一系列研究，尤其针对磷石膏应用于路基的工程特性研究取得了不少成果。研究表明，磷石膏可作为一种火山灰的有效激发剂应用于路基二灰稳定类材料中，适量外掺磷石膏具有促进胶凝物质胶结稳定和钙矾石生成膨
胀填充密实的双重作用，可增强稳定料性能。其中，石灰类稳定剂的掺量一般为6% 10%，磷石膏掺量不宜大于粉煤灰，其比例宜控制在1ʒ1 1ʒ3之间，考虑到激化反应物钙矾石(AFt )的膨胀性，磷石膏最大量宜控制在15%以内。然而，国内研究仍多集中于磷石膏对石灰－粉煤灰或石灰－粉煤灰－粘土混合料改性作用，有关磷石膏改性二灰碎石混合料路用性能的研究相对较少，尤其磷石膏最优掺量的认识仍未统一。据此，本文针对磷石膏在传统二灰碎石路面基层材料中的应用，开展了磷石膏改性二灰碎石混合料的物理力学特性和路用性能试验研究。
1改良思路与试验方案
传统二灰碎石混合料后期强度增长率高、水稳定性好、且施工控制相对简单。但是，作为典型半刚性基层材料，二灰碎石基层存在收缩裂缝、早期强度偏低等问题。磷石膏适量掺入将激发二灰火山灰反应， 提高混合料早强性能；同时生成物膨胀充填作用可有效抑制二灰碎石收缩裂缝。既有研究表明，二灰碎石混合料的组成结构，即无机结合料与碎石集料的配合比，对混合料路用性能也有显著影响。其中，结合料的剂量太低则不能成为半刚性基层；剂量太高则刚度太大，容易开裂，目前集料含量一般取75% 80%，室内强度试验亦表明，细集料(＜2.36mm )含量对二灰碎石基层早期抗压强度亦有较大影响，适量减低细集料含量有利于混合料路用强度的提高与收缩裂缝的抑制。
据此，基于既有室内试验研究成果，考虑磷石膏改性二灰碎石混合料的较优掺量约4% 9%，本文室内试验拟在原二灰碎石混合料中掺入磷石膏6%，并相应降低等量的碎石集料含量；同时，考虑细集料对混合料力学强度的影响，细集料在混合料中的含量分别取5%、8%和12%。室内试验配合比方案见表1所示。其中原材料化学组成见表2，碎石集料颗粒级配如表3所示。分别开展混合料击实试验、无侧限抗压强度试验、水稳和干湿循环试验，且试件均采用 15cm "15cm 试模成型。
表1
室内试验配合比设计
编号
集料/%细集料/混合料/%石灰/%磷石膏/%
粉煤灰/%
Y0808.88012L17656612L27686612L3
76
12
6
6
12
表2试验用原材料化学组成分析
原材料SO3CaO SiO2P2O5Al2O3K2O Fe2O3MgO TiO2LOi Loss 石灰0.7664.4 1.590.010.790.120.497.4324.324.27粉煤灰0.93 2.0944.40.1224.9 1.10 3.100.580.8921.499.8磷石膏36.426.67.27 1.950.560.390.280.170.1226.025.95表3不同配合比方案集料颗粒组成
不同方案
通过下列方筛孔(mm)的质量百分率/%
31.526.5199.5 4.75 2.36 1.180.60.075
Y010097.5583020117.00 3.00 1.50
L110097.5583020 6.58 4.82 3.55 1.39
L210097.558302010.537.71 5.69 2.23
L310097.558302015.7911.568.53 3.34
2改性混合料力学性能
2.1击实性能分析
按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51－2009)所述试验方法，对4组混合料分别进行重型击实，试验结果如表4所示。其中，二灰碎石混合料中(Y0)碎石集料含量最多(80%)，最大干密度最大，且最优含水量最小。同时，磷石膏改性混合料细集料含量与最优含水量，最大干密度之间的关系见图1、图2。可以看出，最优含水量随着细集料含量增加而增加，但最大干密度与细集料含量关系曲线中存在一个峰值点，当细集料含量小于和大于这个临界值是最大干密度减小；当细集料含量为8%时，掺入磷石膏的改性二灰碎石的最大干密度最大。
表4不同配合比最大干密度与最优含水量
编号Y0L1L2L3最优含水量/%8.509.8010.010.50
涡轮泵最大干密度/g·cm－3 2.150 2.070 2.095 2.080 2.2无侧限抗压强度分析
材料的强度是力学性能的主要指标，路面基层材料的强度通常是测定7天的无侧限抗压强度。根据室内不同配合比设计，按最大干密度的98%成型，分别得出标准养护7天和28天后的无侧限抗压强度，试验结果如表5。试验表明，磷石膏改性二灰碎石混合料虽然降低了碎石含量，但7天无侧向抗压强度大于1MPa，满足规范对基层材料的强度要求，且28天强度增长趋势明显，约28% 96%。原二灰碎石混合料无侧向抗压强度相对较高，这与其混合料中碎石颗粒含量(80%)较大有关。此外，考虑到细集料含量、养护时间与方式、成型延迟时间等因素对试件强度的影响，室内试验亦对这些影响因素进行了分析。
表57天/28天无侧限抗压强度
编号混合料配比细料含量/%最优含水量/%最大干密度/
g·cm－3
压实度
抗压强度/MPa
R7
天
R28
天
Y00ʒ8ʒ12ʒ808.88.50 2.15098% 1.926 3.432
L16ʒ6ʒ12ʒ7659.80 2.07098% 1.096 1.403
L26ʒ6ʒ12ʒ76810.00 2.09598% 1.223 2.396
L36ʒ6ʒ12ʒ761210.50 2.08098% 1.399 2.344
(1)细集料含量磷石膏改性二灰碎石混合料中细集料含量对无侧
物质的量
道路工程
限抗压强度有一定影响，如图3所示，7天龄期抗压
强度随着细集料含量的增加呈增大的趋势，而28天
强度随细集料含量的增加先增大后减小。试验表明，
当细集料含量8%时，28天强度增长比较明显。
图3细集料含量与抗压强度关系
(2)养护方式
二灰碎石结构强度和耐久性的形成主要依靠石灰
与粉煤灰中活性物质发生反应而形成的水化硅酸钙、
水化铝酸钙和水化硅铝酸钙等胶凝性化合物。这些反
应是缓慢的，且需要有湿润的环境和较高的温度条
件。考虑到室内养生条件和现场养生条件的差异，分
别对二灰碎石混合料Y0和磷石膏二灰碎石混合料L2
(8%细集料)，进行了室内标准养生和自然养生条件
下的无侧限抗压强度对比分析。其中，自然养生即将
威县仲夷小学试件在室外条件下进行洒水养护，该种养生条件更接
近与现场的养生条件。在自然养生过程中，由于时处
冬季，室外气温较低，因此养生采用覆盖土工布、淋
水的方式，为避免早晚间的冰冻现象，每天在中午室
外温度较高的时候进行洒水，如图4。试验表明，养
护条件对混合料的抗压强度的影响较为明显，室外自
然养护条件下的无侧限抗压强度比室内标准养护条件
下有较大的强度损失，约42% 55%；这主要是由
于自然养生期间室外温度(0ħ左右)远低于室内标
准养护温度(20ħ)，且采用洒水的方式并不能较好
的保证试件养护的湿度要求。因此，在工程实践中宜
避免冬季低温施工，以免影响道路运营寿命。
表6不同养生条件下无侧限抗压强度
编号
7天抗压强度/MPa28天抗压强度/MPa
标养自然损失率/%标养自然损失率/%
Y0 1.9260.99648.3 3.432 1.97342.5
L2 1.2230.64946.9 2.396 1.01253.6
(3)延迟时间
现场施工过程中无机结合料拌和到压实成型一般
需要一些时间，然而研究表明，延迟时间对传统二灰
图4室外自然养护试件
三诺h222稳定碎石类混合料的强度是不利的，随着延迟时间的
增长，二灰碎石强度下降，下降速率在延迟时间24
48h为最大；延迟1天，二灰碎石7天强度下降
5% 15%，延迟2天，7天强度下降约20% 45%。
据此，室内分别对延时3h、12h和48h的试样进行了
小额贷款公司改制设立村镇银行暂行规定
无侧限抗压强度试验，即在室内混合料拌和好后，分
别隔3h、12h和48h后在进行室内试样成型，试验结
果如表7。磷石膏改性二灰碎石混合料延迟时间在
12h以内时对其抗压强度的影响并不明显，但当延迟
时间48h后，抗压强度大幅度降低，延迟时间由12h
推迟到48h时，磷石膏改性混合料(L2)7天和28
天抗压强度分别降低约9%和20.6%，明显小于二灰
碎石混合料延时强度降低率17%、30.1%。
表7试样延迟成型时间的影响
编号混合料配比
7天抗压强度/MPa28天抗压强度/MPa
3h12h48h3h12h48h
Y00ʒ8ʒ12ʒ80 1.861 1.926 1.592 3.838 3.432 2.398
L26ʒ6ʒ12ʒ76 1.205 1.223 1.108 2.418 2.396 1.901
3路用性能试验分析
路面环境下，基层受到地下水的渗透，浸泡和车
辆经过时压力水的冲刷，温度和湿度变化引起的干湿
循环等一系列破坏。据此，通过室内试验对磷石膏改
性二灰碎石基层材料的耐水性能和干湿循环性能进行
了分析。
3.1水稳定性
目前，在工程实践中并没有一定的路面基层耐水
性行业标准，既有研究亦是通过自行设计浸水状态进
行室内强度试验分析。本文将无侧限抗压强度标准试
件标养7天后开始浸水，待浸水21天后进行无侧限
抗压强度试验，并与28天标养无侧限抗压强度对比，
以此来评价磷石膏改性混合料的水稳定性能，试验结
果如图5、图6。
试验表明，浸水后试件质量损失相对较低，约2% 4.5%；但强度损失率相对较高，约20% 35%，说明浸水对基层材料的抗压强度具有较大的影响。其中，L 1的强度损失率最大，高达37.1%;L 2强度损失率相对较小，约19.2%，可见细集料含量的差别对浸水强度损失有一定的影响，细集料含量8%时强度损失率相对较低。3.2
干湿循环稳定性能
路面基层往往会处于干湿交替变化状态，其中的水分不断变化，引起混合料中亲水性强的土粒膨胀或收缩，产生了干湿应力，破坏了混合料的整体结构，致使其强度和重量降低，影响了工程的正常使用和寿命。因此，耐干湿循环能力是指其抵抗自然环境中水分变化产生破坏的能力，是半刚性基层材料耐久性最重要指标之一。
目前，基层材料的干湿循环试验方法还没有统一的试验规程，多根据室内试验条件或材料应用状态来选取。如试件烘干温度一般为60 80ħ(美国规范采用60ħ)，干燥或浸水时间采用5h 或1天为一个循环。本文拟将无侧限强度试验标准试件标准养护7天后，浸水1天称重，并置于60ħ温控箱内烘12h 后(称重)，再次浸水1天为1个干湿循环;6次干湿循
环后进行无侧限抗压强度试验，并与标养28天抗压强度进行对比，试验结果如图7、图8。试验表明，干湿循环试件的质量损失率较小，一般约1.5% 2.2%，同时强度有一定的增加。其中，二灰碎石混合料Y0、磷石膏改性二灰碎石混合料L 2的强度增长了50% 60%，说明温度较高时有利于试件强度的增长，这亦与既有研究成果相一致。由此可见，磷石膏改性二灰碎石的干湿循环稳定性能较好。
4结语
基于磷石膏激化石灰－粉煤灰火山灰反应的作用机理，本文结合既有二灰碎石混合料，通过掺入适量磷石膏(6%)，适当降低了原配合比中碎石和石灰含量，并利用室内试验对该磷石膏改性混合料的物理力学性能进行了分析，得出如下结论:
(1)与原二灰碎石相比，磷石膏改性混合料强度相对偏低，但其7天无侧限抗压强度约1.1 1.4MPa ，满足规范路用要求，说明采用适量磷石膏适当降低碎石与石灰含量的改良方案可行，并为磷石膏的资源化利用提供技术支撑。
(2)细集料(＜2.36mm )含量、养护方式和延迟时间对混合料抗压强度有影响，28天抗压强度随细集料增加先增大后降低，细集料8%时，抗压强度
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道路工程
质量方面：小磨高速公路建设质量严格受控于总监理工程师负责的三级监理管理体系、指挥部管理体系、施工方管理体系、社会质量监督管理体系4道质量体系防火墙下。为确保环保、水保工程质量及典型示范工程效果，实行了各方分级专人负责制。
工程造价方面：重视全面造价管理；严格合同管理；加强变更管理并坚持现场“四方会签”制。
3.2.4依靠科技，创新管理
在项目建设过程中，针对施工中的一些难点问题，紧紧围绕公路隧道太阳能照明、自然生态环境保护、和谐交通安全保障技术、典型示范公路项目管理与投资控制等课题，与科研机构合作，积极开展科技攻关，并把艺术与美学理念进一步引入了公路建设。
4典型示范后的启示
(1)人是属于自然的，人工的一切皆源于自然，尊重自然就必须融入自然；自然与自然的社会人文是美丽的，尊重自然的社会人文就必须融入自然的社会人文中。不同的思想与理念必然导致不同的“适”与不“适”，“适”者生存、“适”者和谐，和谐自然，和谐天地。正所谓是“理念是先导、设计是灵魂、施工是关键、管理是保障”。
(2)在社会主义大家庭的背景下，各民族兄弟团结一心共同建设社会主义的高等级公路依然热情高涨，在社会主义大家庭文化感召下，各民族兄弟其乐融融，对前景充满希望。
(3)领导重视，依靠人民，没有办不到的事。
(4)公路路面设计使用年限与占用万年空间资源年限不协调，应及早研发便捷新材料或寻对策来缩短两者间的差距。
参考文献:
［1］刘伊生，主编．工程造价管理基础理论及相关法规．中国计划出版社，
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸
2007．
(上接第105页)
最大；延迟时间在12h以内时对抗压强度的影响不明显，压实延迟时间宜控制在12h以内。
(3)磷石膏改性混合料浸水后强度损失率约19.2%，小于二灰碎石浸水强度损失率(24.1%)，耐水性能相对优于传统二灰碎石；且干湿循环后的强度普遍大于28天标养无侧限抗压强度，约6% 45%，说明磷石膏改性二灰碎石的干湿循环稳定性能较好。
参考文献:
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