骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石底基層配合比設(shè)計(jì)

【摘 要】水泥穩(wěn)定碎石基層具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好以及剛度大等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。本篇文章綜述了某高速項(xiàng)目部水泥穩(wěn)定碎石底基層配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，分析了該項(xiàng)目底基層技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧暇唧w情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了底基層混合料的最佳配合比，有效降低了項(xiàng)目施工成本，達(dá)到了保證工程質(zhì)量的效果。

【關(guān)鍵詞】骨架密實(shí)型 底基層 配合比設(shè)計(jì)

1 設(shè)計(jì)要求

某高速公路土建標(biāo)底基層采用骨架密實(shí)型混合料，以碎石構(gòu)成骨架，水泥作為填充結(jié)合料的嵌擠型結(jié)構(gòu)，從而確保路面有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。底基層混合料試件成型宜采用振動(dòng)成型方法。

1.1 材料要求

（1）水泥：宜選用終凝時(shí)間較長（宜在6h以上，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)初凝、終凝時(shí)間較長，可以摻入0.5～2.0%的緩凝劑）的水泥。當(dāng)選用硅酸鹽水泥時(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)；選用其他水泥時(shí)，其水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)?？煊菜?、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥不得使用。（2）碎石：碎石最大粒徑≤37.5mm，集料壓碎值≤30%，有機(jī)質(zhì)含量≤2%，硫酸鹽含量≤0.25%。

1.2 混合料級(jí)配要求

設(shè)計(jì)要求的方孔篩及通過質(zhì)量百分率分別為：37.5mm篩上100%、31.5mm篩上100%、19.0mm篩上68%～86%、9.5mm篩上38%～58%、4.75mm篩上22%～32%、2.36mm篩上16%～28%、0.6mm篩上8%～15%、0.075mm篩上0%～3%。

1.3 材料配合比技術(shù)指標(biāo)及壓實(shí)度要求

底基層混合料的水泥摻加劑量根據(jù)7天（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)）齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.0MPa）確定，且水泥劑量不大于3.0%；壓實(shí)方法應(yīng)采用振動(dòng)成型，壓實(shí)度不小于97%。

2 原材料性質(zhì)檢測

本次水泥穩(wěn)定碎石底基層配合比設(shè)計(jì)采用原材料為（16～31.5）mm碎石、（10～20）mm碎石、（5～10）mm碎石、石屑及水泥。

（1）水泥檢測：水泥采用新鄉(xiāng)平原同力水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5，經(jīng)檢驗(yàn)，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，檢驗(yàn)結(jié)果如下：1）細(xì)度1.0%；2）凝結(jié)時(shí)間：初凝時(shí)間334min、終凝時(shí)間430min；3）安定性2.0%；4）膠砂強(qiáng)度：3d抗折強(qiáng)度3.1 MPa、3d抗壓強(qiáng)度17.3 MPa、28d抗折強(qiáng)度7.0 MPa、28d抗壓強(qiáng)度42.3 MPa。上述各種檢驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，自檢情況合格。（2）集料檢測：礦料的實(shí)測壓碎值22.1%，對碎石及石屑采用水洗法進(jìn)行篩分，各檔礦料篩分結(jié)果見表1。

3 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)礦料水洗篩分試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)。為了使水泥穩(wěn)定碎石在保證力學(xué)強(qiáng)度的前提下，盡量減少其溫縮、干縮開裂，同時(shí)提高其抗沖刷能力，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)增加混合料中粗集料含量，并限制粉料用量。具體級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見表2，礦料合成級(jí)配曲線圖1。

4 最佳含水量、最大干密度的確定

4.1 振動(dòng)試驗(yàn)儀參數(shù)設(shè)置

振動(dòng)試驗(yàn)儀為上置式振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備，可近似模擬振動(dòng)壓路機(jī)在材料表面的作業(yè)狀況，其儀器參數(shù)如下：（1）振動(dòng)頻率30 Hz；（2）偏心塊夾角60°；（3）激振力6800N；（4）面壓力0.1 MPa；（5）振幅1.4 mm；（6）振動(dòng)時(shí)間3 min左右。備注：中等含水量以壓頭回彈跳起達(dá)到耦合狀態(tài)為振動(dòng)時(shí)間控制條件；較高含水量以試件擠出漿體狀態(tài)為振動(dòng)時(shí)間控制條件。

4.2 最佳含水量、最大干密度確定

按照表4中的振動(dòng)參數(shù)，采用振動(dòng)壓實(shí)成型方法，分別按2.7%、3.2%、3.7%、4.2%和4.7%五個(gè)不同用水量確定水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%的最佳含水量和最大干密度。不同水泥劑量下的最佳含水量及最大干密度檢測結(jié)果見圖2、圖3、圖4。

不同水泥劑量下的最佳含水量及最大干密度檢測結(jié)果如下：當(dāng)水泥劑量為2.5%時(shí)，最佳含水量為3.4%、最大干密度為2.429 g/cm3；當(dāng)水泥劑量為3.0%時(shí)，最佳含水量為3.6%、最大干密度為2.435 g/cm3；當(dāng)水泥劑量為3.5%時(shí)，最佳含水量為3.7%、最大干密度為2.445 g/cm3。

5 7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測

根據(jù)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E51-2009試驗(yàn)方法，采用設(shè)計(jì)預(yù)選的2.5%、3.0%、3.5%三個(gè)水泥劑量分別做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，成型試件按照97%的壓實(shí)度控制。將成型好的試件用塑料袋包裹后放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室鐵架或木架上，間距至少10-20mm，避免用水直接沖淋，養(yǎng)生7天，養(yǎng)生溫度為20±2℃，相對濕度為大于95%，在養(yǎng)生的最后一天（第七天）將試件浸水。不同水泥劑量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果如下：當(dāng)水泥劑量為2.5%時(shí)，平均抗壓強(qiáng)度4.3 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差0.44 MPa、變異系數(shù)10.3%、強(qiáng)度代表值Rc0.953.6 MPa≥2.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)水泥劑量為3.0%時(shí)，平均抗壓強(qiáng)度5.5 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差0.47 MPa、變異系數(shù)8.5%、強(qiáng)度代表值Rc0.954.7 MPa≥2.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)水泥劑量為3.5%時(shí)，平均抗壓強(qiáng)度6.5 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差0.59 MPa、變異系數(shù)9.0%、強(qiáng)度代表值Rc0.955.5 MPa≥2.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。通過上述數(shù)據(jù)得出的結(jié)論：水泥劑量與抗壓強(qiáng)度代表值之間存在一定的線性關(guān)系，水泥劑量越大，抗壓強(qiáng)度值越大，反之亦然。

6 試驗(yàn)室配合比的確定

根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果可知：水泥劑量2.5%、3.0%、3.5%時(shí)，試件的95%概率的強(qiáng)度代表值RC0.95均大于委托方提供的設(shè)計(jì)要求值2MPa。綜合考慮工程情況，現(xiàn)場施工拌和及施工不均勻性，推薦該底基層配合比水泥劑量采用3.0%。水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如下：1、礦料比例（%）：16～31.5mm：10～20mm： 5～10mm：石屑=23：29：25：23；2、水泥劑量3.0%，最佳含水量：3.6%，最大干密度2.435 g/cm3。

7 結(jié)語

石屑往往是原材料質(zhì)量控制中的薄弱環(huán)節(jié)。石屑粉塵含量過多，易致使半剛性基層溫縮、干縮開裂，路面運(yùn)營中產(chǎn)生反射裂縫，造成路面早期損壞。建議工程中應(yīng)加強(qiáng)對石屑質(zhì)量的控制：0.075mm通過率應(yīng)不大于15%（水洗法）；小于0.6mm的顆粒液限小于28%，塑性指數(shù)小于9；砂當(dāng)量應(yīng)不小于50%。

作者簡介：杜素環(huán)（1981—）女，本科，畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院工程力學(xué)系，工程師，主要從事施工技術(shù)管理方面的工作。