低劑量水泥穩(wěn)定碎石擊實試驗方法的研究

王永飛

1 概述

基層是瀝青路面結(jié)構(gòu)中的主要承重層，基層的強度及抗?jié)B、抗沖刷性能往往決定了瀝青路面的使用質(zhì)量和使用壽命，而基層的壓實狀況是影響其強度、抗?jié)B、抗沖刷性能的主要因素。基層的致密壓實使基層粒料充分接觸和嵌擠，在穩(wěn)定結(jié)合料的粘結(jié)作用下，保證其有較高的強度和較好的板體性，強度高、板體性好的基層相應(yīng)具有較好的抗?jié)B和抗沖刷能力。目前用作瀝青路面基層的半剛性材料很多，本文主要探討低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層材料擊實試驗的特殊性，以及擊實試驗過程中應(yīng)注意的事項和最大干密度、最佳含水量確定的方法。

2 擊實試驗?zāi)康暮统Ｒ?guī)擊實試驗方法

2.1 擊實試驗?zāi)康?/h3>

半剛性基層擊實試驗的目的，就是確定基層混合料的最大干密度ρdmax以及最佳含水量 w0，了解這種基層材料的壓實特性，為保證基層在瀝青路面結(jié)構(gòu)中的層位功能，加強混合料中粒料間的嵌擠及提高基層的板體性，提高其抗剪強度、抗?jié)B性能及抗水沖刷性能，同時降低其壓縮性，以滿足瀝青路面對基層的強度及耐久性要求，為工程設(shè)計和現(xiàn)場施工碾壓提供壓實度標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 常規(guī)擊實試驗方法

T 0804-94公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程規(guī)定了對于水泥穩(wěn)定土(在水泥水化之前)、石灰穩(wěn)定土及石灰(或水泥)粉煤灰穩(wěn)定土擊實試驗的方法。《規(guī)程》規(guī)定了根據(jù)材料粒徑的大小分別采用甲、乙、丙三種試驗方法，在已知含水量和干密度的條件下，以干密度為縱坐標(biāo)，以含水量為橫坐標(biāo)，在普通直角坐標(biāo)系上繪制干密度與含水量的關(guān)系曲線，駝峰曲線頂點的縱橫坐標(biāo)分別為穩(wěn)定土的最大干密度ρdmax和最佳含水量 w0。

3 低劑量水泥穩(wěn)定碎石擊實試驗方法及試驗數(shù)據(jù)處理

3.1 原材料組成

試驗采用的原材料包含水泥、碎石。水泥是河南安陽盟電水泥廠生產(chǎn)的，標(biāo)號為325號緩凝水泥，初凝時間6 h，終凝時間 8 h;級配碎石由四檔料組成，分別為:20料～40料;10料～20料;5料～10料;中砂。所用碎石產(chǎn)地為河南浚縣，中砂產(chǎn)地為山東磁窯。對四檔料進(jìn)行篩分后通過級配設(shè)計程序確定各料的級配合成，四檔料在混合料中所占比例分別為:20料～40料占18%;10料～20料占17%;5料～10料占 22%;中砂占43%。

3.2 低劑量水泥穩(wěn)定碎石擊實試驗方法

1)擬定初始含水量:初始含水量一般參考當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，根據(jù)材料、氣候決定，在缺乏參考資料的前提下，對于水泥穩(wěn)定碎石材料，一般開始擬定含水量為5%或6%，開始擊實后根據(jù)濕密度的變化再作調(diào)整，必須擊實5個～6個含水量，依次相差1%～2%，在估計的最佳含水量左右可只差1%，其余差2%。2)備料:為了便于擊實加水量的計算，試驗所用的級配碎石各檔料和水泥應(yīng)事先充分烘干冷卻。烘干冷卻后的級配碎石按四檔料分別分開堆放在潔凈硬化的地板上，杜絕污染、淋濕。烘干冷卻后的水泥應(yīng)裝入密閉容器或塑料口袋備用。3)稱料:一個試樣質(zhì)量一般取5.5 kg，根據(jù)級配合成算出每檔料在一個試樣中所占的質(zhì)量。4)制備試樣:由稱取的5 500 g級配碎石集料，根據(jù)水泥劑量算出一個試樣的水泥含量(計算時應(yīng)注意水泥外摻和內(nèi)摻算法的區(qū)別)。將稱好的一份試料放在不銹鋼臉盆上，計算好的水泥隨后加入，先使水泥和集料充分拌勻，然后將計算好的該份試料應(yīng)加的水均勻噴灑在試料上，用小鏟將試料充分拌和到均勻狀態(tài)。5)擊實:制備好的試樣，由于是水泥穩(wěn)定碎石，無需燜料，立即進(jìn)行擊實試驗，擊實過程按T 0804-94公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行，為滿足每層擊實后高出(1 mm～2 mm)筒高的1/3，每層加料應(yīng)在1 650 g～1 700 g之間，并且在擊實過程中，由于擊實錘的沖擊振動，試筒上的套環(huán)很容易振松脫落，應(yīng)隨時注意套實旋緊。6)脫模:試樣擊實后，要求齊筒頂刮平試樣，試樣刮平擦凈后稱筒加濕試樣的重量，準(zhǔn)確到5 g。然后脫模測定擊實后試料含水量，按T 0804-94公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程規(guī)定操作。7)根據(jù)先前擊實結(jié)果，改變含水量(即假設(shè)擊實前所加含水量不會損失的前提下，預(yù)算干密度，使各含水量和干密度能近似形成駝峰曲線)，重復(fù)以上試驗步驟3)～6)。

3.3 低劑量穩(wěn)定碎石擊實試驗數(shù)據(jù)處理及擊實原理

3.3.1 試驗數(shù)據(jù)處理

試驗擬定了劑量為2%，3%，4%的水泥穩(wěn)定碎石，根據(jù)烘干后測定的含水量，計算出干密度，試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 擊實試驗數(shù)據(jù)

表1數(shù)據(jù)顯示:當(dāng)擊實前所加含水量超過6%到7%，8%，9%，10%，11%時，擊實后試料烘干測定含水量基本維持在6%左右，即不隨著加水含量的增加而增大。這說明水泥穩(wěn)定碎石飽水能力較差，過量的水不能被吸收。用Excel軟件繪制干密度與含水量的關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1顯示對于3個不同劑量的水泥穩(wěn)定碎石擊實試驗，干密度與含水量曲線關(guān)系的變化趨勢是一致的，即隨著含水量的增加，干密度不斷增大，當(dāng)含水量增大到一定數(shù)值時，曲線出現(xiàn)拐點，干密度增大趨勢變緩而趨于穩(wěn)定，當(dāng)擊實前所加含水量繼續(xù)增加一定值時，擊實后烘干測定含水量保持一個穩(wěn)定值不再增大，但干密度持續(xù)增長，曲線呈現(xiàn)一條豎直線。

3.3.2 擊實原理分析及最大密實度ρdmax和最佳含水量 w0的確定

擊實曲線有3個變化階段:當(dāng)所加含水量小于最佳含水量w0時，這類試料的擊實同普通無機結(jié)合料穩(wěn)定土的擊實沒什么區(qū)別，即隨著含水量 w0的增加，干密度 ρd不斷增大，曲線呈現(xiàn)斜向上的遞增趨勢，這是第一階段;當(dāng)所加含水量超過最佳含水量w0時，在擊實錘的再沖擊作用下水會從擊實筒底溢出，擊實后烘干所測含水量要比擊實前所加含水量小得多并逐漸維持在一個定值上，但擊實時隨著含水量的增加，干密度具有兩個變化階段:當(dāng)所加含水量超過最佳含水量w0不大時，干密度ρd增長平緩趨于不變，曲線呈現(xiàn)一條水平線，這是擊實曲線的第二階段;當(dāng)所加含水量超過最佳含水量w0較大時，干密度ρd快速增大，曲線呈現(xiàn)一條豎直線，這是擊實曲線的第三階段。表現(xiàn)出這些特征，是由于低劑量水泥穩(wěn)定碎石飽水能力較差，不能形成飽和兩相體，故當(dāng)含水量超過最佳含水量時，由于砂礫的孔隙較大，過飽和水能在砂礫中自由滲流，對砂礫的沖擊擠密起到一定的潤滑作用，同時過飽和水在擊實錘的沖擊作用下能產(chǎn)生動水壓力，有利于砂礫的沖擊擠密，所以隨著加水量的增大，干密度能持續(xù)增長。

對于這類混合料的最大密實度ρdmax和最佳含水量 w0的確定應(yīng)考慮實際施工的可行性，而選取擊實曲線的第一個拐點對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)為最大密實度ρdmax和最佳含水量 w0，即擊實曲線第一階段和第二階段的交匯點。

4 結(jié)語

低劑量水泥穩(wěn)定碎石由于結(jié)合料劑量較低，級配碎石缺乏粘性顆粒，所以在擊實過程中與普通無機結(jié)合料穩(wěn)定土不同，水的作用表現(xiàn)出其獨特性，隨著含水量的不斷增加，干密度持續(xù)增長，擊實曲線有3個變化階段。最大密實度ρdmax和最佳含水量 w0應(yīng)選取擊實曲線的第一個拐點對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，以此作為施工壓實度控制的標(biāo)準(zhǔn)值。

[1] 沙慶林.公路壓實和壓實標(biāo)準(zhǔn)[M].第2版.北京:人民交通出版社，1988.

[2] JTJ 057-94，公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].