水泥穩(wěn)定性配合比設(shè)計(jì)

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摘要：水泥穩(wěn)定混合料作為一種半剛性基層材料，在我國(guó)的高等級(jí)路面中被廣泛的采用。作為基層材料——水泥穩(wěn)定混合料的配合比設(shè)計(jì)將直接影響瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的好壞。因而本文就它的配合比設(shè)計(jì)方法以及注意的問(wèn)題進(jìn)行介紹。 

關(guān)鍵詞：混合料 配合比設(shè)計(jì) 因素 問(wèn)題  隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，公路交通量急劇增加，這對(duì)公路路面的主要承重層——基層提出了更高的要求。半剛性基層瀝青路面具有良好的力學(xué)性能和行車舒適性, 適合于各種車輛的通行, 同時(shí)具有良好的抗滑、抗?jié)B、耐疲勞的性能以及高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性, 因而受到廣泛的應(yīng)用。水泥穩(wěn)定土[1]是用水泥做結(jié)合料所得混合料的一個(gè)廣義的名稱, 水泥穩(wěn)定砂礫是水泥穩(wěn)定土的一種。在經(jīng)過(guò)粉碎或原來(lái)松散的土中, 摻入足量的水泥和水, 經(jīng)拌和得到的混合料在壓實(shí)和養(yǎng)生后, 當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定的要求時(shí),稱為水泥穩(wěn)定土, 或稱半剛性材料[2]?；鶎幼鳛闉r青路面的主要承重層, 其強(qiáng)弱和好壞對(duì)整個(gè)路面的強(qiáng)度、使用質(zhì)量和使用壽命都有十分重要的影響。作為基層必須具備以下幾個(gè)基本條件: 有足夠的強(qiáng)度和剛度, 有足夠的水穩(wěn)定性和冰凍穩(wěn)定性, 有足夠的抗沖刷能力, 收縮性小, 有足夠的平整度, 與面層結(jié)合良好。水泥穩(wěn)定混合料便成為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基層筑路材料。配合比的設(shè)計(jì)對(duì)混合料的品質(zhì)和基層的性能影響甚大, 是保證半剛性基層瀝青路面整體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 1. 水泥穩(wěn)定混合料的配合比設(shè)計(jì) 1.1 原材料的選取 合格的原材料是確保混合料具有良好性能的前提，因此使用前必須對(duì)原材料的各項(xiàng)基本性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。 特別是集料顆粒的最大粒徑必須加以限制，粒徑愈大，拌和機(jī)，平地機(jī)和攤鋪機(jī)等施工機(jī)械愈容易損壞混合料，甚至可能使粗細(xì)集料產(chǎn)生離析現(xiàn)象。同時(shí)平整度也難以達(dá)到要求。一般粒徑為19-20mm。 粒料中含有塑性指數(shù)的土?xí)r，其收縮性大，反之則收縮性小。為了減少基層材料的收縮性和減少基層裂縫，集料中不宜含有塑性指數(shù)小的土。 1.2 混合料的配合比設(shè)計(jì)步驟 1.2.1制備同一種混合料樣本。不同水泥劑量的水泥穩(wěn)定混合料，一般情況按下列水泥劑量配制： （1）做基層用 中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%； 塑性指數(shù)小于12的土：5%，7%，8%，9%，11%； 其他細(xì)粒土：8%，10%，12%，14%，16%。 （2）做底基層用 中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%； 塑性指數(shù)小于12的土：4%，5%，6%，7%，9%； 其他細(xì)粒土：6%，8%，9%，10%，12%。 在能估計(jì)合適劑量的情況下，可以將五個(gè)不同劑量縮減三或四。 1.2.2確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，至少應(yīng)做三個(gè)不同水泥劑量混合料的擊實(shí)試驗(yàn)，即最小劑量、中間劑量和最大劑量。其他兩個(gè)劑量混合料的最佳含水量和最大干密度用內(nèi)插法確定。 1.2.3.按工地預(yù)定達(dá)到的壓實(shí)度，分別計(jì)算不同水泥劑量的試件應(yīng)有的干密度。 試件的干密度 = 擊實(shí)試驗(yàn)所得最大干密度 × 現(xiàn)場(chǎng)要求壓實(shí)度 [3] 1.2.4．按最佳含水量和計(jì)算得的干密度制備試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，作為平行試驗(yàn)的試件數(shù)量應(yīng)符合表-1中的規(guī)定。如試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù)大雨表中的規(guī)定值，則應(yīng)重做試驗(yàn)，并找出原因，加以解決。如果不能降低偏差系數(shù)，則應(yīng)增加試驗(yàn)數(shù)量。 表-1 穩(wěn)定混合料類別 下列偏差系數(shù)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)量 %26lt; 10% 10% ~ 15% %26lt; 20% 細(xì)粒 6 9 — 中粒 6 9 13 粗粒 — 9 13 1.2.5.試件在規(guī)定溫度下保濕養(yǎng)生6d，浸水1d后，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并計(jì)算抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的平均值和偏差系數(shù)。計(jì)算公式為： R =（R1+R2+R3+......+Rn） （1） Cv = σ/R （2） 其中：R—混合料所側(cè)強(qiáng)度平均值，MPa； Ri—各側(cè)定強(qiáng)度值，MPa； n— 實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)； Cv—偏差系數(shù)； σ—實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差。[4] 試件的養(yǎng)生規(guī)定的溫度為：冰凍地區(qū) 20±2℃ 非冰凍地區(qū) 25±2℃。 1.2.6.不同交通類別道路上，水泥穩(wěn)定混合料的7d浸水抗壓強(qiáng)度應(yīng)符合表-2的規(guī)定。 水泥穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)表 表-2 公路等級(jí)層位 二級(jí)和二級(jí)以下公路 一級(jí)和高速公路 基層（MPa） 2.5~3.0 3.0~5.0 底基層（MPa） 1.5~2.0 1.5~3.0 1.2.7.根據(jù)表-2的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，限定合適的水泥劑量。此劑量試件室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的平均抗壓強(qiáng)度(R`)公式（3）的要求： R` ≥ Rd /（1- Zа.Cv） （3） 式中：Rd—設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度； Cv—試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù)（以小數(shù)計(jì)）； Zа—標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中隨保證率而變的系數(shù)：高速公路和一級(jí)公路應(yīng)取保證率95%，此時(shí)Zа=1.645；一般公路取保證率90%，即Zа=1.282。 1.2.8.工地實(shí)際采用的水泥劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)確定的劑量多0.5%~1.0%。 1.2.9.水泥的最小劑量應(yīng)符合表-3的規(guī)定。 水泥最小劑量 表-3 拌和方法 混合料類 路拌法 集中拌和法 中粒和粗粒 4% 3% 細(xì)粒 5% 4% 1.3 水泥穩(wěn)定砂礫混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題 (1) 進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)確定混合料的水泥用量時(shí), 試件不應(yīng)按擊實(shí)試驗(yàn)所得的最大干密度制作, 而應(yīng)該按與規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度相應(yīng)的干密度制作。 (2) 水泥劑量按干集料的質(zhì)量百分比計(jì)。 (3) 養(yǎng)生條件控制極為重要。溫度對(duì)水泥穩(wěn)定混合料的影響很大, 原本不合格的材料會(huì)因養(yǎng)生溫度高而變得合格, 反之亦然   2. 影響水泥穩(wěn)定混合料強(qiáng)度的因素 2.1水泥成分和劑量的影響 在作配合比設(shè)計(jì)時(shí)，一般認(rèn)為各種類型的水泥均可用，但礦物成分不同的水泥，其穩(wěn)定效果有一定的差別。通常情況下，硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果較好，鈣酸鹽水泥較差。當(dāng)水泥的礦物成分相同時(shí)，穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度與水泥細(xì)度有關(guān)，細(xì)度高的水泥，比表面積較大，穩(wěn)定效果愈好。 水泥穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度在很大程度上還取決于水泥的用量，隨著水泥劑量的增加，水泥穩(wěn)定混合料的物理化學(xué)性質(zhì)將得到更進(jìn)一步的提高。 [5] 所以通常情況下，在保證水泥混合料能達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下，配合比設(shè)計(jì)盡可能的用低的水泥劑量。 2.3 養(yǎng)生溫度的影響 養(yǎng)生溫度對(duì)水泥穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度有很明顯的影響。養(yǎng)生溫度愈高，水泥穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度也愈高. 2.4延遲時(shí)間的影響 《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）規(guī)定采用廠拌時(shí)，延遲時(shí)間不超過(guò)2h，路拌時(shí)延遲時(shí)間不超過(guò)3-4h。這在一些施工設(shè)備和組織管理?xiàng)l件差的施工企業(yè)來(lái)說(shuō)很難達(dá)到。由于水泥等級(jí)的提高，細(xì)度也愈來(lái)愈細(xì)，水化速度更快，使施工的難度更大。延遲時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響反映在下面3個(gè)方面： ① 在延遲碾壓成型時(shí)，已形成的部分水滑物將不能充分發(fā)揮較凝作用； ② 延遲時(shí)間對(duì)已形成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了損壞。 ③ 延遲時(shí)間使水泥穩(wěn)定基層材料碾壓更困難，因此成型時(shí)達(dá)到的最大干密度要變小，空隙率增加，因而強(qiáng)度降低。[6] 因此我們?cè)诨旌狭吓浜媳仍O(shè)計(jì)時(shí)就要采取一些措施來(lái)使水泥穩(wěn)定混合料的延遲成型時(shí)間變長(zhǎng)。 2.5含水量的影響 含水量對(duì)于水泥穩(wěn)定類混合料的強(qiáng)度有很大的影響，當(dāng)含水量過(guò)小時(shí)，其發(fā)生化學(xué)與物理化學(xué)作用不充分，不能保證其得到最大限度的粉碎和均勻拌和，也不能保證達(dá)到最大壓實(shí)度的要求。因此對(duì)于進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)要盡量靠近最佳含水量。[7] 3. 水泥穩(wěn)定混合料對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響 3.1.水泥穩(wěn)定混合料的強(qiáng)度沒(méi)有充分形成時(shí)，如表面水由瀝青面層滲入，水泥穩(wěn)定混合料基層會(huì)發(fā)生軟化。即使是幾毫米的軟化層也會(huì)導(dǎo)致瀝青面層龜裂破壞。 3.2.水泥穩(wěn)定混合料的抗沖刷能力不是很好，一旦表面水由瀝青面層的裂縫或由水泥混凝土面板的接縫透入，容易產(chǎn)生沖刷現(xiàn)象。在瀝青面層較薄的情況下，沖刷成的漿被唧出到表面，沖刷唧漿的結(jié)果是裂縫下陷和路面變形，裂縫兩側(cè)產(chǎn)生新的裂縫。[8] 對(duì)于水泥穩(wěn)定混合料存在的問(wèn)題，我們必須采取措施加以解決。 1.在配合比設(shè)計(jì)中，控制集料中的細(xì)粒含量和塑性指數(shù)。將通過(guò)0.075mm篩孔的細(xì)料含量控制為5%-7%，若細(xì)料收縮性特別明顯，則應(yīng)控制為2%-5%，同時(shí)加入部分粉煤灰（水泥與粉煤灰之比為1：1）。細(xì)粒的塑性指數(shù)應(yīng)盡可能?。ú淮笥?）。 2.在滿足強(qiáng)度要求的情況下，用最小的水泥劑量。一般只用4%水泥，以控制干縮裂縫。 3.混合料配合比設(shè)計(jì)采用最佳含水量。以減少干縮裂縫。[9] 4.結(jié)語(yǔ) 水泥穩(wěn)定混合料的配合比設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面均對(duì)路面工程有較大影響。本文從原材料選取、制備試樣、擊實(shí)試驗(yàn)、制備試件、養(yǎng)生及強(qiáng)度等方面對(duì)水泥穩(wěn)定混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳盡的論述, 指出配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題, 以及水泥混合料對(duì)路面結(jié)構(gòu)可能造成的問(wèn)題和解決措施，可供同類工程借鑒。