淺談水泥穩定砂礫基層骨架密實結構配合比設計方法

摘要:主要闡述水泥穩定砂礫底基層混合料原材料控制，骨架密實結構配合比設計方法，結合配合比在施工中的實踐為依據，然后提出工程合理建議級配，理論聯系實際，提出優化配合比設計的幾個途徑。

關鍵詞:水泥 砂礫 基層 骨架密實結構 配合比 設計方法

0 引言

水泥穩定級配混合料是當今國內外使用最普遍的一種半剛性基層材料，其中又以水泥穩定碎石性能最為優異，使用范圍較廣泛。水泥穩定砂礫基層，由水泥、級配砂礫、填料，按照一定比例混合，加水拌和、攤鋪、碾壓并養護而成的一種結構層。它具有較高的強度，有一定的板體性和較好的穩定性。骨架密實結構同傳統懸浮密實結構相比，具有能夠形成有效的骨架嵌擠結構、提高抗壓強度、降低水泥用量、有效減少路面裂縫的發生等突出特點，很大程度上解決了傳統設計理念下瀝青路面底基層、基層病害的發生，值得推廣應用。

1 組成材料的技術要求

1.1 水泥

要求水泥強度等級不低于32.5MPa;水泥細度、安定性等應符合規范要求;使用緩凝的普通硅酸鹽水泥，禁止使用快硬水泥，早強水泥。同時要求水泥初凝時間3h以上，終凝時間不小于6h。若采用散裝水泥，在水泥進場入罐時，要了解其出爐天數，剛出爐的水泥，要停放7天，且安定性合格后才能使用。

夏季高溫作業時，散裝水泥入罐溫度不能高于50℃;高于這個溫度，又必須使用時，應采用降溫措施;冬季施工，水泥進入拌缸溫度不應低于10℃。

1.2 砂礫

砂礫取自施工所在地的涇河中，保證材料均勻和含泥量控制在規范規定范圍內。在水泥穩定砂礫底基層施工質量控制過程中，要控制兩個方面:①砂礫的最大粒徑不應超過37.5mm;②4.75mm以上礫石含量不應低于60%。

1.3 水:一般采用人畜能飲用的水。

2 水泥穩定砂礫基層設計方法

2.1 主骨料級配確定

2.1.1 確定骨料規格D0(一般選取2-4cm料)，將一定質量的此粒徑的骨料分三次放入擊實筒中，每次按重型擊實98次后量測其擊實后的高度，計算其擊實密度，算出空隙率。

2.1.2 以D0用量為100，D0的下一級為l/2 D0(1-2cm)，以D0用量的5%為步長，將D1逐次摻入D0中，每次摻入后，擊實，測定擊實密度，建立填充數量與擊實密度關系曲線。

2.1.3 選擇D1的合理用量，測得最佳的填隙率;以此類推，進行二、三、四、五級填充，最后分別得到各級粒徑的最佳填充比例，即主骨料的級配。

2.2 混合料的組成設計

2.2.1 組成設計原則:

①水泥穩定碎石底基層、基層級配應達到骨架密實結構，集料粒徑大于4.75mm的骨料含量宜在65%以上，大于2.36mm的集料含量宜大于80%，小于0.075mm顆粒含量宜接近0，最大不應超過3%。(推薦級配要求詳見表2)。②在達到強度的前提下，采用較小水泥劑量，但應考慮施工的不均勻性;③改善集料級配，減少水泥用量，使水泥用量不宜大于4.2%;

2.2.2 水泥劑量的配制可采用: 2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%五種劑量;

2.2.3 每種劑量的試件制取13個(最小數量)。

2.2.4 試件必須在規定的溫度(20±2℃)保濕養生6天，浸水養生1天后測定無側限抗壓強度，計算結果的平均值、偏差系數，并計算RX(1-1.645Cv)是否大于Rd(設計強度)。

2.2.5 根據設計劑量做水泥延遲時間對混合料強度的影響試驗，并通過試驗確定應該控制的延遲時間。

2.2.6 骨架密實結構水泥穩定砂礫(碎石)建議級配

骨架密實型水泥穩定集料級配

2.3 配合比驗證結果

2.3.1 根據確定的最佳含水量，拌制水泥穩定砂礫混合料，按要求壓實度(重型擊實標準，壓實度97%)制備混合料試件，在標準條件下養護6天浸水24h后取出，做無側限抗壓強度。

2.3.2 最終確定的生產配合比為:37.5-19mm礫石:19-4.75mm礫石:4.75-0mm石屑=(28%:37%:35%)。按此配合比生產的混合料骨架結構好，集料依次從大到小的逐級填充，顆粒與顆粒之間緊鎖嵌擠，基本能滿足骨架密實結構的要求。

2.3.3 在生產控制中嚴格控制混合料中4.75mm以上礫石含量，控制在65%-70%之間，從而能保證整體結構中骨架的良好形成。

2.3.4 室內浸水7天無側限抗壓強度，R0.95大于3.5Mpa。一般在3.5Mpa-4Mpa之間。水泥劑量為3.5%-4%之間。

2.4 現場取芯質量情況

在正常施工季節中項目的底基層一般在3-5天內鉆芯取樣完整、密實，3天及7天150mm芯樣無側限強度能達到2.5Mpa及4Mpa以上，從芯樣壓裂程度來看強度主要來自結構中各集料骨架強度。

3 配合比設計在生產實踐中的應用

陜西省鳳翔路口-永壽高速公路，設計路面底基層采用水泥穩定砂礫。級配組成采用骨架密實結構進行設計施工，設計強度為2.5MPa。在施工過程中一方面對骨架密實結構級配進行試驗分析，選擇合理的級配組成配比;另一方面，從填料、結合料入手，改變傳統觀念，摸索出了一些在保證強度的前提下有效的降低水泥用量，同時減少裂縫的途徑。

3.1 級配組成

采用骨架密實設計思路和方法，并參照《鳳永高速公路路面施工細則》的建議級配，經工地試驗室的反復試驗，最終選定的級配如下:

3.2 水泥用量

根據規范水泥用量設計方法確定水泥用量。

3.2.1 減少砂礫料的含泥量。針對大多數地區砂礫含泥量均較大的情況，建議采用砂礫分級或通過5mm篩孔控制集料中細料的含量和塑性指數，以減少水穩集料中的粘土含量;

3.2.2 摻加石屑。石屑一般具有粗糙、棱角性強、含粉量高等特點，并且通常料場為了滿足石屑在面層中的使用，含泥量很小。因此，一方面石屑的添加增加了骨架的內摩擦阻力，提高了底基層強度;另一方面，石屑中的礦粉本身具有的膠結能力進一步對提高強度起了一定的貢獻，同時對降低水泥用量起了一定的作用;

3.2.3 嚴格控制施工含水量(略大于最佳含水量1%)和保證養生水分的保持;

3.2.4 加強拌和、攤鋪控制，保證混合料的均勻性，達到有效、有保證的降低水泥用量的目的。