公路工程無機結(jié)合料配合比設計的探討

王曉軍

【摘 要】目前我國新建高等級公路工程，其基層結(jié)構(gòu)形式主要為無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層，之所以廣泛采用無機結(jié)合料作為主要建筑材料，是因為它具有穩(wěn)定性好，抗凍性強，結(jié)構(gòu)本身自成板體等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】公路工程；無機結(jié)合料；擊實、抗壓試驗；配合比設計

1.公路工程無機結(jié)合料設計依據(jù)

公路工程無機結(jié)合料設計依據(jù)是現(xiàn)行的《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTG/T F20-2015），《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）。在《公路路面基層施工技術(shù)細則》中，提出采用間斷、密實型的級配構(gòu)成原理，改進了無機結(jié)合料穩(wěn)定級配碎石或礫石等材料的級配設計方法；調(diào)整了無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的強度標準，增加了目標配合比和生產(chǎn)配合比的設計內(nèi)容與要求。

2.公路工程無機結(jié)合料主要試驗指標

2.1無側(cè)限抗壓強度

2.1.1試件尺寸對無側(cè)限抗壓強度的影響。

大量的試驗數(shù)據(jù)表明，無側(cè)限抗壓試件的幾何尺寸對強度的影響是非常大的，基層無側(cè)限抗壓強度試驗視粒料組成不同，通常采用直徑50mm、100mm、150mm的三種圓柱體試件。試件成型后，應用游標卡尺測量試件的有效尺寸，并精確到0.1mm。實際制件過程中，試件高度往往難以達到這一精度，從而出現(xiàn)實際試件質(zhì)量與理論試件質(zhì)量存在較大偏差，導致試驗數(shù)據(jù)的偏差系數(shù)經(jīng)常超出規(guī)定值，而最終造成試驗失敗。

2.1.2試件成型對無側(cè)限抗壓強度的影響。

在抗壓試件整個成型過程中，無機結(jié)合料的最大粒徑、無機結(jié)合料的稱量、用水量、拌和均勻性、裝入試模的均勻性、靜壓的速率控制、脫模的手段等這些程序過程是比較關(guān)鍵的，不得輕視，往往一切的工作目標就會因為抗壓試件成型過程中不精細，就會造成成型試件的各種偏差，要不是尺寸不合格、要不是無側(cè)限抗壓強度值偏差過大，而失敗。作為有經(jīng)驗的試驗人員或試驗室主任應加強此項工作的監(jiān)管力度。

2.1.3養(yǎng)生條件對無側(cè)限抗壓強度的影響。

公路工程進行無機結(jié)合料的配合比設計及施工過程中對現(xiàn)場的混合料進行強度檢驗時，根據(jù)規(guī)范要求，都對試件進行標準養(yǎng)生，這是確定無機結(jié)合料抗壓強度能否滿足設計要求的重要因素。

2.2結(jié)合料劑量

在對無機結(jié)合料混合料進行配合比設計時，確定合理的結(jié)合料劑量是保證基層質(zhì)量的關(guān)鍵。眾所周知，無機結(jié)合料容易產(chǎn)生干、溫縮裂縫，養(yǎng)生不足及細料偏多均可造成這一現(xiàn)象。然而，過大的結(jié)合料劑量，特別是水泥劑量會直接導致干縮裂縫的產(chǎn)生及造成經(jīng)濟上的浪費；過低的結(jié)合料劑量則會產(chǎn)生強度不足，離散性偏大后果。

2.3混合料級配

混合料級配對無機結(jié)合料的質(zhì)量有著顯著影響。例如：水泥穩(wěn)定粒料如采用級配良好的碎石，水泥劑量在4%～5%就可達到規(guī)范要求，同樣用不良級配的天然砂礫，就需用6%以上水泥劑量方可達到規(guī)定要求。

2.4擊實標準

擊實標準的確定是路面施工的重要技術(shù)指標，保證各層的壓實度對路面各個結(jié)構(gòu)層強度、對路面整體的承載能力、使用壽命和使用性能都有重大影響。在施工過程中，對無機結(jié)合料及時進行擊實試驗，可正確地指導生產(chǎn)，保證基層的整體質(zhì)量。

3.公路工程無機結(jié)合料擊實、無側(cè)限抗壓強度試驗及配合比確定

3.1準備工作：（甲法）

3.1.1備料。

將己篩分的試樣用四分法逐次分小，至最后取出約10～15kg試料。再用四分法將已取出的試料分成5～6份，每份試料的干質(zhì)量為2.Okg（對于細粒土）或5.5kg（對于各種中粒土）。

3.1.2加水量的控制。

預定5～6個不同含水率，依次相差1%～2%，且其中至少有兩個大于和兩個小于最佳含水率。天然砂礫土，級配集料等的最佳含水率與集料中細土的含量和塑性指數(shù)有關(guān)，一般變化在5%～9%之間。對于細土少的、塑性指數(shù)為0的級配碎石，其最佳含水率接近4%～5%。但摻加無機結(jié)合料穩(wěn)定類料最佳含水率可能較相應的材料大上1%～3%。如果采用有天然含水率的集料，天然含水率必須進行測量，否則直接影響試驗結(jié)果的準確性。另通過混合料實際含水率的測定，可以確定施工過程中水流量計的設定范圍。

3.2加入穩(wěn)定材料時間的控制

穩(wěn)定材料加水后按規(guī)定的時間進行浸潤，但當所用的穩(wěn)定劑為水泥時，水泥應在試樣擊實前逐個加入，因水泥遇水就開始發(fā)生水化反應。從加水拌和到進行擊實試驗間隔的時間越長，水泥的水化作用和結(jié)硬程度就越大。

3.3擊實的過程質(zhì)量控制

試料是一種固、液、氣三相體，土顆粒之間被水和氣體所占據(jù)，裝入擊實筒的試料必須是拌和均勻，且分層裝入時保持均勻性。在試料壓實的過程中氣體被擠出，部分顆粒被破壞，致使體積縮小，飽和度增加，從而改變了試料的級配及結(jié)構(gòu)，導致粒徑變細、比表面積增大。所以，一般情況下試料不得重復使用，而應采用新試料進行試驗。

3.4擊實曲線的繪制

同一試樣需配制成5份以上不同含水量的樣品，分別測定含水率和相應的試件質(zhì)量，從而得到不同含水率下的干密度。以干密度為縱坐標，以含水率為橫坐標，繪制含水量一干密度的關(guān)系曲線，從而確定無機結(jié)合料最大干密度和最佳含水率。擊實曲線必須為凸形的曲線，如果試驗點不足以連成完整的凸形曲線，則應該進行補充試驗。

3.5無側(cè)限抗壓強度試驗準備

抗壓強度試料分樣與擊實試驗相同，對于同一無機結(jié)合料混合料，需要制備相同狀態(tài)的試件數(shù)量（即平行試驗的數(shù)量）與土類及操作的仔細程度有關(guān)。對于無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土，至少應制6個試件；對于無機料穩(wěn)定中粒土和粗粒土，至少應分別制9個和13個試件。

3.6無側(cè)限抗壓強度試件的成型與試驗

試件的成型與養(yǎng)護必須遵循1.1.2、1.1.3的要求，另外在準備每個試件用量時，要考慮設計的壓實度，一般情況下采用擊實干密度用料的98%，即實際用試料為最佳干密度的98%。在成型或養(yǎng)護過程中，必須做到精細、保持試件完整性，避免試件在養(yǎng)護過程中的溫度、濕度的變化過大、以及測試抗壓強度前出現(xiàn)破損或掉角現(xiàn)象的出現(xiàn)，否則將會極大影響最終的試驗結(jié)果。

將濕養(yǎng)6天、浸水1天的試件從水中取出，用軟布吸去試件表面的水分，測試質(zhì)量與高度后，放在具有開機停機均靈活自如，能夠滿足試件噸位要求，且加載速率可以有效控制在1mm/min壓力機或路強儀上進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

3.7無側(cè)限抗壓強度計算與最佳結(jié)合料劑量確定

試件無側(cè)限抗壓強度Rc用下列公式計算：對于小試件：Rc=P/A=0.00051P（MPa），對于中試件：Rc=P/A=0.000127P（MPa），對于大試件：Rc=P/A=0.000057P（MPa）。同一組抗壓試驗的變異系數(shù)CV（%）應符合下列規(guī)定：小試件<10%，中試件10%～15%，大試件不大于15%～20%。計算試驗結(jié)果參數(shù)有：強度最小值和最大值、平均值、標準差S、變異系數(shù)CV和強度代表值。

4.結(jié)語

在當今時代，公路行業(yè)從業(yè)人員都在努力尋找更經(jīng)濟的材料，掌握嫻熟施工方法，從而減少工期，獲得更大的經(jīng)濟利益。而無機結(jié)合料這種新型基層材料定會為每個施工單位所追逐的質(zhì)量、工期和經(jīng)濟效益提供更大的幫助，而在公路工程建設中，配合比設計是應用最普遍的方法，也是非常重要的試驗項目。

參考文獻：

[1]交通運輸部.公路路面基層施工技術(shù)細則（JTG/T F20-2015）2015.5

[2]交通運輸部.公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）2009.10

[3]劉雄偉.無機結(jié)合料穩(wěn)定基層的施工與質(zhì)量檢測研究[J].黑龍江交通科技.2013（05）endprint