水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)與路用性能

王維海/遼寧省交通廳公路管理局

水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)與路用性能

王維海/遼寧省交通廳公路管理局

近年來，我國高速公路飛速發(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。

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)，對其進(jìn)行質(zhì)量檢測是水泥穩(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),延長其使用壽命,對于水泥穩(wěn)定碎石材料在我國的應(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必須進(jìn)行全面的檢測，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)過拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等一系列工序，施工過程較長，因此在選擇水泥時要選擇初凝時間不小于3小時，終凝時間不少于6小時的，強(qiáng)度等級為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，每組試件的個數(shù)應(yīng)根據(jù)偏差系數(shù)來決定，（偏差系數(shù)在10%～15%，制取9個試件；在15%～20%，制取13個試件），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)施工時水泥劑量應(yīng)增加0.5%～1.0%。

用碎石、石屑、砂礫組成一定級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)度并加以評定，來驗(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)過程中要注意的事項(xiàng)。首先要對原材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，在進(jìn)入施工現(xiàn)場之前做好充分、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，必要時通過進(jìn)行含水率檢測試驗(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.無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長規(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)定級配碎石的抗壓強(qiáng)度是評價其路用性能的一個重要指標(biāo)，是道路結(jié)構(gòu)分析中的一個重要參數(shù)。依據(jù)最新的《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》CJTG-2009)評價水泥穩(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)長一段時間才能完成其化學(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)度隨齡期增長也在逐漸增長，但是不同時間段增長幅度是存在差異的。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，對基層的回彈模量由嚴(yán)格的要求。基層的路用性能對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。一般來說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小;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“擴(kuò)張作用”，“表面張力作用”和“冰凍作用”三個過程，對水泥穩(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

本文對水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳盡的論述，指出配合比設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題，對進(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)定級配碎石配合比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工技術(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)定級配碎石配合比設(shè)計(jì)、優(yōu)化施工方案以達(dá)到為社會創(chuàng)造更多、更大的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益的目標(biāo)。

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[2]王考利.高等級公路水泥穩(wěn)定級配碎石基層施工技術(shù)[J].山西建筑，2007.