公路工程無機結合料配合比設計的探討

王曉軍/青海省公路工程檢測鑒定中心

公路工程無機結合料配合比設計的探討

王曉軍/青海省公路工程檢測鑒定中心

目前我國新建高等級公路工程,其基層結構形式主要為無機結合料穩定類基層,之所以廣泛采用無機結合料作為主要建筑材料,是因為它具有穩定性好,抗凍性強,結構本身自成板體等優點。

公路工程；無機結合料；擊實、抗壓試驗；配合比設計

1.公路工程無機結合料設計依據

2.公路工程無機結合料主要試驗指標

2.1 無側限抗壓強度

2.1.1 試件尺寸對無側限抗壓強度的影響。

大量的試驗數據表明，無側限抗壓試件的幾何尺寸對強度的影響是非常大的，基層無側限抗壓強度試驗視粒料組成不同,通常采用直徑50mm、100mm、150mm的三種圓柱體試件。試件成型后,應用游標卡尺測量試件的有效尺寸,并精確到0.1mm。實際制件過程中，試件高度往往難以達到這一精度，從而出現實際試件質量與理論試件質量存在較大偏差，導致試驗數據的偏差系數經常超出規定值，而最終造成試驗失敗。

2.1.2 試件成型對無側限抗壓強度的影響。

在抗壓試件整個成型過程中，無機結合料的最大粒徑、無機結合料的稱量、用水量、拌和均勻性、裝入試模的均勻性、靜壓的速率控制、脫模的手段等這些程序過程是比較關鍵的，不得輕視，往往一切的工作目標就會因為抗壓試件成型過程中不精細，就會造成成型試件的各種偏差，要不是尺寸不合格、要不是無側限抗壓強度值偏差過大，而失敗。作為有經驗的試驗人員或試驗室主任應加強此項工作的監管力度。

2.1.3 養生條件對無側限抗壓強度的影響。

公路工程進行無機結合料的配合比設計及施工過程中對現場的混合料進行強度檢驗時，根據規范要求，都對試件進行標準養生，這是確定無機結合料抗壓強度能否滿足設計要求的重要因素。

2.2 結合料劑量

在對無機結合料混合料進行配合比設計時，確定合理的結合料劑量是保證基層質量的關鍵。眾所周知，無機結合料容易產生干、溫縮裂縫，養生不足及細料偏多均可造成這一現象。然而，過大的結合料劑量，特別是水泥劑量會直接導致干縮裂縫的產生及造成經濟上的浪費；過低的結合料劑量則會產生強度不足，離散性偏大后果。

2.3 混合料級配

混合料級配對無機結合料的質量有著顯著影響。例如：水泥穩定粒料如采用級配良好的碎石，水泥劑量在4%～5%就可達到規范要求，同樣用不良級配的天然砂礫，就需用6%以上水泥劑量方可達到規定要求。

2.4 擊實標準

擊實標準的確定是路面施工的重要技術指標，保證各層的壓實度對路面各個結構層強度、對路面整體的承載能力、使用壽命和使用性能都有重大影響。在施工過程中，對無機結合料及時進行擊實試驗，可正確地指導生產，保證基層的整體質量。

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3.公路工程無機結合料擊實、無側限抗壓強度試驗及配合比確定

3.1 準備工作：（甲法）

3.1.1 備料。

將己篩分的試樣用四分法逐次分小，至最后取出約10～15kg試料。再用四分法將已取出的試料分成5～6份，每份試料的干質量為2.Okg(對于細粒土)或5.5kg（對于各種中粒土)。

3.1.2 加水量的控制。

預定5～6個不同含水率，依次相差1%～2%,且其中至少有兩個大于和兩個小于最佳含水率。天然砂礫土，級配集料等的最佳含水率與集料中細土的含量和塑性指數有關，一般變化在5%～9%之間。對于細土少的、塑性指數為0的級配碎石，其最佳含水率接近4%～5%。但摻加無機結合料穩定類料最佳含水率可能較相應的材料大上1%～3%。如果采用有天然含水率的集料，天然含水率必須進行測量，否則直接影響試驗結果的準確性。另通過混合料實際含水率的測定，可以確定施工過程中水流量計的設定范圍。

3.2 加入穩定材料時間的控制

穩定材料加水后按規定的時間進行浸潤，但當所用的穩定劑為水泥時，水泥應在試樣擊實前逐個加入，因水泥遇水就開始發生水化反應。從加水拌和到進行擊實試驗間隔的時間越長，水泥的水化作用和結硬程度就越大。

3.3 擊實的過程質量控制

試料是一種固、液、氣三相體，土顆粒之間被水和氣體所占據，裝入擊實筒的試料必須是拌和均勻，且分層裝入時保持均勻性。在試料壓實的過程中氣體被擠出，部分顆粒被破壞，致使體積縮小，飽和度增加，從而改變了試料的級配及結構，導致粒徑變細、比表面積增大。所以，一般情況下試料不得重復使用，而應采用新試料進行試驗。

3.4 擊實曲線的繪制

同一試樣需配制成5份以上不同含水量的樣品，分別測定含水率和相應的試件質量，從而得到不同含水率下的干密度。以干密度為縱坐標，以含水率為橫坐標，繪制含水量一干密度的關系曲線，從而確定無機結合料最大干密度和最佳含水率。擊實曲線必須為凸形的曲線，如果試驗點不足以連成完整的凸形曲線，則應該進行補充試驗。

3.5 無側限抗壓強度試驗準備

抗壓強度試料分樣與擊實試驗相同，對于同一無機結合料混合料，需要制備相同狀態的試件數量(即平行試驗的數量)與土類及操作的仔細程度有關。對于無機結合料穩定細粒土，至少應制6個試件；對于無機料穩定中粒土和粗粒土，至少應分別制9個和13個試件。

3.6 無側限抗壓強度試件的成型與試驗

試件的成型與養護必須遵循1.1.2、1.1.3的要求，另外在準備每個試件用量時，要考慮設計的壓實度，一般情況下采用擊實干密度用料的98%，即實際用試料為最佳干密度的98%。在成型或養護過程中，必須做到精細、保持試件完整性，避免試件在養護過程中的溫度、濕度的變化過大、以及測試抗壓強度前出現破損或掉角現象的出現，否則將會極大影響最終的試驗結果。

將濕養6天、浸水1天的試件從水中取出，用軟布吸去試件表面的水分，測試質量與高度后，放在具有開機停機均靈活自如，能夠滿足試件噸位要求，且加載速率可以有效控制在1mm/min壓力機或路強儀上進行無側限抗壓強度試驗。

3.7 無側限抗壓強度計算與最佳結合料劑量確定

試件無側限抗壓強度Rc用下列公式計算：對于小試件：Rc＝P/A＝0.00051P（MPa）,對于中試件：Rc＝P/A＝0.000127P（MPa）,對于大試件：R c＝P/A＝0.000057P（MPa）。同一組抗壓試驗的變異系數CV（%）應符合下列規定：小試件＜10%，中試件10%～15%，大試件不大于15%～20%。計算試驗結果參數有：強度最小值和最大值、平均值標準差S、變異系數CV和強度代表值。

4.結語

在當今時代，公路行業從業人員都在努力尋找更經濟的材料，掌握嫻熟施工方法，從而減少工期，獲得更大的經濟利益。而無機結合料這種新型基層材料定會為每個施工單位所追逐的質量、工期和經濟效益提供更大的幫助,而在公路工程建設中,配合比設計是應用最普遍的方法，也是非常重要的試驗項目。

[1]交通運輸部.公路路面基層施工技術細則（JTG/T F20-2015）2015.5

[2]交通運輸部.公路工程無機結合料穩定材料試驗規程（JTG E51-2009）2009.10

[3]劉雄偉.無機結合料穩定基層的施工與質量檢測研究[J].黑龍江交通科技.2013(05)