摘要：水泥土是土(或集料)、水泥和水混合、压实和养护后的一种拌和物，本文结合项目介绍了安哥拉罗安达地区的红砂土与水泥通过实验配比成水泥土结构后，从水泥土的含水量、密实度、7天无侧限抗压强度和回弹模量几个方面详细分析了当地水泥土的性能；通过对现场水泥土试验段道路基层的施工、养护过程控制及后期观测、检验，验证了采用水泥土作为当地道路基层结构材料的可行性。
　　关键词：红砂土 水泥土 密度 7天无侧限抗压强度 回弹模量 基层
　　
　　1.前言
　　
　　2007年，我单位在西南非洲安哥拉国首都罗安达承接了一项EPC工程的设计总承包项目，通过现场的实地调研，当地建筑材料严重缺乏，没有石灰、粉煤灰等道路常用材料，石料也比较缺乏，尤其是质量良好的碎砾石，需到200公里以外的山区开采，如按投资方原有道路结构方案，石料备料会非常困难，且将会大幅增加道路建设费用，工期也难以保证，这对投资方来说是非常不经济的。
　　应投资方要求，我单位通过现场大量调研，考虑到本项目所在区域严重缺乏碎石材料，却分布着大量的红砂土，而前期交通量调查显示安哥拉国内主要以轻中型交通为主，基本无超重超载现象，现状交通量不大，交通量增长也不快，因此，在保证工程质量的前提下，为更好的节约工程投资，加快工程实施进度，我单位联合勘察实验部门，开展了对当地红砂土性能的初步研究和道路结构设计优化工作。并将先期实施道路采用试验段形式调整结构设计，将基层中的二灰碎石和碎石垫层结构更换为采用红砂土掺一定量的水泥形成的水泥土结构。
　　水泥土是土(或集料)、水泥和水混合、压实和养护后的一种拌和物，能形成一种具有特殊工程性能的硬化材料[1]。它是一种廉价的地方性建筑材料，在我国缺乏砂石料的平原地区也具有广泛的应用前景。土料中经过水泥固结后，具有较好的承载力和抗剪能力，可以用于承受抗弯作用的道路的基层和底基层。
　　水泥的用量通常以重量或体积的百分率表示。以重量计的水泥用量是根据烘干的土重采用以下公式计算：
　　
　　式中：Cw=以重量计的水泥用量（%）；Wc=水泥重（kg）；Ws=烘干的土重（kg）。
　　
　　2.水泥土的材料组成
　　
　　2.1 所用的当地红砂土
　　工程场地分布着大量的棕红色粉细砂土，土层非常厚，通过实验分析其粘粒含量较多，物理力学性质较好，压实后密水性能也很好，是很好的路基填料。通过对红土进行室内试验，红砂土动态模量大约在167.67MPa，而承载板试验得到的路基静模量为45～60MPa，该种土的强度非常高，从承载力判断是良好的路基材料。
　　2.2 水泥
　　水泥的含量取决于土的种类和性能，一般来说，土的粘性越大，需要的水泥用量也越多，本工程的红砂土液限含量一般为35～38%，塑性指数大于20，根据土的分类属于低液限性土。水泥土中水泥含量选用了2～6%的不同掺量。水泥的性能满足规范要求，建议选用初凝、终凝时间较长的水泥，延长施工时间。
　　2.3 水
　　水泥土中的水份是水泥水化所必需的，有助于获得最大的密实度。根据室内试验确定的最佳含水量进行控制。对于酸、碱或有机质含量未达到有害程度的水均可使用。
　　
　　3.水泥土性能控制指标 　　
　　水泥土的性能受以下几种因素的影响[2]：（1）土、水泥和水的种类与比例；（2）压实密实度；（3）拌合的均匀度；（4）养护条件；（5）压实拌合物的龄期。由于这些因素的影响，水泥土的的各项性能可变动范围较大。
　　3.1 含水量
　　含水量是影响当地红砂土形成的水泥土各项性能的最重要因素，也是影响施工质量的重要参数。对红砂土以及不同水泥掺量的水泥土，进行重型击实试验，试验结果表明红砂土以及水泥土的最佳含水量为6.5%～7.5%，最大干密度为2.05～2.20g/cm3。在最佳含水量情况下，水泥土的力学性能最佳，收缩裂缝都大为减少。以3%水泥土为例，当在最佳含水量情况下，试件的7天无侧限抗压强度达到了1.71MPa，而当含水量低于最佳含水量的情况下，试件的7天无侧限抗压强度会降低；当含水量超过最佳含水量时，试件的7天无侧限抗压强度也会低于最佳含水量成型的试件。
　　3.2 压实度
　　水泥土的压实密度是其力学性能好坏的关键性因素，也是现场施工质量控制的非常重要的指标，检验压实是否密实。通常所说的密度一般是指干密度，与含水量相关。通过室内的击实试验，可得出不同含水量对应的干密度，在最佳含水量的下对应着最大干密度。不同水泥含量的水泥土的最大干密度见表1和图1。
　　表1 不同水泥含量水泥土的最大干密度
　　水泥含量 2 3 4 5 5.5 6
　　最大干密度（g/cm3） 2.07 2.09 2.13 2.16 2.18 2.20
　　水泥土的拌合与压实之间的时间间隔越长，对密度和强度的影响也越大。国外的研究表明，在拌合与压实之间的时间推迟2h以上，则密度和强度的降低就越明显。只要在1h内间歇性的搅拌几次，而且压实时的含水量略低于最佳含水量，则时间延迟的影响即可减少到最大限度。
　　3.3 无侧限抗压强度
　　水泥土的无侧限抗压强度受各种因素的影响，综合各种试验资料可知，其强度的影响因素主要是土料质地、水泥掺量、龄期、试件尺寸及形状等。此外，干容重也是影响干硬性水泥土抗压强度的重要因素。
　　本工程采用同一种红砂土作为水泥土的试验材料，选择不同的水泥掺量，在成型压实度为95%的条件下，进行7天无侧限抗压强度试验，试验结果见表2和图2。
　　表2 不同水泥含量水泥土的7天无侧限抗压强度
　　水泥含量 2 3 4 5 5.5 6
　　7天无侧限抗压强度(Mpa) 1.31 1.71 1.98 2.72 3.54 4.19 　　
　　从上表可以看出，随着水泥掺量的增加，强度增大；尤其是掺量达到5%以上，强度增长的非常明显。但是水泥掺量过高则会使水泥土向脆性材料方向发展，在路面结构层中产生过多的伸缩裂缝和反射裂缝，而且不经济，故工程中应控制水泥掺量在适当的范围。根据国内的规范以及多次试验成果，本工程底基层水泥土选用3%掺量，基层水泥土选用5%掺量是满足要求的。
　　3.3 回弹模量
　　采用回弹模量表征基层的承载能力，反映基层在车辆瞬时荷载作用下可恢复变形性质，是路面结构计算的重要的参数之一，试验结果见表3。
　　表3 不同水泥含量水泥土的回弹模量
　　水泥含量 2 3 4 5.5
　　回弹模量(MPa) 725.7 908.5 980.2 1078.7 　　
　　根据试验结果可以看出，水泥土的回弹模量比较接近规范中水泥砂砾数值，但略低于水泥稳定碎石，满足半刚性基层沥青路面设计中有关模量的要求。
　　3.4 水泥土的配合比
　　不同的规范对合格的配合比使用不同的标准。如美国波特兰水泥协会（PAC）采用水泥土的重量损失不大于在12次湿-干-刷损或冻-融-刷损循环后的数值。美国陆军工兵部队（USACE）提出耐久性强度和无侧限抗压强度的要求。我国规范采用的是7天无侧限抗压强度的要求。