一、引言
石灰稳定碎石是我国公路半刚性基层的主要结构形式之一，具有强度高、板体性好、造价低廉等突出优点。然而，石灰稳定碎石的抗冲刷性能和抗冻性能不足，在水和冻融的耦合作用下容易出现结构性损伤，导致基层承载能力下降、路面早期损坏。尤其是在南方多雨地区和北方季冻区，这一问题尤为突出。
硅灰是硅铁合金生产过程中收集的微细粉尘，主要成分为无定形SiO₂，粒径仅为0.1～0.3μm，比表面积可达20～28 m²/g，具有极高的火山灰活性。将硅灰与石灰复配用于稳定碎石，理论上可利用硅灰的超细颗粒填充效应和高火山灰活性，在石灰提供的碱性环境中生成更多的C-S-H凝胶，从而增强石灰稳定碎石的力学性能和耐久性。本文通过系统的室内试验，研究硅灰对石灰稳定碎石路用性能的增强效果与最佳掺量。
二、材料与试验方案
2.1 原材料
碎石采用满足级配要求的石灰岩碎石，最大粒径31.5mm。石灰采用Ⅲ级消石灰，有效氧化钙加氧化镁含量不低于55%。硅灰为某硅铁合金厂副产品，SiO₂含量≥90%，比表面积约22 m²/g。
2.2 试验方案
设置石灰掺量为6.0%、8.0%、10.0%、12.0%，硅灰掺量为0%、1.0%、2.0%、2.5%、3.0%的复配方案。开展以下试验：击实试验确定最佳含水率和最大干密度；7d和28d无侧限抗压强度试验；冻融循环试验（30次）；温缩变形试验（-20～50℃）；动水冲刷试验；弯曲疲劳试验。
三、试验结果与分析
3.1 力学性能
随着硅灰掺量增加，石灰-硅灰稳定碎石混合料的力学性能呈先增大后减小的趋势。硅灰掺量较低时（1.0%～2.5%），硅灰的火山灰反应和微集料填充效应逐步发挥，强度持续提升；当硅灰掺量超过2.5%后，过量的硅灰反而稀释了石灰的有效含量，且硅灰颗粒的团聚效应可能引入结构缺陷，导致强度下降。
综合力学性能和工程经济性，确定石灰和硅灰的适宜掺量为10.0%和2.5%。在此配合比下，石灰-硅灰稳定碎石的7d无侧限抗压强度较纯石灰稳定碎石提高约25%～35%，28d强度提升更为显著。
3.2 抗冻融性能
冻融循环试验是评价季冻区基层材料耐久性的关键手段。掺加2.5%硅灰可以使掺加10.0%石灰稳定碎石在经历冻融循环30次后的弯拉强度增大101.3%。这一显著的增强效果源于硅灰的两方面贡献：其一，硅灰的火山灰反应生成了额外的C-S-H凝胶，增强了集料颗粒间的胶结强度；其二，硅灰的超细颗粒填充了微观孔隙，减少了毛细水的积聚，从而降低了冻胀应力对结构的损伤。
3.3 抗冲刷性能
动水冲刷试验模拟了路面渗水在行车荷载作用下对基层的冲刷侵蚀。掺加2.5%硅灰可使动水冲刷30 min后冲刷物质量损失减小39.3%。硅灰的掺入使混合料更加致密，胶结物更加充分地将集料颗粒包裹，从而有效抵抗了动水压力对胶结界面的剥离作用。
3.4 温缩性能
温缩试验结果表明，掺加2.5%硅灰可使石灰稳定碎石在-20～50℃温度区间内的平均温缩系数下降28.5%。温缩系数的降低意味着温度变化引起的收缩应力减小，有利于减少温缩裂缝的发生。
3.5 疲劳性能
弯曲疲劳试验表明，掺加2.5%硅灰可使石灰-硅灰稳定碎石在0.70～0.85应力强度比下的疲劳寿命提高30.0%以上。疲劳寿命的显著提升意味着石灰-硅灰稳定碎石基层在重载交通条件下的服役寿命可得到有效延长。
值得注意的是，石灰-硅灰稳定碎石混合料的后期力学强度可达到水泥稳定粒料类材料的相同水平，这为石灰稳定碎石在高等级公路中的更广泛应用提供了技术支撑。
四、增强机理分析
硅灰对石灰稳定碎石的增强作用可归结为三个层面。火山灰效应的增强——硅灰中的无定形SiO₂在石灰提供的碱性环境中快速与Ca(OH)₂反应生成C-S-H凝胶。由于硅灰粒径仅为水泥颗粒的1/100左右，其反应速率和反应程度远高于传统粉煤灰等火山灰材料。微集料填充效应——硅灰的超细颗粒可填充集料间和胶凝产物间的纳米级孔隙，使微观结构更加致密，从而降低渗透性、提高抗冻性和抗冲刷能力。界面过渡区的强化——硅灰的掺入改善了集料-胶凝材料界面的粘结质量，减少了界面过渡区的微裂缝，从而提升了整体力学性能和疲劳性能。
五、结语
石灰-硅灰复合稳定碎石通过硅灰的火山灰效应、微集料填充效应和界面强化效应的协同作用，在力学性能、抗冻融性能、抗冲刷性能、温缩性能和疲劳性能等方面实现了对纯石灰稳定碎石的全面提升。最佳配合比为石灰10.0%、硅灰2.5%，此条件下30次冻融循环后的弯拉强度增大101.3%，动水冲刷质量损失减小39.3%，温缩系数下降28.5%，疲劳寿命提高30%以上。石灰-硅灰复合稳定技术为改善石灰稳定碎石基层的耐久性提供了经济有效的技术路径，具有广阔的推广应用前景。
