水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)與路用性能

王維海

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)高速公路飛速發(fā)展，水泥穩(wěn)定碎石作為基層結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。水泥穩(wěn)定碎石基層以強(qiáng)度高、剛性大、穩(wěn)定性好、工程造價(jià)較低、施工方便快速特點(diǎn)、因而受到廣泛的應(yīng)用，但也易出現(xiàn)跳子、松散、裂縫等主要病害，因此設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的配合比顯得尤為重要。本文主要分析水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)與路用性能。

【關(guān)鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石基層；配合比設(shè)計(jì)；路用性能

引言：

水泥穩(wěn)定碎石基層的配合比設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面均對(duì)路面工程有較大影響。因此，把握好配合比設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)是水泥穩(wěn)定碎石基層建設(shè)的重點(diǎn)。本文系統(tǒng)的研究了水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)和路用性能，以減少水泥穩(wěn)定碎石基層早期病害的產(chǎn)生，提高水泥穩(wěn)定碎石基層路用性能指標(biāo)，延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石材料在我國(guó)的應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)

1.水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)。

水泥穩(wěn)定碎石的主要原材料是水泥、碎石以及石屑，原材料的質(zhì)量直接影響基層的施工質(zhì)量，因此在選擇原材料時(shí)必須進(jìn)行全面的檢測(cè)，保證原材料能夠合格。由于水泥穩(wěn)定碎石基層混合料要經(jīng)過(guò)拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等一系列工序，施工過(guò)程較長(zhǎng)，因此在選擇水泥時(shí)要選擇初凝時(shí)間不小于3小時(shí)，終凝時(shí)間不少于6小時(shí)的，強(qiáng)度等級(jí)為32.5或42.5普通硅酸鹽或礦渣硅酸鹽水泥；碎石最大粒徑小于31.5mm、壓碎值不大于30%；石屑液限值小于28%、塑性指數(shù)應(yīng)小于9；拌合用水最好為飲用水。

試驗(yàn)人員按照重型擊實(shí)法確定混合料的最大干密度和最佳含水量，然后按照不同水泥劑量分組試驗(yàn)，制備不同比例的混合料，每組試件的個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)偏差系數(shù)來(lái)決定，（偏差系數(shù)在10%～15%，制取9個(gè)試件；在15%～20%，制取13個(gè)試件），從中選出標(biāo)準(zhǔn)的、符合規(guī)格的配合比用于生產(chǎn)施工。以某工程為例，試驗(yàn)得出礦料的摻配比例為16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：4.75mm～9.5mm碎石：石屑=12：22：28：38，最佳含水量為5.6%，最大干密度為2.37g/cm3，水泥的劑量為4%，實(shí)際生產(chǎn)施工時(shí)水泥劑量應(yīng)增加0.5%～1.0%。

用碎石、石屑、砂礫組成一定級(jí)配的混合料配合比的設(shè)計(jì)工作，是以節(jié)省石屑增加施工和易性，保證路基質(zhì)量和使路面底基層具有良好的強(qiáng)度和板體性，減少混合料離析為原則。通過(guò)優(yōu)化配合比試驗(yàn)，確定施工配合比為4%水泥用量，其中集料的摻配比例分為兩組：第一組16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=20：25：35：20，碾壓混合料的最佳含水量為6.8%，最大干密度為2.225g/cm3；第二組16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=15：25：40：25，碾壓混合料最佳含水量為7.0%，最大干密度為2.230g/cm3，兩組配合比可以根據(jù)實(shí)際情況靈活選用。

2.配合比設(shè)計(jì)流程。

（1）制件。采用150mm圓柱體試模進(jìn)行試件的制備，制件個(gè)數(shù)如前所述，試件所需混合料質(zhì)量按照工地壓實(shí)度98%來(lái)計(jì)算，采用壓力機(jī)壓實(shí)成型后脫模、稱重后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（2）試壓。試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6天，浸水一天后取出，再次稱重，如果質(zhì)量損失超過(guò)10g，試件便作廢，稱量后用稍濕毛巾吸干試件表面的自由水，用強(qiáng)度試驗(yàn)儀加以試壓，加荷速度為1mm/min。最后確定試壓強(qiáng)度并加以評(píng)定，來(lái)驗(yàn)證配合比是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

（3）配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意的事項(xiàng)。首先要對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之前做好充分、詳細(xì)的調(diào)查檢驗(yàn)，水泥質(zhì)量要滿足技術(shù)規(guī)范指標(biāo)要求，碎石含泥量必須符合設(shè)計(jì)要求，碎石規(guī)格要求必須一致；要根據(jù)天氣情況用水量做適當(dāng)調(diào)整，必要時(shí)通過(guò)進(jìn)行含水率檢測(cè)試驗(yàn)確定應(yīng)加水量；嚴(yán)格控制0.075mm以下顆粒含量及0.6mm以下顆粒的塑性指數(shù)；養(yǎng)護(hù)條件一定要符合要求，試壓速率控制在1mm/min以內(nèi)。

二、水泥穩(wěn)定碎石基層路用性能

1.無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。

水泥穩(wěn)定碎石基層在路面結(jié)構(gòu)中的主要就是起承重作用，因此必須有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度。水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的抗壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)其路用性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是道路結(jié)構(gòu)分析中的一個(gè)重要參數(shù)。依據(jù)最新的《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》CJTG-2009）評(píng)價(jià)水泥穩(wěn)定碎石混合料質(zhì)量的唯一的指標(biāo)就是混合料7d無(wú)側(cè)限飽水抗壓強(qiáng)度。水泥穩(wěn)定類材料需要持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間才能完成其化學(xué)反應(yīng)。因此，在環(huán)境溫度大致相同的情況下，水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)也在逐漸增長(zhǎng)，但是不同時(shí)間段增長(zhǎng)幅度是存在差異的。所以，不但要知道其早期強(qiáng)度，還要了解其發(fā)展規(guī)律，只有掌握了其發(fā)展規(guī)律，才能夠根據(jù)需要強(qiáng)度選用不同材料，選用不同水泥劑量這樣才能真正發(fā)揮水泥穩(wěn)定碎石的優(yōu)點(diǎn)。

2.抗壓回彈模量的增長(zhǎng)規(guī)律。

回彈模量是表征路面基層剛度變形的重要參數(shù)，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一。在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)基層的回彈模量由嚴(yán)格的要求?；鶎拥穆酚眯阅軐?duì)回彈模量的變化非常敏感，嚴(yán)重影響基層的抗裂性能。因此對(duì)基層回彈模量其隨齡期的變化的規(guī)律進(jìn)行研究是很有必要的?；貜椖Ａ康脑囼?yàn)方法主要采用頂面法。

3.溫縮性能分析。

組成水泥穩(wěn)定碎石混合料的三相，即礦物顆粒組成的固相、液相和氣相在氣溫降低過(guò)程中相互作用使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮。一般來(lái)說(shuō)組成固相的礦物顆粒原材料中砂礫以上顆粒的溫度收縮較??；而粉粒以下的物質(zhì)，特別是粘土礦物的溫縮變形較大。粘土與其它膠體顆粒的溫縮變形性能與其擴(kuò)散層厚度成正比。水泥穩(wěn)定碎石混合料中各礦物有較大的溫度收縮性。存在于水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部的大孔隙，毛細(xì)孔和凝膠孔中的水通過(guò)“擴(kuò)張作用”，“表面張力作用”和“冰凍作用”三個(gè)過(guò)程，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料的溫度收縮性將產(chǎn)生極大的影響。使水泥穩(wěn)定碎石材料在干燥和飽水狀態(tài)下有較小的溫度收縮值，而在一般含水量下有較大的溫度收縮值。

4.干縮特性研究。

水泥與各種粗細(xì)集料碎石經(jīng)水拌和碾壓后，由于水分不斷蒸發(fā)，混合料中的水分會(huì)不斷減少而引起水泥穩(wěn)定碎石材料產(chǎn)生體積收縮現(xiàn)象稱為干縮。影響水泥穩(wěn)定碎石材料干縮性能的主要因素有以下幾種：材料類型及其物理化學(xué)性質(zhì)、材料礦物成分、所設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石配合比、設(shè)計(jì)道路的強(qiáng)度壓實(shí)度及含水量大小和養(yǎng)生環(huán)境條件有密切關(guān)系。

三、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳盡的論述，指出配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，對(duì)進(jìn)一步提高水泥穩(wěn)定碎石路用性能的技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)。水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)關(guān)系著公路的施工質(zhì)量及之后的維修、成本等等，一定要合理科學(xué)的設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)、優(yōu)化施工方案以達(dá)到為社會(huì)創(chuàng)造更多、更大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益的目標(biāo)。

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