水泥穩(wěn)定碎石集料級配變異試驗研究

楊 果

(貴州省高速公路開發(fā)總公司，貴州貴陽550004)

水泥穩(wěn)定碎石具有強度高、抗裂性和耐久性好等特點，已在我國高等級公路瀝青路面基層中得到了廣泛應用[1]。工程實踐表明，良好的礦料級配是保證混合料高強度、高抗裂能力的有效措施之一，嚴格控制礦料級配顯得尤為重要。因此，針對國內現(xiàn)行規(guī)范中未涉及水泥穩(wěn)定碎石集料級配的變異范圍，通過振動成型法、關鍵篩孔變異平行試驗及無側限抗壓強度試驗，基于無側限抗壓強度可靠保證率下的置信區(qū)間，提出關鍵篩孔的變異范圍，以改善水泥穩(wěn)定碎石的路用性能。

1 水泥穩(wěn)定碎石集料

試驗選用水泥穩(wěn)定碎石集料為四檔集料，即9.5～31.5 mm碎石和4.75～9.5 mm碎石，0～4.75 mm石屑與河砂。石料壓碎值為10.95%，洛杉磯磨耗損失值為12.0%，表觀相對密度為2.739 g/cm3，針片狀顆粒含量為3.4%。試驗用水泥為海螺牌緩凝復合硅酸鹽水泥等級為P.C32.5，各項指標均滿足規(guī)范要求。

2 試驗方案

采用振動成型法進行骨架密實結構的配合比設計，并確定合成配比、最大干密度、最佳含水量和最佳水泥劑量。按此設計配合比對關鍵篩孔變異進行平行試驗，隨后按已定的最佳含水量和水泥劑量進行無側限抗壓強度試驗，得出級配變異后的7 d室內無側限抗壓強度。

2.1 級配設計

采用振動成型法進行骨架密實結構的級配設計，設計結果與《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTJ 058－2000)[2]上、中、下限值對比見表1，可以看出合成級配介于規(guī)程上下限之間，滿足規(guī)程規(guī)定。

2.2 最佳含水量和最大干密度

由已確定的合成配合比，根據(jù)半剛性基層振動成型方法，采用激振力6 800 N，靜壓力2 500 N，振動頻率30 Hz，振動時間2 min，對水泥穩(wěn)定碎石集料進行擊實試驗。通過繪制含水量－干密度關系曲線(見圖1)，確定集料的最佳含水量為4.6%、最大干密度為2.38 g/cm3。

表1 合成級配結果

圖1 含水量－干密度關系曲線

2.3 水泥劑量

按照確定的最佳含水量制備不同水泥劑量下的振動成型試件，水泥劑量分別為3.0%、4.0%和5.0%。在溫度為25℃和濕度為95%的養(yǎng)生室內養(yǎng)生6 d，泡水養(yǎng)護1 d后，根據(jù)《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTJ 057－94)[3]進行無側限抗壓強度試驗，運用線性插值法得到水泥劑量為3.5%和4.5%的無側限抗壓強度值，匯總結果如表2所示。由表2可知在水泥劑量為3.0%時，其平均抗壓強度已達到6.76 MPa，已滿足平均強度 R≥Rd/(1－ZaCv)，即取配合比設計水泥劑量為3.0%(Rd為設計強度)。

表2 無側限抗壓強度值匯總

2.4 級配變異試驗

級配變異試驗以無側限抗壓強度作為主要考察指標[4]。試驗設計方案見表3。改變單個篩孔通過率，其余篩孔通過率不變，設計關鍵篩孔變異后的通過率見表4。在已定的最佳含水量4.6%和水泥劑量3.0%條件下進行無側限抗壓強度試驗。為了試驗結果具有可比性，試驗中假設每個關鍵篩孔的樣本數(shù)一樣，不夠樣本數(shù)篩孔由變異系數(shù)最少的樣本代替。進行7 d無側限抗壓強度試驗方法按照規(guī)范[3]要求:成型150 mm試件，并用塑料薄膜密封，在標準養(yǎng)護條件(溫度25℃，濕度90%以上)下，養(yǎng)護6 d，第7 d進行浸水養(yǎng)生，然后測試其飽水無側限抗壓強度。關鍵篩孔變異后的無側限強度見表5。

表3 關鍵篩孔變異系數(shù)

表4 關鍵篩孔變異后的通過率

表5 級配變異后的7 d室內無側限抗壓強度(MPa)

3 試驗結果與分析

由試驗數(shù)據(jù)可知，集料級配變異后對試件無側限強度產生影響。為了保證無側抗壓限強度在可靠范圍內，采用無側限抗壓強度置信度1－α來衡量級配離析的允許范圍。由于α越小，1－α越大，隨機區(qū)間包含真值概率越大，估計的精確度越差;反之，提高估計精確度則會增大誤判風險α。由目標級配的無側限抗壓強度試驗可知在水泥劑量為3%、含水量為4.6%時成型試件強度為6.76 MPa，假定級配變異后的無側限強度服從正態(tài)分布，每個強度值相互獨立，則有:

由此可求得正態(tài)總體均值μ的1－α的置信區(qū)間為:

由表5可求得關鍵篩孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm其7 d無側限抗壓強度在95%的置信度范圍如表6所示。由表6可知，在無側限強度為95%的保證率下，關鍵篩孔19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，0.6mm，0.075 mm 允許的變異范圍為±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表6 正態(tài)總體參數(shù)的區(qū)間估計

在批量生產水泥穩(wěn)定碎石集料過程中，影響混合料穩(wěn)定性因素較多，實際級配易發(fā)生變異。如何較好地控制水泥穩(wěn)定碎石集料級配變異，一直未能得到較好的解決。常見方法主要是在原材料、混合料拌合、運輸、攤鋪和碾壓等具體施工環(huán)節(jié)進行管理控制，并在目標配比設計、生產配比設計和現(xiàn)場生產配比驗證等階段對級配離異性做定期復核，應繼續(xù)關注最終產品取樣篩分，路面壓實度和7 d無側限抗壓強度等結果。因此，本文提出在施工過程中對水泥穩(wěn)定碎石集料抽檢頻率和允許變異范圍見表7。

4 結論與建議

(1)采用振動成型法確定水泥穩(wěn)定碎石集料的配合比、合成配比、最大干密度、最佳含水量和水泥劑量，對此指標的集料進行關鍵篩孔變異平行試驗和無側限抗壓強度試驗，基于無側限抗壓強度可靠保證率下的置信區(qū)間，分析了水泥穩(wěn)定碎石集料級配關鍵篩孔的變異范圍，得出如下結論:在無側限抗壓強度可靠保證率為95%時，關鍵篩孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm 允許的變異范圍分別為±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表7 抽檢頻率和允許變異范圍

(2)用量化來評價集料的離析務必使得路面的質量得到根本上的保證。通過從室內配合比設計到現(xiàn)場生產鋪筑全過程的級配控制，使得路面均勻性更好，以達到增加抗裂性，減少路面裂縫的效果。為了加強對水泥穩(wěn)定碎石路面的路用性能，業(yè)主應委托相關單位每天對施工中的混合料進行抽查(可參考本文建議)，并設置獎懲機制使路面的施工質量得到確實的提高。

[1]徐鷗明，韓森，孫薇.級配類型對水泥穩(wěn)定碎石路用性能的影響研究[J].路基工程，2010(2):62－64

[2]JTJ058－2000公路工程集料試驗規(guī)程[S]

[3]JTJ057－94公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S]

[4]羅家國，梁曉霞，劉燕燕.成型方法對水泥穩(wěn)定碎石壓實度差異性分析[J].公路交通技術，2010(4):8－11