談水泥穩定級配碎石基層配合比設計

宋 冬 梅

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

談水泥穩定級配碎石基層配合比設計

宋 冬 梅

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

結合工程實例，介紹了高速公路水泥穩定級配碎石基層配合比設計的過程，闡述了配合比設計過程中的注意事項，以合理確定水穩碎石配合比，確保路面的質量及使用性能。

水穩層，配合比，水泥，含水率

水泥穩定級配碎石配合比設計主要是根據強度標準，通過試驗，選取合適的集料比例，確定必需的或最佳的結合料劑量，以及確定混合料最佳含水率和最大干密度。這個過程就是水泥穩定級配碎石配合比設計。

忠墊高速公路基層設計要求為：水泥穩定級配碎石，水泥劑量不超過5%，混合料7 d齡期的浸水無側限抗壓強度應不低于4.0 MPa。此抗壓強度要求為設計值，為避免混合料離散性過大，要求偏差系數應控制在10%以內。施工過程中抗壓強度檢驗時以范圍控制，即控制強度的上、下限，基層宜控制在3.5 MPa～4.5 MPa之間。壓實度要求為不小于98%。基層混合料中集料的級配如表1所示。

表1 基層混合料中集料的級配

據以上設計文件的技術要求，開始配合比設計：

第一，確定達到混合料級配要求的各種規格集料的組成比例。

忠墊高速公路基層用集料按要求分成四檔料，即19 mm～31.5 mm，9.5 mm～19 mm，4.75 mm～9.5 mm，0 mm～4.75 mm，均為石灰巖碎石加工所得。經試驗各項檢測指標符合規范及設計文件要求。四檔料的篩分結果如表2所示。

表2 基層混合料中集料的篩分結果

根據以上各種料的篩分級配曲線和規定的級配范圍，采用人機對話法，用EXCEL計算出各種礦料的組成比例和合成級配如表3所示。

表3 基層混合料中各礦料的級配組成

從表3中可以看出已確定的各種礦料的比例為：(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)=27∶16∶20∶37，且合成級配均接近中值。在這一步驟中，值得注意的問題是：各種礦料的篩分結果必須是經多次取有代表性樣品篩分結果的平均值，而不只是其中一次的結果。這也是材料部門計劃各種礦料的用量依據，必須要準確和具有代表性。

第二，確定不同水泥劑量條件下的各種水穩混合料的最大干密度和最佳含水率。

這一步主要是進行擊實試驗，用以繪制含水率—干密度關系曲線，按最大干密度對應最佳含水量的原理確定最大干密度和最佳含水率。

忠墊高速公路水泥穩定級配碎石基層所用的水泥為大型旋窯生產重慶潤江水泥廠產P.O32.5緩凝水泥。其各項技術指標符合設計文件要求。

具體的做法是：按3%，4%，5%，6%，7%五種不同的水泥劑量配制同一種合成級配的不同含水率的混合料，含水率可按經驗配成1%，3%，5%，7%，9%。這樣就要配25個混合料分別擊實(平行試驗應配50個混合料)。按擊實結果繪制出含水率—干密度關系曲線圖，確定出這五種不同水泥劑量最大干密度和對應最佳含水率。在完成擊實試驗時有幾個應注意的事項：1)水泥穩定級配碎石的擊實均應采用丙法，即錘質量4.5 kg、落高45 cm、大試筒、分三層、每層98次。2)加入水泥后應在1 h內完成擊實試驗，拌合超過1 h后應作廢。3)嚴格控制擊實后試件高度，最后一層擊實后高度不得超過6 mm。4)測定水泥穩定混合料含水率時應事先將烘箱的溫度調整到110 ℃，以使放入的試樣能立即在105 ℃～110 ℃的溫度下烘干(這一點尤其重要，否則會造成含水率測定不準)。5)整理數據時應嚴格按現行規范執行。

忠墊高速公路經擊實試驗所得的不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水率如表4所示。

表4 不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水率表

到此完成配合比設計的第二步，通過擊實試驗得到了各種不同水泥劑量混合料的最大干密度和最佳含水率。

第三，成型不同水泥劑量的無側限試件各一組(按要求每組13個試件)。據每組試件的無側限抗壓強度結果確定室內配合比的水泥劑量。

1)按設計規定的壓實度及不同水泥劑量混合料的最大干密度、最佳含水率分別制備試件。計算公式為：

M=最大干密度×壓實度×(1+最佳含水率)×∏r2×15cm。

加入水泥后的混合料應在1h內完成試件制備。制備試件的方法采用靜力壓實法。混合料分2次～3次灌入，每次灌入后用夯棒輕輕均勻夯實。

2)試件在規定的溫度下保濕養生6d，浸水24h后進行無側限抗壓強度試驗。養生時應用塑料薄膜包裹。整個養生期間的溫度應保持在23 ℃～27 ℃范圍以內。在養生期間的質量損失不得超過規定的要求。在強度試驗時應在路面材料強度試驗儀上進行，使試件的形變等速增加，并保持速率為1mm/min，記錄試件破壞時的最大壓力。

3)分別計算各種不同水泥劑量的試件結果的平均值和變異系數。

4)根據設計的強度標準選定合適的水泥劑量，此劑量試件室內試驗結果的平均值應符合公式：

R≥Rd(1-ZaCv)。

其中，R為試件的平均值；Rd為設計的抗壓強度；Cv為試驗結果的偏差系數；Za為保證率系數，一般取1.645。

經過試驗，不同水泥劑量的無側限試件其抗壓強度平均值及偏差系數如表5所示。

表5 不同水泥劑量的無側限試件抗壓強度及偏差系數

由表5可得出：當水泥劑量為4%時，其無側限抗壓強度平均

值滿足公式R≥Rd(1-ZaCv)要求,且水泥用量較低。據此可確定水泥穩定級配碎石基層的水泥劑量為4%。考慮到工地施工時的不均勻性，在集中廠拌時水泥劑量還增加0.5%,即施工時的水泥劑量應為4.5%。

第四,水泥劑量標準曲線的繪制。

在完成上述過程后還應在室內繪制好標準曲線，用于工地快速測定水泥穩定級配碎石混合料中的結合料劑量及拌合物的均勻性，即EDTA滴定法。其方法為：

1)選取有代表性的各種集料及水泥按已定的配合比例，配制300 g混合料放在搪瓷杯中，攪散并加入10%的氯化銨溶液600 mL。2)攪拌3 min，放置沉淀4 min，直到出現澄清懸浮液為止，記錄時間，用大肚轉液管移上部清液10 mL置于三角瓶內。3)加入1.8%氫氧化鈉,加入鈣紅指示劑并搖勻，此時溶液呈酒紅色。4)用EDTA二鈉標準液滴定酒紅色溶液到純藍色為止，記錄消耗量。按上述操作步驟分別滴定水泥劑量2%，3%，4%，5%，6%時所消耗的EDTA數量，由此建立標準曲線。

經過試驗，忠墊高速公路水泥穩定級配碎石基層混合料的標準曲線如圖1所示。

經過以上的幾步工作，我們便完成了水泥穩定級配碎石基層的配合比設計，得出了室內配合比：

(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)∶水泥∶水=27∶16∶20∶37∶4∶5.4，最大干密度為2.34 g/cm3。

在完成了室內配合比的設計工作后，還應通過試驗段的試鋪及現場檢測，對配合比及全套施工設備的能力和施工組織工作進行全面的檢驗。試驗部門應完成的主要現場檢測工作有：含水率、級配檢測、水泥劑量、無側限抗壓強度、壓實度、鉆芯完整性檢測、平整度及回彈彎沉等。只有當各項檢測均滿足規范及設計文件要求才能進行下道工序的施工。

水泥穩定級配碎石配合比設計過程雖較為復雜，涉及的試驗方法多，時間長，但只要嚴格按照上述幾個設計過程，它還是有章可循的。通過以上的簡述，但愿對從事瀝青路面基層施工的人員有所幫助。

[1] JTJ 057—1994，公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].

[2] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術規范[S].

Abstract: Combining with the engineering cases, the paper introduces the process for the proportional ratio design of the cement stable gradation broken base of highways, and illustrates the precautions in the proportional ratio design process, so as to identify the stable gravel proportional ratio, and ensure the roadbed quality and performance.

Key words: cement stable macadam, proportional ratio, cement, water content ratio

On proportional ratio design of cement stable gradation broken base

Song Dongmei

(TheFifthEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway2ndBureau,Chengdu610091,China)

2016-03-17

宋冬梅(1976- )，女

1009-6825(2016)15-0157-02

U416.214

A