水泥穩定碎石延遲時間試驗方法探討

孔 凡 子

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230000; 2.安徽省七星工程測試有限公司,安徽 合肥 230011)

1 概述

隨著我國交通建設的快速發展，建設標準和質量管理理念的不斷提升，水泥穩定碎石作為一種典型半剛性材料路面基層結構，因取材方便，施工技術成熟，已經被推廣并廣泛使用。水泥穩定碎石是以級配碎石作骨料，采用一定數量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實，強度主要靠碎石間的嵌擠鎖結，同時有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙。它初期強度高，并且強度隨齡期而增加，很快結成板體，因而具有較高的強度、較好抗滲度和抗凍性能，在我國高等級公路建設中應用越來越廣泛。

水泥穩定碎石容許延遲時間是水穩基層施工過程中的重要生產控制技術指標之一，它是指在滿足強度標準的前提下，水泥穩定材料拌合后至碾壓結束之前所容許的最大時間間隔。水泥穩定碎石強度形成、干密度和壓實度都要求骨架型水穩施工延遲時間越短越好，而平整度的要求是延遲時間越長越好。因此，為了既保證骨架型水穩強度和壓實度又要確保其平整度，必須合理確定和利用延遲時間，以便在最佳延遲時間內全面實現骨架型水穩各項質量要求。

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則中明確規定了生產配合比設計應包括“確定水泥穩定材料的容許延遲時間”這一技術條件。但是，目前現行的試驗規程、施工技術規范，如JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程，均未對水穩延遲時間試驗提出具體的試驗操作方法。試驗人員在進行試驗時，由于理解不同，也存在爭議。本文則以安徽省某高速公路水泥穩定碎石底基層配合設計項目為依托，根據本單位試驗的數據結果，探索性地提出水泥穩定碎石延遲時間的試驗操作方法。

2 原材料及混合料組成設計

2.1 原材料

原材料各檔級配碎石、石粉，均產自和縣善厚鎮雙山石料廠；水泥(散裝P.C32.5R)，產自安徽長豐海螺水泥有限公司。

2.2 混合料組成設計

根據相關技術要求的級配范圍和各檔礦料篩分結果，進行混合料組成設計，結果如表1，圖1所示。

表1 水泥穩定碎石底基層級配設計結果

按此礦料級配比例進行配合設計，最終確定水泥設計劑量為2.8%，最大干密度為2.337 g/cm3，最佳含水率為4.5%。

3 水泥穩定碎石容許延遲時間試驗

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則中規定：“混合料在選定的級配、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌合好以后，分別按立刻壓實、燜料1 h再壓實、燜料2 h再壓實、燜料3 h再壓實等條件，成型標準試件，且每組的樣本數量不少于規定的要求。經過標準養生后，測量混合料的7 d無側限抗壓強度，從而得到不同延遲時間條件下，混合料強度代表值的變化曲線。根據這條曲線，得到混合料滿足設計強度要求的容許延遲時間?！?/p>

3.1 延遲時間對擊實結果的影響

將水穩混合料在選定的級配、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌合均勻，按JTG E51—2009，T0804—1994公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中的丙法規定，結合本項目所用水泥初凝時間檢測結果為305 min，從加水時間算起，按加水后立刻試驗、加水后燜料1 h，2 h，3 h，4 h，5 h條件下，分別進行擊實試驗，以延遲時間為橫坐標，最大干密度與最佳含水率為縱坐標，繪制延遲時間與擊實結果的關系曲線，如圖2所示。

由圖2可以看出，水泥穩定碎石混合料的最大干密度結果隨著拌合的時間的增加而減小，即延遲時間越長，混合料最大干密度結果損失就越大。可見，用無延遲時間的混合料擊實試驗結果統一成型無側限抗壓強度試件，會給試驗結果帶來一定的誤差。

3.2 延遲時間對無側限抗壓強度結果的影響

3.2.1無側限強度試驗標準試件的成型

根據對應延遲時間的擊實結果，按照JTG E51—2009，T0843—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中的靜力壓實法，依據設計文件中要求壓實度98%制備無側限標準試件，且每組樣本數量不少于規范規定的要求。

標準試件成型過程中應注意以下幾點：

1)要合理安排加水時間，提高試件成型效率。

水泥穩定碎石的延遲時間是從混合料加水拌合時開始計時，拌合均勻后燜料至要求的時間，在最后的15 min左右，要進行混合料裝模、插實、壓模成型、穩壓等一系列過程，這樣從加水拌合時間起，至混合料成型結束的時間止，才是水穩混合料的延遲時間，因此在成型1組(一般13個試件)無側限標準試件時，要根據操作的熟練程度，精確計算、錯開加水時間，合理成型標準試件(在滿足變異系數要求、芯樣完整性及尺寸滿足的前提下，建議成型13個～18個無側限標準試件)，防止操作產生的時間誤差，最終對試驗結果產生影響。

2)要保證水泥穩定碎石混合料的含水率。

水泥穩定碎石的加水量是根據混合料的最佳含水率計算得出，從加水拌合起到燜料至要求的延遲時間，要保證含水率基本保持不變，除了要控制室內濕度以外，延遲成型的試件在加水拌合時，每個試件的加水量要稍稍大于最佳含水率的要求。

3)標準試件混合料裝模與成型。

水穩混合料延遲時間與水泥初凝時間越接近，標準試件越難以成型，所以延遲時間在3 h及以上的混合料成型時，每個試件的混合料應平均分3次灌入試模，每次灌入后要保證用夯棒盡量均勻插實，且盡量避免試件兩端有較大粒徑的粗集料，試模裝滿混合料后放入壓力機壓實時，建議加載速率不可超過1 mm/min，且注意勻速加壓，上下壓柱壓入試模后，維持壓力3 min～5 min。

3.2.2各延遲時間下無側限強度結果

各組標準試件在環境溫度20 ℃±2 ℃，相對濕度不小于95%的標準養生條件下養生6 d，浸水24 h后進行無側限抗壓強度試驗，其試驗結果如表2所示。

表2 各延遲時間下無側限抗壓強度試驗結果匯總表

以延遲時間為橫坐標，對應95%保證率無側限抗壓強度代表值Rc0.95為縱坐標，繪制延遲時間與無側限抗壓強度關系曲線圖，見圖3(a)曲線。

由圖3(a)曲線可知，水泥穩定碎石的無側限抗壓強度隨著延遲時間的增加而下降，即延遲時間越長，水穩強度損失越大。根據此試驗結果，按照相關設計文件中7 d無側限抗壓強度2.5 MPa～3.0 MPa的技術要求，確定容許延遲時間為3 h。

3.3 擊實結果對容許延遲時間試驗結果的影響

上文中提到，在確定水泥穩定碎石容許延遲時間試驗時，用無延遲時間的混合料擊實試驗結果統一成型無側限抗壓強度試件，以確定容許延遲時間，是不合理的，試驗結果有一定的偏差。

根據JTG E51—2009，T0843—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程無機結合料穩定材料試件制作方法，水泥穩定碎石無側限強度試件成型前，首先要計算單個試件的標準質量，而標準質量的計算則與水穩混合料的擊實結果有關：

單個試件的標準質量：

m0=V×ρmax×(1+wopt)×γ。

其中，V為試件體積(即試模的體積)，cm3；ρmax為混合料最大干密度，g·cm3；wopt為混合料最佳含水率，%；γ為混合料壓實度標準，%。

由該計算公式可看出，當混合料擊實結果發生變化時，試件標準質量也會發生變化的，若采用無延遲時間的混合料擊實試驗結果來成型無側限抗壓強度試件，即所有延遲時間的混合料試件的標準質量不變，在試模體積一致的情況下，水穩混合料被迫壓實，其無側限強度結果必然偏高。

采用本次無延遲時間的水穩混合料擊實結果、98%壓實度標準來制備各延遲時間的無側限標準試件，標準養生條件下養生6 d，浸水24 h后進行無側限抗壓強度試驗，其試驗結果如表3所示。

表3 采用同一擊實結果成型的無側限抗壓強度試驗結果匯總表

根據試驗結果，繪制延遲時間與無側限抗壓強度代表值關系曲線，見圖3(b)曲線。

由圖3(b)關系曲線圖可知，按照設計強度2.5 MPa～3.0 MPa的技術要求，確定容許延遲時間約為3.5 h，與原先確定的3 h結果不一致，且每種延遲時間下，用無延遲時間的水泥穩定碎石擊實結果成型的試件(圖4中W)無側限抗壓強度結果，比用各延遲時間下的擊實結果成型的試件(圖4中Y)強度結果要高，對比結果見圖4。因此，擊實結果的準確性也是確定水泥穩定碎石容許延遲時間和強度結果的影響因素之一。

4 試驗結論

鑒于以上試驗結果，要合理、正確地確定水泥穩定碎石的容許延遲時間，試驗方法除根據JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程相關要求，此外，在試驗過程中，還應對各延遲時間的水穩混合料分別進行擊實試驗，并采用對應的擊實結果成型無側限抗壓強度試件。同時，標準試件成型的過程中還應注意要合理安排加水時間、保證混合料的含水率、混合料裝模與成型等操作中的細節問題。總之，試驗是為施工服務的。規范和理論都需要在實際工作中不斷完善，對于規范中的欠缺，我們應該勇于探索，敢于求新，用實踐不斷完善規范理論，再用規范理論正確指導實踐，才能保證工程的施工質量。