骨架密實型水泥穩定碎石底基層配合比設計

【摘 要】水泥穩定碎石基層具有強度高、穩定性好以及剛度大等特點，因而被廣泛應用。本篇文章綜述了某高速項目部水泥穩定碎石底基層配合比設計的關鍵技術要點，分析了該項目底基層技術指標，根據當地原材料具體情況，采取相應的技術措施，通過室內試驗驗證，確定了底基層混合料的最佳配合比，有效降低了項目施工成本，達到了保證工程質量的效果。

【關鍵詞】骨架密實型 底基層 配合比設計

1 設計要求

某高速公路土建標底基層采用骨架密實型混合料，以碎石構成骨架，水泥作為填充結合料的嵌擠型結構，從而確保路面有足夠的強度和穩定性。底基層混合料試件成型宜采用振動成型方法。

1.1 材料要求

（1）水泥：宜選用終凝時間較長（宜在6h以上，根據實際情況調節初凝、終凝時間較長，可以摻入0.5～2.0%的緩凝劑）的水泥。當選用硅酸鹽水泥時，水泥強度等級為42.5級；選用其他水泥時，其水泥強度等級為32.5級。快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥不得使用。（2）碎石：碎石最大粒徑≤37.5mm，集料壓碎值≤30%，有機質含量≤2%，硫酸鹽含量≤0.25%。

1.2 混合料級配要求

設計要求的方孔篩及通過質量百分率分別為：37.5mm篩上100%、31.5mm篩上100%、19.0mm篩上68%～86%、9.5mm篩上38%～58%、4.75mm篩上22%～32%、2.36mm篩上16%～28%、0.6mm篩上8%～15%、0.075mm篩上0%～3%。

1.3 材料配合比技術指標及壓實度要求

底基層混合料的水泥摻加劑量根據7天（標準養護）齡期無側限抗壓強度（強度應達到2.0MPa）確定，且水泥劑量不大于3.0%；壓實方法應采用振動成型，壓實度不小于97%。

2 原材料性質檢測

本次水泥穩定碎石底基層配合比設計采用原材料為（16～31.5）mm碎石、（10～20）mm碎石、（5～10）mm碎石、石屑及水泥。

（1）水泥檢測：水泥采用新鄉平原同力水泥有限公司生產的P.C32.5，經檢驗，滿足設計及規范要求，檢驗結果如下：1）細度1.0%；2）凝結時間：初凝時間334min、終凝時間430min；3）安定性2.0%；4）膠砂強度：3d抗折強度3.1 MPa、3d抗壓強度17.3 MPa、28d抗折強度7.0 MPa、28d抗壓強度42.3 MPa。上述各種檢驗項目結果均滿足設計及規范要求，自檢情況合格。（2）集料檢測：礦料的實測壓碎值22.1%，對碎石及石屑采用水洗法進行篩分，各檔礦料篩分結果見表1。

3 礦料級配設計

根據礦料水洗篩分試驗結果，依據設計文件要求，采用骨架密實型結構，進行礦料級配的設計。為了使水泥穩定碎石在保證力學強度的前提下，盡量減少其溫縮、干縮開裂，同時提高其抗沖刷能力，礦料級配設計時，應增加混合料中粗集料含量，并限制粉料用量。具體級配設計結果見表2，礦料合成級配曲線圖1。

4 最佳含水量、最大干密度的確定

4.1 振動試驗儀參數設置

振動試驗儀為上置式振動壓實設備，可近似模擬振動壓路機在材料表面的作業狀況，其儀器參數如下：（1）振動頻率30 Hz；（2）偏心塊夾角60°；（3）激振力6800N；（4）面壓力0.1 MPa；（5）振幅1.4 mm；（6）振動時間3 min左右。備注：中等含水量以壓頭回彈跳起達到耦合狀態為振動時間控制條件；較高含水量以試件擠出漿體狀態為振動時間控制條件。

4.2 最佳含水量、最大干密度確定

按照表4中的振動參數，采用振動壓實成型方法，分別按2.7%、3.2%、3.7%、4.2%和4.7%五個不同用水量確定水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%的最佳含水量和最大干密度。不同水泥劑量下的最佳含水量及最大干密度檢測結果見圖2、圖3、圖4。

不同水泥劑量下的最佳含水量及最大干密度檢測結果如下：當水泥劑量為2.5%時，最佳含水量為3.4%、最大干密度為2.429 g/cm3；當水泥劑量為3.0%時，最佳含水量為3.6%、最大干密度為2.435 g/cm3；當水泥劑量為3.5%時，最佳含水量為3.7%、最大干密度為2.445 g/cm3。

5 7天無側限抗壓強度檢測

根據振動試驗結果，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》JTG E51-2009試驗方法，采用設計預選的2.5%、3.0%、3.5%三個水泥劑量分別做無側限抗壓強度試驗，成型試件按照97%的壓實度控制。將成型好的試件用塑料袋包裹后放在標準養護室鐵架或木架上，間距至少10-20mm，避免用水直接沖淋，養生7天，養生溫度為20±2℃，相對濕度為大于95%，在養生的最后一天（第七天）將試件浸水。不同水泥劑量下的無側限抗壓強度檢測結果如下：當水泥劑量為2.5%時，平均抗壓強度4.3 MPa、標準差0.44 MPa、變異系數10.3%、強度代表值Rc0.953.6 MPa≥2.0 MPa，滿足設計要求；當水泥劑量為3.0%時，平均抗壓強度5.5 MPa、標準差0.47 MPa、變異系數8.5%、強度代表值Rc0.954.7 MPa≥2.0 MPa，滿足設計要求；當水泥劑量為3.5%時，平均抗壓強度6.5 MPa、標準差0.59 MPa、變異系數9.0%、強度代表值Rc0.955.5 MPa≥2.0 MPa，滿足設計要求。通過上述數據得出的結論：水泥劑量與抗壓強度代表值之間存在一定的線性關系，水泥劑量越大，抗壓強度值越大，反之亦然。

6 試驗室配合比的確定

根據無側限抗壓強度檢測結果可知：水泥劑量2.5%、3.0%、3.5%時，試件的95%概率的強度代表值RC0.95均大于委托方提供的設計要求值2MPa。綜合考慮工程情況，現場施工拌和及施工不均勻性，推薦該底基層配合比水泥劑量采用3.0%。水泥穩定碎石混合料配合比設計結果如下：1、礦料比例（%）：16～31.5mm：10～20mm： 5～10mm：石屑=23：29：25：23；2、水泥劑量3.0%，最佳含水量：3.6%，最大干密度2.435 g/cm3。

7 結語

石屑往往是原材料質量控制中的薄弱環節。石屑粉塵含量過多，易致使半剛性基層溫縮、干縮開裂，路面運營中產生反射裂縫，造成路面早期損壞。建議工程中應加強對石屑質量的控制：0.075mm通過率應不大于15%（水洗法）；小于0.6mm的顆粒液限小于28%，塑性指數小于9；砂當量應不小于50%。

作者簡介：杜素環（1981—）女，本科，畢業于石家莊鐵道學院工程力學系，工程師，主要從事施工技術管理方面的工作。