文章来源：微信公众号”沥青路面”
云南地处祖国西南边陲，尽管石料储量丰富，但受复杂地质、地貌的影响，仍有一些地区缺乏性能符合规范技术要求的石料。如腾冲至陇川、红河至南沙等多条二级公路，其周边地区石灰岩储量少、单价高，若按传统方式仍采用石灰岩进行水稳基层的铺筑，建设成本较大。但这些路线周边河流众多，如珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江等水系，其河滩料产量大，价格低廉。在石灰岩缺乏、河滩料丰富的地区，通过选材、集料加工(筛分、机轧、掺配)、配合比设计等技术措施，研究河滩料路用性能，就地取材将其用于路面基层，可以大幅减少原材料开挖和运输成本，有效利用当地资源，起到节约投资、减少工期、保护环境的作用。如何在保证路面使用性能的前提下就地取材将机轧河滩料用于水泥稳定基层是十分重要的课题。
云南河滩料分布状况与工程性质调查
河滩料是水系上游破碎岩石经过长期水流的冲刷、搬运、沉积等复杂作用形成的，不同地区的河滩料组成(粒径、岩类等)往往有较大的不同。云南省境内分布有6大主要的江河流域，有大量河滩料分布的地点调查了75处，调查结果显示，绝大部分河滩料工程性质优良，经过一定措施处理，均可以用于公路水泥稳定碎石基层。河滩料矿物组成较为复杂，且随取样地点不同会有较大差异。既包括酸性的花岗岩和流纹岩，也包括中性的闪长岩、安山岩和正长岩，当混合料对石料岩性较为敏感时，则不宜选用河滩料，以避免出现工程质量事故。研究发现，河滩料石料在密度和吸水率指标上存在较大差异，尤其是细集料，在实践中须特别注意河滩料中的细集料特性(塑性指数、含泥量)，充分考虑其对混合料路用性能的影响。
河滩料用于水泥稳定基层的集料加工工艺
结合河滩料组成复杂，粒径不一(漂石、卵石、砾石、砂、粉(粘)粒)、砂砾石居多的特点，合理组合轧石机械，设置筛孔，本着综合利用、全面利用的原则对河滩料粒径进行分类。对分类的河滩料研究与之适应的轧石机械、轧石流程、成品质量以及机械磨耗损失等，指出当前石料加工中的不足之处，通过查找国内外的相关石料加工工艺资料，走访集料生产厂商和现场加工设备生产的石料的质量情况，综合考虑、论证后，确定云南河滩料加工选材的生产线，并通过依托工程实施。在工序增加不复杂，成本增加不多的前提下，生产出符合中、高级路面水稳层使用要求的集料，符合节能、环保的社会要求。
通过预筛分、调整筛网、机轧、再筛分的加工工艺，利用河滩料可以生产出各种规格的符合要求的砂石料，用于水泥稳定基层及其它混凝土工程。腾冲至陇川二级公路依托工程加工工艺基本流程如下:
(1)预筛分(并冲洗):天然河滩料通过预筛分(在筛分时配备冲洗装置)，将粒径小于31.5mm的河滩料分档堆放，作为河滩料成品的一部分。(2)机轧:将粒径大于31.5mm的河滩料进行破碎。(3)二次筛分:粒径大于31.5mm的河滩料进行破碎后，通过二次筛分，将粒径小于31.5mm的河滩料分档堆放，作为河滩料成品的一部分。对于粒径大于31.5mm的河滩料送回再次机轧。(4)掺配:根据使用要求，将河滩料未破碎的和已破碎的两部分按比例掺配使用或单独使用。
对于河滩料，采用“预筛分+反击式破碎+二次筛分+掺配”的碎石加工工艺，不仅可以提高河滩料的生产效率，还可以减少粗集料浑圆状、针片状颗粒含量，提高河滩料成品料的洁净程度，解决细集料含泥量和粗集料棱角性的问题。
河滩料粗集料棱角性、技术指标及要求
棱角性及破碎面影响试验
粗集料中浑圆状粒料含量过多会使粗集料在形成骨架时内摩擦角减少，进而影响混合料骨架的稳定性。同时，浑圆状颗粒表面圆滑，不利于其与水泥胶浆的粘结，会削弱混合料的内粘聚强度。取完全破碎的河滩料(不带圆弧面)和未经破碎的河滩料(仅通过筛分，带有圆弧面)进行掺配，研究集料中圆弧面比例分别为30%、50%、70%和100%时的水稳混合料的强度(抗压、抗拉)、刚度(90天抗压弹性模量)、收缩特性(抗开裂性能)，研究集料外形特征(棱角性、破碎面)对水稳混合料路用性能的影响，进而提出集料棱角性(针片状、圆弧面颗粒含量)控制指标。试验结果表明，对用于水泥稳定碎石基层的河滩料，粗集料浑圆状颗粒含量宜控制在30%以内，针片状宜控制在10%以内。
粗集料棱角性的试验方法
(1)松装空隙率法:不同规格的粗集料松装密度试验结果具有较好的稳定性，表明采用松装空隙率试验可以表征粗集料的棱角性特征。试验结果表明，破碎石灰岩单粒级碎石的松装空隙率为52.5%～55.4%，破碎玄武岩单粒级碎石的松装空隙率为54.5%～56.1%，河滩料单粒级碎石的松装空隙率为44.5%～48.2%。
(2)流动时间法:用流动时间法测定粗集料的棱角性具有良好的稳定性，可以采用流动时间法测试不同粗集料的棱角性。采用课题组自制的流动时间测试仪测得的玄武岩粗集料流动时间平均值为6.3s;石灰岩粗集料流动时间平均值为5.8s;100%破碎的河滩料流动时间平均值为5.2s;天然河滩料流动时间平均值为3.3s。随着破碎颗粒含量的增加，流动时间随之增加。破碎颗粒含量为100%的粗集料流动时间是破碎颗粒含量为0%的粗集料流动时间的1.6倍，有较好的区分度。
河滩料技术指标及要求
从试验结果来看，河滩料中浑圆状颗粒含量对于松装空隙率和流动时间均有显著影响。随着浑圆状颗粒含量增加，松装空隙率呈减少趋势，当浑圆状颗粒含量超过30%之后，减少趋势有所减缓。对着浑圆状颗粒含量增加，流动时间逐渐减少，当浑圆状颗粒含量超过30%之后，流动时间减少趋势更加明显。最后基于大量实验结果，提出了适用于河滩料粗集料的棱角性测试方法、技术指标及标准。
水泥稳定河滩料基层级配设计
根据混合料中粗、细集料(以4.75mm筛孔为界限)的分布状况可将其结构划分为悬浮密实、骨架密实和骨架空隙3种类型，混合料的结构类型对其路用性能有决定性的影响。理想的级配应该形成最小的空隙率即达到最大的密实度和较大的摩擦阻力。从粒径搭配的角度来讲，各级颗粒在集料排列中应互相嵌挤又互不干涉，从而形成紧密多级的空间网络结构。此时，骨料之间具有最大的摩阻力。粗集料棱角性对于水稳混合料无侧限抗压强度有一定影响。试验表明，粗集料骨架空隙在40%～50%之间是适宜的，宜控制在45%左右，这样既能保证粗集料骨架状态的稳定性，还能有足够的空间以容纳足够多的胶结料，确保混合料的内粘聚力。
采用3档云南机轧河滩料、6档掺配比例按照逐级填充振动成型压实法合成级配，步骤如下:
(1)第一级填充:将粒径26.5～19mm的粒级粒料按照不同的比例加入31.5～26.5mm的粒级粒料中，考察其振实密度数值的变化，确定26.5～19mm的粒级粒料最佳掺配比例。(2)第二级填充:将19～9.5mm粒级粒料加入由31.5～26.5mm和26.5～19mm粒级粒料组成的混合料中，确定粒径19～9.5mm粒级粒料最佳掺配比例。(3)第三级填充:将9.5～4.75mm粒级粒料加入由第三级填充得到的最佳掺配比例混合料中，确定9.5～4.75mm粒级粒料的最佳掺配比例。(4)第四级填充:将细集料按照不同的比例加入到粗集料中振动压实。
根据试验结果，采用贝雷法对水稳河滩料级配进行分析和计算，提出水稳河滩料的推荐级配范围。
水泥稳定河滩料基层路用性能研究成果
(1)当集料压碎值为28%时，振动成型前后，混合料级配会发生较大改变。其中，19mm和26.5mm筛的通过率分别增加了8.3%、7.7%，均超出了施工质量控制范围要求;4.75mm和2.36mm筛通过率也都超出了5%的施工质量控制范围要求。表明，对于水稳碎石而言，集料压碎值不宜超过28%。建议，水稳河滩料，粗集料压碎值一般不宜大于26%。
(2)粗集料棱角性对于水稳混合料劈裂强度有一定影响。但水泥剂量对混合料劈裂强度的影响是显著的。河滩料中浑圆状颗粒含量对劈裂强度的影响较针片状含量的影响要大。含30%浑圆状颗粒的粗集料与全部破碎的粗集料，其劈裂强度相差不大。因此，就劈裂强度而言，应限制河滩料中粗集料浑圆状颗粒的含量不宜超过30%。
(3)含有20%的浑圆状颗粒，松(振)装空隙率居中，其混合料无侧限抗压强度相对最大。试验表明，全部破碎颗粒中混入20%的浑圆状颗粒可以有效减少松(振)装空隙率和针片状含量，对于混合料无侧限抗压强度的提高是有利的。
(4)骨架密实型混合料相对于空隙型和悬浮型混合料有更好抗拉强度，抗拉裂性能更好。当细集料含量为6.6%时，试件在养生7d后即开始出现微裂纹，混合料收缩较大。其次，在同等水泥用量的情况下，细集料含量越高，骨料比表面积越大，水泥胶浆中有效胶结成分(水泥)所占的比例相对越小，因此，表现为强度相对较低。从混合料强度及收缩开裂角度考虑，应该限制水稳混合料中细集料含量，建议0.075mm通过率不宜超过4.5%。级配对于水稳材料的抗压强度存在显著影响，对混合料干缩性能也有较大影响。其中，粗级配的混合料具有相对较小的干缩系数。而细集料含量越多，混合料失水速率越慢，但最终失水率越大;细集料含量越多，其对应的干缩系数也越大。级配对最终的干缩应变影响不大，但会造成失水率的不同，而失水率的差异是造成干缩系数(干缩应力)差异的主要原因。细集料含量越多，干缩系数越大，相应的干缩应力也就越大，也就越容易干缩开裂。
(5)随着温度的降低，水稳河滩料的温缩应变增量逐渐减少。当温度进入0～－5℃区间时，温缩系数达到最小;当温度在25℃附近时，随着温度的下降，温缩系数变化率最大。对于水稳材料而言，其温缩敏感区对应的温度区间为25～30℃，在这一温度区间内，随着温度的下降，水稳混合料会出现较大的温缩变形。对应的在0℃附近，温缩变形相对最小。粗集料棱角性对温缩系数有一定影响，但影响不大。对于河滩料，粗集料中浑圆状颗粒的存在，对于温缩变形是不利的。通过温缩试验，测得了不同棱角性的水稳河滩料的温缩系数，对于水稳河滩料，其平均温缩系数介于55.5με/℃～63.1με/℃，最大温缩系数介于80.4με/℃～87.2με/℃。降温速率对水稳混合料的温缩系数影响显著。随着降温速率的增加，温缩系数呈线性增长，降温速率每分钟增加1℃，温缩系数增加约50%。表明温度骤降或是降温幅度过大，水稳材料越容易出现温缩开裂。
(6)水稳河滩料的干缩拐点失水率为2%～2.5%。集料中浑圆状颗粒含量越多，其干缩系数拐点失水率越小;混合料骨架空隙越大，拐点失水率也越大。当失水率超过拐点失水率之后，混合料的干缩变形趋于稳定。随着时间和失水量的增加，混合料总的干缩应变逐渐增大。在开始的7d之内，干缩应变增长较快，在后期趋于缓慢增长;对于总干缩系数而言，在5d之前，随着时间和失水量的增加，干缩系数迅速增大，一般在5d至7d之间，干缩系数会出现峰值。超过7d之后，随着时间和失水量的进一步增加，干缩系数有略微减小，并最终趋于稳定。水稳河滩料的最大干缩系数出现在第5～7天之间，这表明在这一时间段内，水稳层内部可能出现干缩应力峰值，混合料最容易出现开裂。此外，粗集料中含有较多浑圆状颗粒，会使混合料在某个时间段内出现较大的干缩变形。
(7)养生时间会对混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度产生较大影响。在7d养生期内，混合料的无侧限抗压强度和平均劈裂强度随时间的推移而迅速增长;而在7d养生期过后，虽然强度仍有所增加，但是相对其前期来说增速缓慢。因此，7d养生龄期对混合料的强度至关重要。不同养生方式所得到的混合料无侧限抗压强度和劈裂强度不尽相同。相比而言，养护方式对劈裂强度的影响更大，总体而言，标准养护条件下混合料的强度最高，薄膜加透层油次之，薄膜包覆养护强度最低。
(8)在国内外水稳碎石基层设计方法基础上，针对河滩料特性，提出了适用于水稳河滩料基层施工的设计指标及技术要求。
结语
在试验研究基础上，铺筑了腾冲至陇川二级公路及小黑江至澜沧二级公路共1400千平米的水泥稳定机轧河滩料基层，路面性能较好，取得了良好的经济效益。采用河滩料，可以避免山体开挖，有利于环境保护;还可以节省碎石加工成本50%左右，提高碎石生产效率30%以上。特别对于石料缺乏的地区，将河滩料应用在水泥稳定碎石基层，具有显著的社会经济效益。本研究成果可供同类工程参考和借鉴。