水泥穩定碎石集料級配變異試驗研究

楊 果

(貴州省高速公路開發總公司，貴州貴陽550004)

水泥穩定碎石具有強度高、抗裂性和耐久性好等特點，已在我國高等級公路瀝青路面基層中得到了廣泛應用[1]。工程實踐表明，良好的礦料級配是保證混合料高強度、高抗裂能力的有效措施之一，嚴格控制礦料級配顯得尤為重要。因此，針對國內現行規范中未涉及水泥穩定碎石集料級配的變異范圍，通過振動成型法、關鍵篩孔變異平行試驗及無側限抗壓強度試驗，基于無側限抗壓強度可靠保證率下的置信區間，提出關鍵篩孔的變異范圍，以改善水泥穩定碎石的路用性能。

1 水泥穩定碎石集料

試驗選用水泥穩定碎石集料為四檔集料，即9.5～31.5 mm碎石和4.75～9.5 mm碎石，0～4.75 mm石屑與河砂。石料壓碎值為10.95%，洛杉磯磨耗損失值為12.0%，表觀相對密度為2.739 g/cm3，針片狀顆粒含量為3.4%。試驗用水泥為海螺牌緩凝復合硅酸鹽水泥等級為P.C32.5，各項指標均滿足規范要求。

2 試驗方案

采用振動成型法進行骨架密實結構的配合比設計，并確定合成配比、最大干密度、最佳含水量和最佳水泥劑量。按此設計配合比對關鍵篩孔變異進行平行試驗，隨后按已定的最佳含水量和水泥劑量進行無側限抗壓強度試驗，得出級配變異后的7 d室內無側限抗壓強度。

2.1 級配設計

采用振動成型法進行骨架密實結構的級配設計，設計結果與《公路工程集料試驗規程》(JTJ 058－2000)[2]上、中、下限值對比見表1，可以看出合成級配介于規程上下限之間，滿足規程規定。

2.2 最佳含水量和最大干密度

由已確定的合成配合比，根據半剛性基層振動成型方法，采用激振力6 800 N，靜壓力2 500 N，振動頻率30 Hz，振動時間2 min，對水泥穩定碎石集料進行擊實試驗。通過繪制含水量－干密度關系曲線(見圖1)，確定集料的最佳含水量為4.6%、最大干密度為2.38 g/cm3。

表1 合成級配結果

圖1 含水量－干密度關系曲線

2.3 水泥劑量

按照確定的最佳含水量制備不同水泥劑量下的振動成型試件，水泥劑量分別為3.0%、4.0%和5.0%。在溫度為25℃和濕度為95%的養生室內養生6 d，泡水養護1 d后，根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTJ 057－94)[3]進行無側限抗壓強度試驗，運用線性插值法得到水泥劑量為3.5%和4.5%的無側限抗壓強度值，匯總結果如表2所示。由表2可知在水泥劑量為3.0%時，其平均抗壓強度已達到6.76 MPa，已滿足平均強度 R≥Rd/(1－ZaCv)，即取配合比設計水泥劑量為3.0%(Rd為設計強度)。

表2 無側限抗壓強度值匯總

2.4 級配變異試驗

級配變異試驗以無側限抗壓強度作為主要考察指標[4]。試驗設計方案見表3。改變單個篩孔通過率，其余篩孔通過率不變，設計關鍵篩孔變異后的通過率見表4。在已定的最佳含水量4.6%和水泥劑量3.0%條件下進行無側限抗壓強度試驗。為了試驗結果具有可比性，試驗中假設每個關鍵篩孔的樣本數一樣，不夠樣本數篩孔由變異系數最少的樣本代替。進行7 d無側限抗壓強度試驗方法按照規范[3]要求:成型150 mm試件，并用塑料薄膜密封，在標準養護條件(溫度25℃，濕度90%以上)下，養護6 d，第7 d進行浸水養生，然后測試其飽水無側限抗壓強度。關鍵篩孔變異后的無側限強度見表5。

表3 關鍵篩孔變異系數

表4 關鍵篩孔變異后的通過率

表5 級配變異后的7 d室內無側限抗壓強度(MPa)

3 試驗結果與分析

由試驗數據可知，集料級配變異后對試件無側限強度產生影響。為了保證無側抗壓限強度在可靠范圍內，采用無側限抗壓強度置信度1－α來衡量級配離析的允許范圍。由于α越小，1－α越大，隨機區間包含真值概率越大，估計的精確度越差;反之，提高估計精確度則會增大誤判風險α。由目標級配的無側限抗壓強度試驗可知在水泥劑量為3%、含水量為4.6%時成型試件強度為6.76 MPa，假定級配變異后的無側限強度服從正態分布，每個強度值相互獨立，則有:

由此可求得正態總體均值μ的1－α的置信區間為:

由表5可求得關鍵篩孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm其7 d無側限抗壓強度在95%的置信度范圍如表6所示。由表6可知，在無側限強度為95%的保證率下，關鍵篩孔19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，0.6mm，0.075 mm 允許的變異范圍為±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表6 正態總體參數的區間估計

在批量生產水泥穩定碎石集料過程中，影響混合料穩定性因素較多，實際級配易發生變異。如何較好地控制水泥穩定碎石集料級配變異，一直未能得到較好的解決。常見方法主要是在原材料、混合料拌合、運輸、攤鋪和碾壓等具體施工環節進行管理控制，并在目標配比設計、生產配比設計和現場生產配比驗證等階段對級配離異性做定期復核，應繼續關注最終產品取樣篩分，路面壓實度和7 d無側限抗壓強度等結果。因此，本文提出在施工過程中對水泥穩定碎石集料抽檢頻率和允許變異范圍見表7。

4 結論與建議

(1)采用振動成型法確定水泥穩定碎石集料的配合比、合成配比、最大干密度、最佳含水量和水泥劑量，對此指標的集料進行關鍵篩孔變異平行試驗和無側限抗壓強度試驗，基于無側限抗壓強度可靠保證率下的置信區間，分析了水泥穩定碎石集料級配關鍵篩孔的變異范圍，得出如下結論:在無側限抗壓強度可靠保證率為95%時，關鍵篩孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm 允許的變異范圍分別為±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表7 抽檢頻率和允許變異范圍

(2)用量化來評價集料的離析務必使得路面的質量得到根本上的保證。通過從室內配合比設計到現場生產鋪筑全過程的級配控制，使得路面均勻性更好，以達到增加抗裂性，減少路面裂縫的效果。為了加強對水泥穩定碎石路面的路用性能，業主應委托相關單位每天對施工中的混合料進行抽查(可參考本文建議)，并設置獎懲機制使路面的施工質量得到確實的提高。

[1]徐鷗明，韓森，孫薇.級配類型對水泥穩定碎石路用性能的影響研究[J].路基工程，2010(2):62－64

[2]JTJ058－2000公路工程集料試驗規程[S]

[3]JTJ057－94公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S]

[4]羅家國，梁曉霞，劉燕燕.成型方法對水泥穩定碎石壓實度差異性分析[J].公路交通技術，2010(4):8－11