水泥穩(wěn)定粒料基層抗裂性配合比設(shè)計(jì)研究

江唯偉

摘要：為提高半剛性基層的抗裂能力，半剛性基層的配合比設(shè)計(jì)是個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，本文從水泥穩(wěn)定碎石原材料選取、集料的級(jí)配、摻加添加劑、試件成型的方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取等方面闡述了水泥穩(wěn)定粒料基層抗裂性配合比設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：半剛性基層，配合比設(shè)計(jì)，抗裂性

Abstract: in order to improve the semi-rigid base the anti-cracking ability, semi-rigid gradation design is a key link, this paper, from the raw material of the cement stable macadam selection, of the aggregate gradation, by adding additives, specimens of molding method and evaluation index selection, this paper describes cement-stabilized granular grassroots resistance to mix design problems should be paid attention to.

Keywords: semi-rigid base, mixture design, resistance

中圖分類號(hào)：TU525 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1.前沿

半剛性基層的缺點(diǎn)是抗變形能力差,在溫度和濕度變化時(shí)發(fā)生收縮,易產(chǎn)生開裂,當(dāng)瀝青面層較薄時(shí),易形成反射裂縫,進(jìn)而嚴(yán)重影響路面的使用性能。因此應(yīng)該科學(xué)地進(jìn)行材料配合比設(shè)計(jì),從而把裂縫減少到最低程度。

在混合料組成設(shè)計(jì)中, 可通過(guò)改善集料級(jí)配，使用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)礦料級(jí)配；減小或控制粉粒含量和塑性指數(shù)；增大粗料含量和最大粒徑；控制水泥用量和用水量；同時(shí)也可以通過(guò)摻加膨脹劑對(duì)結(jié)合料改性等來(lái)降低半剛性材料收縮，提高其抗裂性能。在成型方法上，采用振動(dòng)成型法，可以降低水泥用量，提高抗裂性。

最后通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和干縮試驗(yàn)綜合考慮水泥劑量的選擇,既要保證半剛性基層整體材料滿足強(qiáng)度要求,又要考慮其干縮和溫縮特性,避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的收縮應(yīng)力和過(guò)多的收縮裂縫。

2.從水泥穩(wěn)定碎石原材料考慮

（1）水泥品種和標(biāo)號(hào)

采用安定性好、標(biāo)號(hào)、終凝時(shí)間、不溶物和燒失量符合最新水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的32.5#硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥以及道路硅酸鹽水泥(安定性好、性能有保障)。

（2）水泥的初凝和終凝時(shí)間

初凝應(yīng)在3小時(shí)以上，終凝時(shí)間不小于6小時(shí)；且施工中從加水拌和到碾壓成型完成的時(shí)間(即延遲時(shí)間)應(yīng)小于水泥的初凝時(shí)間。

（3）集料最大粒徑及壓碎值的要求

對(duì)于高速和一級(jí)公路，最大粒徑為26.5mm；二級(jí)采用31.5mm；三級(jí)及三級(jí)以下采用37.5mm。壓碎值方面：高速一級(jí)≤25%，二級(jí)及以下≤30%。對(duì)于底基層:高速一級(jí)≤30%二級(jí)及以下≤35%。

（4）對(duì)集料含泥量和針片狀顆粒含量的要求

含泥量應(yīng)控制在0%~1%以內(nèi)。碎石針片狀顆粒含量:高速和一級(jí)公路≤15%；二級(jí)及二級(jí)以下≤20%。

（5）對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的要求

做基層時(shí)，有機(jī)質(zhì)的含量不得超過(guò)0.5%。

（6）硫酸鹽含量

在選用水泥穩(wěn)定粒料之前對(duì)硫酸鹽的含量進(jìn)行測(cè)定,對(duì)于硫酸鹽含量超過(guò)0.25%的石料，不應(yīng)用水泥穩(wěn)定。

（7）細(xì)集料的影響

0.075mm篩孔通過(guò)率宜控制在3%~5%。

3.從集料的級(jí)配上考慮

集料的抗裂性配合比設(shè)計(jì)方法有K法、貝雷法、改進(jìn)后的n法等方法。

3.1采用 K法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)的粗集料的級(jí)配應(yīng)靠攏骨架密實(shí)級(jí)配，形成骨架結(jié)構(gòu)的石料應(yīng)該偏粗一些。將4.75mm作為粗細(xì)集料的分界點(diǎn)，最大粒徑為31.5mm，則計(jì)算中控制4.75mm篩孔的通過(guò)率為0，K的取值主要結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，上限0.8，下限0.5。

（2）細(xì)集料應(yīng)選用容易密實(shí)的連續(xù)級(jí)配，最大粒徑不應(yīng)大于4.75mm，而且2.36mm～4.75mm的顆粒也不能太多。參照已有研究成果推薦細(xì)集料的級(jí)配范圍見表1。

（3）采用體積法計(jì)算水泥穩(wěn)定碎石骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料組成。

3.2采用貝雷法等方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)：

研究中借鑒了瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念，使設(shè)計(jì)出的基層級(jí)配能達(dá)到嵌擠密實(shí)型結(jié)構(gòu)。

關(guān)于貝雷法參數(shù)的選取，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)介紹較多的是CA值處于0.4～0.8之間，F(xiàn)ac值處于0.25～0.5之間，F(xiàn)af值處于0.25～0.5之間。山東省根據(jù)應(yīng)用的實(shí)踐，提出將表面層CA值調(diào)整為0.22～0.5。事實(shí)上最初，美國(guó)的研究人員在推薦上述參數(shù)時(shí)，針對(duì)密級(jí)配和級(jí)配以及不同公稱最大尺寸，其參數(shù)取值范圍也不同，與國(guó)內(nèi)采用的取值范圍存在一定差異，表2是貝雷法應(yīng)用于密級(jí)配的參數(shù)取值范圍。

3.3采用改進(jìn)后的n法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)

在最大密度曲線理論及粒子干涉理論的基礎(chǔ)上，提出一種新的間斷級(jí)配組成計(jì)算方法，稱之為“改進(jìn)后的n法”：首先按照n(n建議取為0.6)法，計(jì)算出各級(jí)粒徑的分計(jì)篩余之后，再去除4.75~9.5mm的中間料。之所以將4.75~9.5mm檔的中間粒徑去除，是因?yàn)樵诟鞒叽绾Y孔中，4.75mm和9.5mm是2個(gè)非常關(guān)鍵的分界點(diǎn)。9.5mm以上的粗料應(yīng)當(dāng)相互嵌擠成骨架，而4.75mm以下的細(xì)料則填充骨架間的空隙。但是在傳統(tǒng)規(guī)范級(jí)配中，由于4.75~9mm中間料的存在，使得9.5mm以上的粗料被推開不能相互嵌擠成骨架，4.75mm以下的細(xì)料無(wú)法填充骨架間的空隙，即

A改進(jìn)后=A/（1-A4.75）

式中, A改進(jìn)后、A分別為依據(jù)改進(jìn)后n法與原n法計(jì)算得到的分計(jì)篩余; A4.75為按原n法計(jì)算出4.75mm篩的分計(jì)篩余,即4.75~9.5mm的中間料用量。

4.從添加劑上考慮

通過(guò)摻加一定比例的粉煤灰，膨脹劑，乳化瀝青等添加劑來(lái)提高其抗裂性。

（1）采用骨架緊密結(jié)構(gòu)穩(wěn)定材料并摻加一定量的粉煤灰或膨脹劑，不僅能提高力學(xué)性能，同時(shí)可以減少溫干縮系數(shù)，還能顯著地提高其抗疲勞和抗沖刷能力。

（2）利用乳化瀝青的柔性以降低基層混合料的剛度，同時(shí)利用水泥穩(wěn)定類強(qiáng)度高的特點(diǎn)，既可以使其反射裂縫的幾率大大降低，從而提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能，又可以確?；鶎拥膹?qiáng)度要求。

5.試件成型的方法上考慮

采用振動(dòng)法優(yōu)化的水泥穩(wěn)定碎石混合料可達(dá)到強(qiáng)度及抗裂能力同時(shí)增加的最優(yōu)效果只要級(jí)配合理，沒有必要通過(guò)增加水泥用量，犧牲一部分抗裂能力來(lái)?yè)Q取強(qiáng)度的合格。用振動(dòng)法優(yōu)化的水泥穩(wěn)定碎石混合料達(dá)到了抗裂能力最佳、水泥劑量少、強(qiáng)度合格及工程造價(jià)降低的最佳效果。

振動(dòng)成型配合比設(shè)計(jì)方法較好的模擬了壓路機(jī)的碾壓效果, 減少了水泥用量, 提高了抗裂能力, 由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是相當(dāng)可觀的, 該設(shè)計(jì)方法值得推廣。（采用旋轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)機(jī)( GTM) 振動(dòng)成型試件, 這種試驗(yàn)方法較好地模擬了施工現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)壓路機(jī)碾壓機(jī)理）。

6.評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

目前評(píng)價(jià)半剛性基層材料抗裂性指標(biāo)有：干縮系數(shù)，溫縮系數(shù)，抗裂指數(shù)（溫度與濕度的綜合指標(biāo)），干縮能抗裂系數(shù)（考慮應(yīng)變，應(yīng)力綜合效應(yīng)），溫縮能抗裂系數(shù)等指標(biāo)。