山区风化岩集料路用性能及拌合配比优化分析
黄彪 湖北交通工程检测中心有限公司 43000
周加伟  湖北省高速公路实业开发有限公司 430000

摘  要：山区公路建设中，路堑和隧道开挖可产生大量风化岩石，合理加工后可作为路面基层集料，但不同风化等级材料在压碎、磨耗、吸水及黏附性能方面差异明显，若沿用天然碎石经验配比，容易出现级配波动、强度离散和干缩开裂。本文以风化岩集料为对象，分析弱、中、强风化材料的颗粒形态与路用性能，建立包含表观密度、压碎值、洛杉矶磨耗值、吸水率、针片状含量和含泥量的分级评价方法；在此基础上，通过分档破碎筛分、粗细集料复配及水泥剂量调整，对水泥稳定风化岩集料的拌合配比进行优化。代表性试验结果表明，中风化岩可作为主体集料，弱风化岩用于补强骨架，强风化细料需限量使用；采用4.0%水泥剂量和连续级配方案后，7 d无侧限抗压强度、劈裂强度及冻融保持率满足基层使用要求，同时避免高剂量水泥引起的收缩增大。研究可为山区开挖石料资源化和基层材料本地化提供参考。

关键词：风化岩集料；路用性能；水泥稳定基层；级配设计；拌合配比；资源化利用

0 引言

山区公路路面基层通常需要大量碎石集料，外购石料不仅运输成本高，还可能受到保通条件、料场审批和生态限制。特别是泥质、凝灰质和片理发育岩石，吸水后强度下降快，拌制水泥稳定材料时还可能吸附拌合水，导致现场含水率和压实状态偏离室内设计值。因此，风化岩的利用不能简单套用普通石灰岩或玄武岩的技术参数，而应建立从母岩识别、分档加工、性能评价到配比验证的完整方法。本文围绕风化岩集料的路用性能分级、级配复配、水泥剂量和工程施工参数展开分析。

1 风化岩集料特征与路用性能评价

1.1 风化等级与颗粒形成特征

风化岩集料的性能首先受母岩类型控制，其次受节理裂隙、化学蚀变和加工方式影响。弱风化岩内部结构较完整，破碎后颗粒棱角明显、强度较高，可承担基层骨架作用；中风化岩裂隙增加，局部矿物发生黏土化，颗粒强度和耐磨性有所下降，但通过剔除软弱块体后仍具有较高利用价值；强风化岩往往呈块土混合或碎屑状，破碎后细料快速增加，遇水易软化，不宜作为大比例粗集料。生产中应在开挖面进行风化分区，避免不同等级材料无序混堆。加工线宜设置预筛分、颚破、反击破或圆锥破以及整形筛分环节，将0～5 mm、5～10 mm、10～20 mm和20～31.5 mm等粒级分别储存。对含泥较高的细集料，应采用干法除尘或水洗工艺控制黏土颗粒；对片理明显的岩石，可通过调整破碎腔型和降低单级破碎比改善针片状含量。

1.2 关键性能指标及分级判定

风化岩集料路用评价应突出强度、耐久和吸水三类指标。压碎值和洛杉矶磨耗值反映颗粒在施工碾压与车辆重复荷载下的抗破坏能力；表观密度和吸水率反映内部孔隙及风化程度；针片状含量影响骨架嵌挤和压实均匀性；含泥量过高会包裹集料表面，削弱水泥浆体与颗粒的黏结。表1显示，随着风化程度加深，集料表观密度逐步降低，压碎值、磨耗值和吸水率持续升高。强风化岩压碎值达到34.9%、吸水率为4.8%，且针片状与含泥量较高，若直接作为基层粗集料，易在拌合和压实过程中二次破碎。中风化岩各项指标处于可调控范围，可作为主体材料；弱风化岩性能较优，适合用于提高粗集料骨架强度。基于该规律，配比设计应采用不同风化等级分级利用，而不是追求单一料源全粒级使用。

2 拌合配比优化与性能形成机制

2.1 集料级配复配与水泥剂量设计

配比优化应先解决集料级配，再确定水泥剂量和用水量。若中风化岩全粒级料直接使用，破碎生产中的0.075 mm以下细料易波动，使级配曲线在细端偏离目标范围；同时粗颗粒强度不足会导致击实后级配变化。优化方案可采用中风化岩作为主体，掺入一定比例弱风化粗集料补强10～31.5 mm骨架，并对0～5 mm细集料进行限量和除泥。研究情景中，优化级配由18%弱风化粗集料、62%中风化分档集料和20%处理后风化岩机制砂组成，形成连续密实结构。水泥剂量设置3.5%、4.0%和4.5%三个水平，通过重型击实、7 d无侧限抗压、劈裂、干缩和冻融试验综合评价。水泥剂量过低时，风化颗粒界面黏结不足；剂量过高虽能提高早期强度，却会增加水化产物体积变化和基层开裂风险，因此不能仅以强度最大作为最优判据。

2.2 试验结果与最优方案确定

表2表明，水泥剂量由3.5%提高至4.5%时，最大干密度变化不大，7 d无侧限抗压强度由3.6 MPa提高至5.1 MPa，劈裂强度同步增加，但干缩系数在4.5%剂量下明显上升。方案B采用4.0%水泥和优化连续级配，7 d无侧限抗压强度达到4.5 MPa，冻融强度保持率为91%，各项性能较为均衡。其稳定机理在于：弱风化粗颗粒形成承载骨架，中风化颗粒填充骨架间隙，适量细料改善压实密度并为水泥水化提供均匀界面；水泥浆体在颗粒接触区形成胶结桥，限制风化颗粒吸水软化。方案C虽然早期强度更高，但干缩系数增至88×10⁻⁶，后期温湿变化下更易形成反射裂缝。因此，推荐方案B作为一般山区公路基层的优选配比，并通过现场试拌对含水率与延迟时间进行修正。

3 工程应用与施工质量控制

3.1 试验段施工及性能验证

工程应用前应设置试验段，将室内配比转化为可执行的生产参数。研究情景中，风化岩集料基层试验段长度500 m、设计厚度20 cm，拌合站按方案B进行分仓计量。由于风化岩吸水率高于普通石灰岩，生产含水率在室内最佳含水率基础上增加0.3～0.5个百分点，并根据运输距离和气温动态调整。摊铺前检查下承层高程、横坡和湿润状态，摊铺后采用单钢轮振动压路机与胶轮压路机组合碾压，遵循“稳压—强振—弱振—收面”的顺序。现场检测结果显示，压实度平均为98.6%，7 d无侧限抗压强度平均4.46 MPa，变异系数4.7%，钻芯试件完整度较好。与未分档的全粒级风化岩方案相比，优化方案减少了粗集料二次破碎和局部细料团聚，基层表面离析、弹簧及松散现象明显降低。

3.2 经济环境效益与应用条件

风化岩集料就地利用可降低外购石料和弃渣处置需求。以研究情景测算，外购集料平均运输距离为18.5 km，就地加工后综合运输距离降至3.6 km；虽然增加了破碎筛分、分档堆存和试验检测费用，但基层材料综合成本仍降低约12.8%，同时减少弃渣场占地和运输扬尘。该技术适用于沿线风化岩储量稳定、母岩有害矿物含量可控且具备固定或移动加工条件的山区项目。对于吸水率过高、遇水崩解明显、硫酸盐或有机质异常的岩石，应通过专项试验后限量利用或予以剔除；在重载交通、冻融频繁和高湿环境下，还需提高耐久性评价等级。施工管理应建立“开挖面识别—分区堆存—生产筛分—在线含水率修正—成品抽检”的追溯体系，防止料源变化导致配比失效。只有将材料资源化与结构性能控制同步推进，才能实现成本、质量和生态效益的统一。

结语

山区风化岩具有显著的本地资源优势，但其路用性能随风化程度加深而衰减，尤其表现为压碎值、磨耗值、吸水率和含泥量上升。通过风化等级分区、分档破碎筛分以及弱—中风化集料复配，可建立较稳定的颗粒骨架。试验分析表明，4.0%水泥剂量与连续密实级配能够兼顾早期强度、劈裂性能、冻融稳定和收缩控制，优于单纯提高水泥剂量的方案。工程应用中还应根据集料吸水特征修正拌合含水率，严格控制延迟时间、压实组合和养生条件。后续研究可进一步关注不同岩性风化集料的长期疲劳、界面损伤和现场级配演化规律，为山区公路材料本地化利用提供更精细的参数基础。

参考文献

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[2] 交通运输部. 公路工程无机结合料稳定材料试验规程：JTG 3441—2024[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2024.

[3] 交通运输部. 公路路面基层施工技术细则：JTG/T F20—2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

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