無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)解析

曹學(xué)禹，劉 陽(yáng)

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可以簡(jiǎn)單概括為試件制作、試件養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)度測(cè)定、結(jié)果評(píng)定四個(gè)過(guò)程。以河南某地區(qū)二級(jí)公路為例：底基層為水泥穩(wěn)定土，水泥劑量為5%，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的穩(wěn)定土的最大干密度ρdmax為1.82g/cm3，最佳含水率w0為12.0%，施工要求的壓實(shí)度K≥93%，設(shè)計(jì)強(qiáng)度Rd=1.5MPa。在施工前需要通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

1 試件制作

1.1 選擇試模規(guī)格

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）中4.3.2條款，試件尺寸為徑高比為1∶1的圓柱體，選擇直徑為10cm的試模，制得的試件尺寸為直徑10cm、高10cm的圓柱體，試件體積V=π×52×10=785cm3。

1.2 確定試件數(shù)量

試驗(yàn)最少試件數(shù)量如表1所示。

表1 平行試驗(yàn)的最少試件數(shù)量

需要注意的是，表1中的細(xì)粒材料是指公稱最大粒徑小于16mm的材料，中粒材料指大于等于16mm，小于26.5mm的材料，粗粒材料指公稱最大粒徑不小于26.5mm的材料。本案例為水泥穩(wěn)定土，屬于細(xì)粒材料，試件數(shù)量暫選6個(gè)。

1.3 計(jì)算制備一個(gè)試件需要的各種材料用量

在計(jì)算之前需要明確兩個(gè)概念。水泥劑量是指混合料中水泥的質(zhì)量占干土質(zhì)量的百分比，即水泥劑量=（水泥的質(zhì)量÷干土的質(zhì)量）×100%；最佳含水率不是土的最佳含水率，而是穩(wěn)定土混合料的最佳含水率。以本案例為例，最佳含水率=[水的質(zhì)量÷（水泥+干土）的質(zhì)量]×100%。在進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件制作之前，需要對(duì)水泥穩(wěn)定土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，求得該穩(wěn)定土混合料的最佳含水率和最大干密度，具體操作請(qǐng)參照標(biāo)準(zhǔn)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中的T0804-1994無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法。

水泥穩(wěn)定土的組成材料有干土、水泥、水，三者組合在一起是濕混合料。濕混合料的質(zhì)量mw等于混合料的濕密度ρw乘以試件體積V，即mw=ρw×V。本案例中沒有混合料濕密度指標(biāo)，但可以通過(guò)干密度ρd和濕密度ρw二者的關(guān)系ρd=ρw÷（1+w）推導(dǎo)出混合料的濕密度ρw，即ρw=ρd×（1+w）。由于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度所反映的是混合料在施工現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碾壓完成且養(yǎng)護(hù)7d齡期后的強(qiáng)度，所以公式中的ρd和ρw均為混合料在施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓完成后的密度。本案例中雖然不知道ρd，但可以通過(guò)壓實(shí)度指標(biāo)K換算得到，即K=（ρd÷ρdmax）×100%，可知ρd=K×ρdmax。式中施工要求的壓實(shí)度指標(biāo)K可通過(guò)規(guī)范查得，最大干密度ρdmax通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)求得。通過(guò)上述推導(dǎo)我們可以得出公式：

代入數(shù)據(jù)，可得mw=93%×1.82×785×（1+12%）=1488（g）。

本案例最佳含水率為12%，即水∶干混合料（干土+水泥）=12∶100?？梢岳斫鉃槿绻旌狭现杏?2g水，則有干混合料為100g，濕混合料就是100+12=112g，也就是水占濕混合料的12/112，干混合料占濕混合料的100/112，于是水和干混合料質(zhì)量計(jì)算如下：

干混合料由水泥和干土組成。本案例水泥劑量5%，即水泥∶干土=5∶100。可以理解為如果干混合料中有5g水泥，則就有干土100g，干混合料就是105g，也就是水泥占干混合料的5/105，干土占干混合料的100/105，于是干混合料中水泥質(zhì)量和干土質(zhì)量計(jì)算如下：

至此，水泥穩(wěn)定土中需要的各種材料用量，水泥∶干土∶水=63.3∶1265.3∶159.4。

校核：63.3+1265.3+159.4=1488g。

如果試驗(yàn)用的土為濕土，假定濕土的含水率為6%，設(shè)濕土里水的質(zhì)量為x，干土應(yīng)為1265.3g，則（x÷1265.3）×100%=6%，x=1265.3×6%=75.9g。那么濕土質(zhì)量應(yīng)取1265.3+75.9=1341.2g，水的質(zhì)量應(yīng)取159.4-75.9=83.5g。

試件采用靜壓法成型，可用壓力試驗(yàn)機(jī)成型，如圖1所示，或反力框架與千斤頂成型，如圖2所示。詳情參照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中的T0843-2009無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試件制作方法（圓柱形）。試件制作完成后，稱取試件質(zhì)量，測(cè)量試件高度。

圖1 壓力機(jī)成型試件

圖2 反力框架和千斤頂成型試件

2 試件養(yǎng)護(hù)

將制作好的試件裝入塑料袋內(nèi)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，如圖3所示。養(yǎng)護(hù)溫度20±2℃、濕度≥95%，養(yǎng)護(hù)齡期7d，前6d保濕養(yǎng)生，最后一天浸水，水溫20±2℃。浸水前量高稱質(zhì)量。

3 強(qiáng)度測(cè)定

可以用壓力機(jī)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、路面強(qiáng)度試驗(yàn)儀測(cè)定其強(qiáng)度，但要注意的是試件的破壞荷載應(yīng)大于測(cè)力量程的20%且小于測(cè)力量程的80%。水泥穩(wěn)定碎石一般強(qiáng)度較高，可以用300kN的壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土一般強(qiáng)度較低，宜用路面強(qiáng)度試驗(yàn)儀和測(cè)力計(jì)完成強(qiáng)度試驗(yàn)。本案例強(qiáng)度測(cè)定采用路面強(qiáng)度試驗(yàn)儀測(cè)定，如圖4所示。與這個(gè)儀器配套使用的是測(cè)力計(jì)，試驗(yàn)室測(cè)力計(jì)的量程一般由7.5kN、20～30kN、50kN、100kN幾種規(guī)格。

圖3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件養(yǎng)護(hù)

圖4 路強(qiáng)儀測(cè)定試件強(qiáng)度

在測(cè)定強(qiáng)度之前，需要根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)估測(cè)試件的破壞荷載，選擇適應(yīng)的測(cè)力計(jì)，同時(shí)還需要將測(cè)力計(jì)的回歸方程求解出來(lái)。本案例采用20～30kN的測(cè)力計(jì)，測(cè)力計(jì)回歸方程為

式中：x為百分表讀數(shù)，y為檢定荷載。

本案例中6個(gè)試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄表

4 結(jié)果評(píng)定

計(jì)算6個(gè)試件的平均值R、標(biāo)準(zhǔn)差S、變異系數(shù)Cv。=1.79；S=0.063；Cv=3.52%。變異系數(shù)滿足表1中6個(gè)試件小于10%的規(guī)定，數(shù)件數(shù)量選擇6個(gè)符合要求。按3倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值，若則該數(shù)據(jù)應(yīng)剔除，且同一組試驗(yàn)樣本異常值剔除應(yīng)不多于2個(gè)。本案例6個(gè)試件的強(qiáng)度與平均值之差的絕度值均未超過(guò)3倍標(biāo)準(zhǔn)差，故無(wú)需剔除。強(qiáng)度代表值，大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度Rd=1.5MPa，強(qiáng)度滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)控制點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：（1）成型試件時(shí)各種材料的用量計(jì)算；（2）強(qiáng)度測(cè)定時(shí)通過(guò)測(cè)力計(jì)百分表讀數(shù)換算試件強(qiáng)度；（3）結(jié)果評(píng)定時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。只有掌握這3個(gè)要點(diǎn)才能較好地完成試驗(yàn)，為路面基層施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為保證工程質(zhì)量提供有力保障。水泥穩(wěn)定碎石、石灰穩(wěn)定土等其他無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以參考本案例進(jìn)行。