水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響因素研究

欒光念

【摘 要】水泥穩(wěn)定碎石基層雖然具有良好的性能，但由于季節(jié)性冰凍地區(qū)，冬季氣溫低，在凍融循環(huán)和行車荷載共同作用下，水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度會(huì)降低，并且影響行車的舒適性。由于本試驗(yàn)集料不同，對(duì)兩種產(chǎn)地的集料分別進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，測(cè)定集料物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，并對(duì)所用水泥進(jìn)行性質(zhì)檢驗(yàn)。分析各種水泥穩(wěn)定碎石混合料組成結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)，結(jié)合研究的目的選定擬采用的混合料組成結(jié)構(gòu)類型，確定要求級(jí)配范圍。根據(jù)集料篩分試驗(yàn)結(jié)果，利用試算法計(jì)算并調(diào)試各種集料的比例，確定混合料的級(jí)配。

【關(guān)鍵詞】半剛性基層；水泥穩(wěn)定碎石；集料級(jí)配

0.引言

在我國(guó)高等級(jí)公路的建設(shè)中，水泥穩(wěn)定碎石基層被用作公路路面的基層材料，并在目前公路建設(shè)中越來(lái)越占有特殊的重要地位。

國(guó)內(nèi)研究狀況：姜永昌，劉雪，宋懷峰等發(fā)表的《水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)變異分析與預(yù)控》中提出材料的現(xiàn)場(chǎng)取樣、材料本身的劑量和級(jí)配、制件過(guò)程中的質(zhì)量損失等方面是抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)變異的根源，對(duì)抗壓強(qiáng)度的變異性能有顯著影響。楊媛、鄧正方發(fā)表的《水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響級(jí)配因素試驗(yàn)研究》中得出的結(jié)論是級(jí)配因素對(duì)強(qiáng)度的影響不顯著，而水泥劑量因素以及級(jí)配和水泥劑量交互作用對(duì)強(qiáng)度的影響非常顯著；在工程實(shí)踐進(jìn)行組成設(shè)計(jì)時(shí)，如果要對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行較大的調(diào)整，需要采用調(diào)整水泥劑量或同時(shí)采用調(diào)整級(jí)配和水泥劑量的方法：如果對(duì)強(qiáng)度只進(jìn)行微調(diào)整，如往上提高時(shí)，可以采用在水泥劑量水平不變，將級(jí)配向中值級(jí)配靠攏或者向偏下級(jí)配靠攏的處理辦法本文將對(duì)影響水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的各種原因進(jìn)行試驗(yàn)、分析得出影響其強(qiáng)度的主要因素。

1.混合料的組成及混合料級(jí)配

1.1混合料的組成

1.1.1水泥

水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可參考交通部于2000年新頒布的《公路路面基層施工規(guī)范》（JTJ034-2000）中水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可用于穩(wěn)定土，但應(yīng)選用初凝時(shí)間3h以上和終凝時(shí)間較長(zhǎng)（宜在6h以上）的水泥，不應(yīng)使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及受潮變質(zhì)的水泥。

1.1.2 集料

JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定： 對(duì)于高速公路和一級(jí)公路，當(dāng)用水泥穩(wěn)定碎石作基層時(shí)，其單個(gè)集料顆粒的最大粒徑不應(yīng)超過(guò)31.5mm?？紤]到大粒徑混合料易發(fā)生離析以及不少國(guó)家采用的最大集料顆粒粒徑，本課題采用的最大集料顆粒粒徑為31.5 mm。本試驗(yàn)將采用兩種不同的原材料，為方便完成論文采用工程料，采用的是兩種產(chǎn)地不同的原材料分別為KA7-1、KA10-1的集料，包括四種不同的集料：2-3碎石，1-2碎石，0.5-1碎石和石屑，其中2-3碎石的粒徑為19-31.5mm，1-2碎石的粒徑為9.5-19mm，0.5-1碎石的粒徑為4.75-9.5mm，石屑的粒徑為0-0.5mm。

1.1.3水泥穩(wěn)定碎石組成結(jié)構(gòu)

骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)汲取了懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架空隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的混合料能夠使粗集料之間的緊密嵌擠作用充分發(fā)揮出來(lái)，提高混合料各方面的性能指標(biāo)，本文中水泥穩(wěn)定碎石混合料采用的是骨架密實(shí)型的。

1.1.4 混合料級(jí)配

級(jí)配的調(diào)試方法：《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中對(duì)于骨架密實(shí)型規(guī)定了級(jí)配的上限和下限范圍，具體的操作過(guò)程是通過(guò)原始的集料篩分結(jié)果，調(diào)試2-3cm，1-2cm，0.5-1cm，石屑四種集料的分配比例使得合成級(jí)配的值最終落在級(jí)配的上下限范圍內(nèi)，并盡可能的接近級(jí)配中值，這樣調(diào)試出來(lái)的結(jié)果可認(rèn)為是合理的骨架密實(shí)型級(jí)配。

2.混合料試驗(yàn)

2.1擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》，本試驗(yàn)的方法適用于在規(guī)定的試筒內(nèi)，對(duì)水泥穩(wěn)定土（在水泥水化前）石灰穩(wěn)定土及石灰（或水泥）粉煤灰穩(wěn)定土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，以繪制穩(wěn)定土的含水量-干密度關(guān)系曲線，從而確定其最佳含水量和最大干密度。試驗(yàn)集料的最大顆粒宜控制在25mm以內(nèi)，最大不得超過(guò)40mm（圓孔篩）。

計(jì)算及制圖

每次擊實(shí)后穩(wěn)定土的濕密度按下式計(jì)算：

Pw=■

式中：Pw—— 穩(wěn)定土的濕密度（g/cm3）；

Q■——試筒與濕試樣的合質(zhì)量（g）；

Q■——試筒的質(zhì)量（g）；

V——試筒的容積（cm3）。

每次擊實(shí)后穩(wěn)定土的干密度按下式計(jì)算：

Pd=■

式中：Pd——試樣的干密度（g/cm3）；

w——試樣的含水量（%）。

2.2無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù) 《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）水泥穩(wěn)定粒料的配合比設(shè)計(jì)主要根據(jù)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)確定水泥劑量和砂石含量的大小?，F(xiàn)行《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ057-94）中，關(guān)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粗粒土的試驗(yàn)方法用的試模為直徑×高=150×150mm的圓柱待試件成型后，脫模，用塑料薄膜在20±2℃溫度中，保濕養(yǎng)生6天，在20±2℃水中浸水24小時(shí)，測(cè)無(wú)機(jī)結(jié)合料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。兩種不同原材料的水泥穩(wěn)定碎石混合料的七天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

3.結(jié)論

（1）KA7-1的集料與KA10-1的集料兩個(gè)不同產(chǎn)地的集料，根據(jù)GE42-2005《公工程集料試驗(yàn)規(guī)程》，得出兩種不同集料的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，得出KA7-1的集料的各項(xiàng)物理力學(xué)性能標(biāo)均好于KA10-1集料。

（2）通過(guò)篩分試驗(yàn)，利用原始的集料篩分結(jié)果，調(diào)試2-3cm，1-2cm，0.5-1cm，石屑四種集料的分配比例使得合成級(jí)配的值最終落在級(jí)配的上下限范圍內(nèi)，并盡可能的接近級(jí)配中值，利用擊實(shí)試驗(yàn)得出混合料的最佳含水量和最大干密度，通過(guò)七天無(wú)側(cè)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得出無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度符合要求，可認(rèn)為調(diào)適出來(lái)的是合理的骨架密實(shí)型級(jí)配，消除了級(jí)配的影響。

（3）為提高水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度，應(yīng)選用密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石基層在力學(xué)性能、抗凍性能等方面優(yōu)于其它結(jié)構(gòu)，可以極大的改善基層的路用性能。

（4）通過(guò)對(duì)不同水泥劑量水泥穩(wěn)定碎石基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的研究，提高水泥劑量可以提高它的強(qiáng)度，但過(guò)多的水泥用量，效果不一定顯著，尋找水泥穩(wěn)定碎石混合料中的最佳水泥劑量。

【參考文獻(xiàn)】

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