水泥穩定碎石基層配合比設計與路用性能

王維海

【摘 要】近年來，我國高速公路飛速發展，水泥穩定碎石作為基層結構被廣泛應用。水泥穩定碎石基層以強度高、剛性大、穩定性好、工程造價較低、施工方便快速特點、因而受到廣泛的應用，但也易出現跳子、松散、裂縫等主要病害，因此設計經濟合理的配合比顯得尤為重要。本文主要分析水泥穩定碎石基層配合比設計與路用性能。

【關鍵詞】水泥穩定碎石基層；配合比設計；路用性能

引言：

水泥穩定碎石基層的配合比設計在經濟和技術兩方面均對路面工程有較大影響。因此，把握好配合比設計的技術要點，對其進行質量檢測是水泥穩定碎石基層建設的重點。本文系統的研究了水泥穩定碎石結構組成設計和路用性能，以減少水泥穩定碎石基層早期病害的產生，提高水泥穩定碎石基層路用性能指標，延長其使用壽命，對于水泥穩定碎石材料在我國的應用具有非常重要的現實意義。

一、水泥穩定碎石基層配合比設計

1.水泥穩定碎石配合比設計。

水泥穩定碎石的主要原材料是水泥、碎石以及石屑，原材料的質量直接影響基層的施工質量，因此在選擇原材料時必須進行全面的檢測，保證原材料能夠合格。由于水泥穩定碎石基層混合料要經過拌合、運輸、攤鋪、碾壓等一系列工序，施工過程較長，因此在選擇水泥時要選擇初凝時間不小于3小時，終凝時間不少于6小時的，強度等級為32.5或42.5普通硅酸鹽或礦渣硅酸鹽水泥；碎石最大粒徑小于31.5mm、壓碎值不大于30%；石屑液限值小于28%、塑性指數應小于9；拌合用水最好為飲用水。

試驗人員按照重型擊實法確定混合料的最大干密度和最佳含水量，然后按照不同水泥劑量分組試驗，制備不同比例的混合料，每組試件的個數應根據偏差系數來決定，（偏差系數在10%～15%，制取9個試件；在15%～20%，制取13個試件），從中選出標準的、符合規格的配合比用于生產施工。以某工程為例，試驗得出礦料的摻配比例為16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：4.75mm～9.5mm碎石：石屑=12：22：28：38，最佳含水量為5.6%，最大干密度為2.37g/cm3，水泥的劑量為4%，實際生產施工時水泥劑量應增加0.5%～1.0%。

用碎石、石屑、砂礫組成一定級配的混合料配合比的設計工作，是以節省石屑增加施工和易性，保證路基質量和使路面底基層具有良好的強度和板體性，減少混合料離析為原則。通過優化配合比試驗，確定施工配合比為4%水泥用量，其中集料的摻配比例分為兩組：第一組16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=20：25：35：20，碾壓混合料的最佳含水量為6.8%，最大干密度為2.225g/cm3；第二組16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=15：25：40：25，碾壓混合料最佳含水量為7.0%，最大干密度為2.230g/cm3，兩組配合比可以根據實際情況靈活選用。

2.配合比設計流程。

（1）制件。采用150mm圓柱體試模進行試件的制備，制件個數如前所述，試件所需混合料質量按照工地壓實度98%來計算，采用壓力機壓實成型后脫模、稱重后放入標準養護室內進行養護。

（2）試壓。試件標準養護6天，浸水一天后取出，再次稱重，如果質量損失超過10g，試件便作廢，稱量后用稍濕毛巾吸干試件表面的自由水，用強度試驗儀加以試壓，加荷速度為1mm/min。最后確定試壓強度并加以評定，來驗證配合比是否達到設計要求的各項指標。

（3）配合比設計過程中要注意的事項。首先要對原材料進行嚴格把關，在進入施工現場之前做好充分、詳細的調查檢驗，水泥質量要滿足技術規范指標要求，碎石含泥量必須符合設計要求，碎石規格要求必須一致；要根據天氣情況用水量做適當調整，必要時通過進行含水率檢測試驗確定應加水量；嚴格控制0.075mm以下顆粒含量及0.6mm以下顆粒的塑性指數；養護條件一定要符合要求，試壓速率控制在1mm/min以內。

二、水泥穩定碎石基層路用性能

1.無側限抗壓強度增長規律。

水泥穩定碎石基層在路面結構中的主要就是起承重作用，因此必須有較強的抗壓強度。水泥穩定級配碎石的抗壓強度是評價其路用性能的一個重要指標，是道路結構分析中的一個重要參數。依據最新的《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》CJTG-2009）評價水泥穩定碎石混合料質量的唯一的指標就是混合料7d無側限飽水抗壓強度。水泥穩定類材料需要持續相當長一段時間才能完成其化學反應。因此，在環境溫度大致相同的情況下，水泥穩定碎石的強度隨齡期增長也在逐漸增長，但是不同時間段增長幅度是存在差異的。所以，不但要知道其早期強度，還要了解其發展規律，只有掌握了其發展規律，才能夠根據需要強度選用不同材料，選用不同水泥劑量這樣才能真正發揮水泥穩定碎石的優點。

2.抗壓回彈模量的增長規律。

回彈模量是表征路面基層剛度變形的重要參數，是路面結構設計的主要參數之一。在路面結構設計時，對基層的回彈模量由嚴格的要求。基層的路用性能對回彈模量的變化非常敏感，嚴重影響基層的抗裂性能。因此對基層回彈模量其隨齡期的變化的規律進行研究是很有必要的。回彈模量的試驗方法主要采用頂面法。

3.溫縮性能分析。

組成水泥穩定碎石混合料的三相，即礦物顆粒組成的固相、液相和氣相在氣溫降低過程中相互作用使半剛性材料產生體積收縮，即溫度收縮。一般來說組成固相的礦物顆粒原材料中砂礫以上顆粒的溫度收縮較小；而粉粒以下的物質，特別是粘土礦物的溫縮變形較大。粘土與其它膠體顆粒的溫縮變形性能與其擴散層厚度成正比。水泥穩定碎石混合料中各礦物有較大的溫度收縮性。存在于水泥穩定碎石內部的大孔隙，毛細孔和凝膠孔中的水通過“擴張作用”，“表面張力作用”和“冰凍作用”三個過程，對水泥穩定碎石材料的溫度收縮性將產生極大的影響。使水泥穩定碎石材料在干燥和飽水狀態下有較小的溫度收縮值，而在一般含水量下有較大的溫度收縮值。

4.干縮特性研究。

水泥與各種粗細集料碎石經水拌和碾壓后，由于水分不斷蒸發，混合料中的水分會不斷減少而引起水泥穩定碎石材料產生體積收縮現象稱為干縮。影響水泥穩定碎石材料干縮性能的主要因素有以下幾種：材料類型及其物理化學性質、材料礦物成分、所設計水泥穩定碎石配合比、設計道路的強度壓實度及含水量大小和養生環境條件有密切關系。

三、結語

本文對水泥穩定碎石混合料配合比設計過程進行了詳盡的論述，指出配合比設計過程中應注意的問題，對進一步提高水泥穩定碎石路用性能的技術措施進行總結。水泥穩定級配碎石配合比設計、現場施工技術關系著公路的施工質量及之后的維修、成本等等，一定要合理科學的設計水泥穩定級配碎石配合比設計、優化施工方案以達到為社會創造更多、更大的經濟效益及社會效益的目標。

參考文獻：

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