談水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層配合比設(shè)計(jì)

宋 冬 梅

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

談水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層配合比設(shè)計(jì)

宋 冬 梅

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

結(jié)合工程實(shí)例，介紹了高速公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層配合比設(shè)計(jì)的過程，闡述了配合比設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)，以合理確定水穩(wěn)碎石配合比，確保路面的質(zhì)量及使用性能。

水穩(wěn)層，配合比，水泥，含水率

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)主要是根據(jù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗(yàn)，選取合適的集料比例，確定必需的或最佳的結(jié)合料劑量，以及確定混合料最佳含水率和最大干密度。這個(gè)過程就是水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)。

忠墊高速公路基層設(shè)計(jì)要求為：水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，水泥劑量不超過5%，混合料7 d齡期的浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于4.0 MPa。此抗壓強(qiáng)度要求為設(shè)計(jì)值，為避免混合料離散性過大，要求偏差系數(shù)應(yīng)控制在10%以內(nèi)。施工過程中抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)時(shí)以范圍控制，即控制強(qiáng)度的上、下限，基層宜控制在3.5 MPa～4.5 MPa之間。壓實(shí)度要求為不小于98%?；鶎踊旌狭现屑系募?jí)配如表1所示。

表1 基層混合料中集料的級(jí)配

據(jù)以上設(shè)計(jì)文件的技術(shù)要求，開始配合比設(shè)計(jì)：

第一，確定達(dá)到混合料級(jí)配要求的各種規(guī)格集料的組成比例。

忠墊高速公路基層用集料按要求分成四檔料，即19 mm～31.5 mm，9.5 mm～19 mm，4.75 mm～9.5 mm，0 mm～4.75 mm，均為石灰?guī)r碎石加工所得。經(jīng)試驗(yàn)各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求。四檔料的篩分結(jié)果如表2所示。

表2 基層混合料中集料的篩分結(jié)果

根據(jù)以上各種料的篩分級(jí)配曲線和規(guī)定的級(jí)配范圍，采用人機(jī)對(duì)話法，用EXCEL計(jì)算出各種礦料的組成比例和合成級(jí)配如表3所示。

表3 基層混合料中各礦料的級(jí)配組成

從表3中可以看出已確定的各種礦料的比例為：(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)=27∶16∶20∶37，且合成級(jí)配均接近中值。在這一步驟中，值得注意的問題是：各種礦料的篩分結(jié)果必須是經(jīng)多次取有代表性樣品篩分結(jié)果的平均值，而不只是其中一次的結(jié)果。這也是材料部門計(jì)劃各種礦料的用量依據(jù)，必須要準(zhǔn)確和具有代表性。

第二，確定不同水泥劑量條件下的各種水穩(wěn)混合料的最大干密度和最佳含水率。

這一步主要是進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，用以繪制含水率—干密度關(guān)系曲線，按最大干密度對(duì)應(yīng)最佳含水量的原理確定最大干密度和最佳含水率。

忠墊高速公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層所用的水泥為大型旋窯生產(chǎn)重慶潤(rùn)江水泥廠產(chǎn)P.O32.5緩凝水泥。其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)文件要求。

具體的做法是：按3%，4%，5%，6%，7%五種不同的水泥劑量配制同一種合成級(jí)配的不同含水率的混合料，含水率可按經(jīng)驗(yàn)配成1%，3%，5%，7%，9%。這樣就要配25個(gè)混合料分別擊實(shí)(平行試驗(yàn)應(yīng)配50個(gè)混合料)。按擊實(shí)結(jié)果繪制出含水率—干密度關(guān)系曲線圖，確定出這五種不同水泥劑量最大干密度和對(duì)應(yīng)最佳含水率。在完成擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)有幾個(gè)應(yīng)注意的事項(xiàng)：1)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的擊實(shí)均應(yīng)采用丙法，即錘質(zhì)量4.5 kg、落高45 cm、大試筒、分三層、每層98次。2)加入水泥后應(yīng)在1 h內(nèi)完成擊實(shí)試驗(yàn)，拌合超過1 h后應(yīng)作廢。3)嚴(yán)格控制擊實(shí)后試件高度，最后一層擊實(shí)后高度不得超過6 mm。4)測(cè)定水泥穩(wěn)定混合料含水率時(shí)應(yīng)事先將烘箱的溫度調(diào)整到110 ℃，以使放入的試樣能立即在105 ℃～110 ℃的溫度下烘干(這一點(diǎn)尤其重要，否則會(huì)造成含水率測(cè)定不準(zhǔn))。5)整理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。

忠墊高速公路經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)所得的不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水率如表4所示。

表4 不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水率表

到此完成配合比設(shè)計(jì)的第二步，通過擊實(shí)試驗(yàn)得到了各種不同水泥劑量混合料的最大干密度和最佳含水率。

第三，成型不同水泥劑量的無側(cè)限試件各一組(按要求每組13個(gè)試件)。據(jù)每組試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果確定室內(nèi)配合比的水泥劑量。

1)按設(shè)計(jì)規(guī)定的壓實(shí)度及不同水泥劑量混合料的最大干密度、最佳含水率分別制備試件。計(jì)算公式為：

M=最大干密度×壓實(shí)度×(1+最佳含水率)×∏r2×15cm。

加入水泥后的混合料應(yīng)在1h內(nèi)完成試件制備。制備試件的方法采用靜力壓實(shí)法?；旌狭戏?次～3次灌入，每次灌入后用夯棒輕輕均勻夯實(shí)。

2)試件在規(guī)定的溫度下保濕養(yǎng)生6d，浸水24h后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。養(yǎng)生時(shí)應(yīng)用塑料薄膜包裹。整個(gè)養(yǎng)生期間的溫度應(yīng)保持在23 ℃～27 ℃范圍以內(nèi)。在養(yǎng)生期間的質(zhì)量損失不得超過規(guī)定的要求。在強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀上進(jìn)行，使試件的形變等速增加，并保持速率為1mm/min，記錄試件破壞時(shí)的最大壓力。

3)分別計(jì)算各種不同水泥劑量的試件結(jié)果的平均值和變異系數(shù)。

4)根據(jù)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)選定合適的水泥劑量，此劑量試件室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的平均值應(yīng)符合公式：

R≥Rd(1-ZaCv)。

其中，R為試件的平均值；Rd為設(shè)計(jì)的抗壓強(qiáng)度；Cv為試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù)；Za為保證率系數(shù)，一般取1.645。

經(jīng)過試驗(yàn)，不同水泥劑量的無側(cè)限試件其抗壓強(qiáng)度平均值及偏差系數(shù)如表5所示。

表5 不同水泥劑量的無側(cè)限試件抗壓強(qiáng)度及偏差系數(shù)

由表5可得出：當(dāng)水泥劑量為4%時(shí)，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均

值滿足公式R≥Rd(1-ZaCv)要求,且水泥用量較低。據(jù)此可確定水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層的水泥劑量為4%?？紤]到工地施工時(shí)的不均勻性，在集中廠拌時(shí)水泥劑量還增加0.5%,即施工時(shí)的水泥劑量應(yīng)為4.5%。

第四,水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

在完成上述過程后還應(yīng)在室內(nèi)繪制好標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于工地快速測(cè)定水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料中的結(jié)合料劑量及拌合物的均勻性，即EDTA滴定法。其方法為：

1)選取有代表性的各種集料及水泥按已定的配合比例，配制300 g混合料放在搪瓷杯中，攪散并加入10%的氯化銨溶液600 mL。2)攪拌3 min，放置沉淀4 min，直到出現(xiàn)澄清懸浮液為止，記錄時(shí)間，用大肚轉(zhuǎn)液管移上部清液10 mL置于三角瓶?jī)?nèi)。3)加入1.8%氫氧化鈉,加入鈣紅指示劑并搖勻，此時(shí)溶液呈酒紅色。4)用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定酒紅色溶液到純藍(lán)色為止，記錄消耗量。按上述操作步驟分別滴定水泥劑量2%，3%，4%，5%，6%時(shí)所消耗的EDTA數(shù)量，由此建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

經(jīng)過試驗(yàn)，忠墊高速公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

經(jīng)過以上的幾步工作，我們便完成了水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層的配合比設(shè)計(jì)，得出了室內(nèi)配合比：

(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)∶水泥∶水=27∶16∶20∶37∶4∶5.4，最大干密度為2.34 g/cm3。

在完成了室內(nèi)配合比的設(shè)計(jì)工作后，還應(yīng)通過試驗(yàn)段的試鋪及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)配合比及全套施工設(shè)備的能力和施工組織工作進(jìn)行全面的檢驗(yàn)。試驗(yàn)部門應(yīng)完成的主要現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作有：含水率、級(jí)配檢測(cè)、水泥劑量、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、壓實(shí)度、鉆芯完整性檢測(cè)、平整度及回彈彎沉等。只有當(dāng)各項(xiàng)檢測(cè)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求才能進(jìn)行下道工序的施工。

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)過程雖較為復(fù)雜，涉及的試驗(yàn)方法多，時(shí)間長(zhǎng)，但只要嚴(yán)格按照上述幾個(gè)設(shè)計(jì)過程，它還是有章可循的。通過以上的簡(jiǎn)述，但愿對(duì)從事瀝青路面基層施工的人員有所幫助。

[1] JTJ 057—1994，公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

Abstract: Combining with the engineering cases, the paper introduces the process for the proportional ratio design of the cement stable gradation broken base of highways, and illustrates the precautions in the proportional ratio design process, so as to identify the stable gravel proportional ratio, and ensure the roadbed quality and performance.

Key words: cement stable macadam, proportional ratio, cement, water content ratio

On proportional ratio design of cement stable gradation broken base

Song Dongmei

(TheFifthEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway2ndBureau,Chengdu610091,China)

2016-03-17

宋冬梅(1976- )，女

1009-6825(2016)15-0157-02

U416.214

A