毕业论文-水泥稳定碎石路基基层配合比试验研究.doc

齐齐哈尔大学毕业论文摘 要由于水泥稳定碎石混合料对温度和湿度的变化比较敏感,所以在温度和湿度变化的作用下容易产生收缩裂缝,而且这种裂缝往往是道路发生病害的根源。针对这个问题,本文查阅了大量国内外文献,了解了相关的研究情况和动态。在对水泥稳定碎石混合料的组成和强度形成机理分析的基础上,认为混合料的综合路用性能受集料组成结构的影响较为突出。因此,本文从集料的级配设计入手,粗集料采用逐级振动填充的设计方法,使其形成内摩阻力较大的骨架结构,细集料则采用级配计算方法,使其形成比较密实的结构。再把密实的细集料填充到具有骨架结构的粗集料中,最终形成一种骨架密实结构的混合料。在室内试验室,对骨架密实结构和规范级配中值的两种水泥稳定碎石混合料在力学性能、抗冻性能、抗冲刷性能、抗收缩性能和抗疲劳性能等方面做了对比,前者在各个方面都要优于后者,特别在抗收缩性能方面较为突出。结合室内外的研究成果,可以得出水泥稳定碎石混合料具有良好的路用性能。关键词: 配合比设计；水泥稳定碎石；强度AbstractBecause the cement stabilized crushed stone mixture is sensitive to the change of temperature and humidity, it is easy to produce shrinkage crack under the action of temperature and humidity. In view of this problem, this paper summarizes the domestic and foreign literature, understanding of domestic and international research status and dynamic. In the cement stabilized crushed stone mixture composition, the strength analysis foundation and the formation mechanism, the comprehensive consideration performance mix, in order to gather the influence of the structure. Therefore, this paper from the aggregate gradation design of the vibration step feeding process in the coarse aggregate design method, the framework of the model, the formation of friction, fine aggregate gradation, calculation method, the formation of a more compact structure. In the skeleton structure of the coarse aggregate, the dense fine aggregate is filled, and the dense mixture of the skeleton structure is formed at last. In laboratory and two cement machinery, want classification performance of skeleton dense structure and specification values stabilized macadam mixture, frost resistance, anti erosion, anti shrinkage, anti fatigue, compared, in every aspect is the latter, especially in the contraction. In addition, they are also studied. The experimental results further demonstrate the indoor test results. Combined with the results of the indoor and outdoor, it can be concluded that the cement stabilized crushed stone mixture has good road performance.Key words: mix ratio design；cement stabilized crushed stone；strengthII目 录 摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究概况11.2.1 国外研究状况21.2.2 国内研究状况21.2.3 问题的提出与研究的必要性31.2.4 研究内容41.2.5 研究方法与思路41.2.6 小结5第2章 水稳基层碎石结构特点与类型比较62.1 水泥稳定碎石结构类型与特点62.1.1 悬浮密实结构62.1.2 骨架密实结构62.1.3 骨架空隙结构72.2 骨架密实型、悬浮密实型和骨架空隙型级配比较72.2.1 小结11第3章 水泥稳定碎石混合料基础理论研究123.1 水泥稳定碎石基层性能要求123.1.1 具有足够的强度和合适的刚度123.1.2 具有足够的水稳定性和冰冻稳定性123.1.3 具有足够的抗冲刷能力133.1.4 具有良好的抗裂性能133.1.5 具有良好的疲劳性能133.2 水泥稳定碎石强度形成机理133.2.1 小结14第4章 水泥稳定碎石路基基层配合比设计164.1 设计原理164.2 设计依据164.2.1设计资料164.3 设计步骤174.3.1 原材料选定及检验174.3.2 确定水泥剂量的掺配范围184.3.3 确定最佳含水量和最大干密度184.3.4 测定7d无侧限抗压强度184.3.5 小结23第5章 配合比设计中应注意的问题245.1 骨架材料的要求245.2 收缩性控制245.3 养生温度和延迟时间245.4 拌合用水255.5 小结25结 论26 参考文献27致 谢29IV第1章 绪论1.1 研究背景近年来，我国公路建设，特别是公路建设的快速发展，从无到有，极大地促进了国民经济的发展。同时为了适应当前的大流量和高轴重、道路材料也在不断更新的特点；不断研究和实践，以巩固稳定的材料（以下简称半刚性材料）、基层和路面结构的基层建设，已得到广泛的认可与应用。据统计，半刚性基层沥青路面基层和底基层的百分之九十多个。考虑到半刚性基层沥青路面强度高、大量使用当地材料、且半刚性基层的板体性好，利于机械化施工，且工程造价低，刚性基层沥青路面被广泛地应用于高速公路及其他等级公路，路面已成为目前我国高等级公路路面结构的主要形式3平整度较好等特点九十年代中期以来实际上半刚性基层沥青半刚性基层材料的使用，提高了路面结构的强度和承载能力，同时，因为它的原材料丰富，对降低道路建设成本、拉动地方经济发展起到了积极的促进作用，这些优越性都是其他类型路面结构所不能提供的，所以在我国公路建设中半刚性基层得到广泛应用。半刚性基层在实际使用的过程中，依然存在裂缝、冲刷等问题，其中路面开裂现象非常普遍、裂缝问题十分严重。已有相关调查表明，裂缝病害已成为我国半刚性基层沥青混凝土路面结构的主要缺陷，无论是在北方地区还是南方地区，通车一年至二年后，半刚性基层沥青混凝土路面结构均出现大量裂缝就沥青路混凝土面开裂的主要原因而论，裂缝可以分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类。由于半刚性基层具有足够的强度，所以，半刚性基层沥青混凝土路面的裂缝，荷载型裂缝不是主要的，而主要是非荷载型裂缝。非荷载型裂缝一般是横向裂缝的主要形式，这种裂缝主要包括沥青面层自身的温度收缩裂缝和由半刚性基层温度收缩及干燥收缩开裂所引起的路面基层反射裂缝。在半刚性材料中，水泥稳定碎石混合料是一种经济实用的路面材料，可用于各种路面基层和底基层。由于水泥为胶凝材料，具有良好的力学性能和电路板。与其他半刚性材料相比，水泥稳定具有早期强度高、生长快、抗冲蚀强度和原材料来源等优点，适合现代重型运输要求。1.2国内外研究概况大量的水泥稳定和石灰粉煤灰稳定的半刚性材料作为基础或底层已经超过10年的应用。已成为国内最广泛使用的半刚性基础。在水泥稳定碎石基层的过程中，人们对其组成和结构有了更深入的认识。随着工程机械的改进和施工水平的提高，水泥稳定碎石混合料配合比设计也在不断改进，路用性能指标也得到了改善。同时，在国内外对半刚性基层的收缩规律进行了研究。1.2.1国外研究状况国外半刚性基层材料的研究早于我国，早期的研究主要集中在半刚性基层的收缩特性研究。1.在干燥收缩特性的研究方面做了大量的工作。美国和澳大利亚的罗林斯分别研究了水泥稳定材料的收缩性能。根据乔治（乔治）试验，得到的水含量的混合物的水化的水泥，占17%的总收缩率下降。通过对水泥稳定土干缩特性的研究1。得出以下结论（1）水泥土的收缩随着水泥含量的增加而减小，随着水泥含量的增加而略有增加。（2）粘性土的收缩主要表现在土体的细部，但在砂中，已被水解的水泥浆的收缩是水泥土收缩的主要原因。（3）总收缩率是粘土组分的数量和类型的函数，水泥稳定高岭土的收缩率大于水泥稳定土的收缩率。（4）通过改善压实方法，可以改善收缩率。（5）长时间的养护可以增加砂质粘土的总收缩率，但与粘土相对。2.由于国外通常认为沥青路面温度收缩裂缝一般是沥青面层温度收缩裂缝，半刚性基层沥青路面非荷载裂缝常被视为反射裂缝，而反射裂缝是从外部向内部的半刚性基层材料干缩裂缝所致2。其结果是，在国外文献中很少看到半刚性基层材料的温度收缩特性。1.2.2 国内研究状况我国的水泥稳定和石灰粉煤灰稳定的半刚性材料作为基本的水平和底部的研究是从70年代初开始。 1.1986年交通部公路科学院合作北京，广东，黑龙江，广西等省市的公路研究和生产部门3，建立了水泥稳定土，石灰土，石灰粉煤灰稳定的基础试验路，对机械性能和检测的稳定性，在同一时间，观察和分析，得出结论，更一致的定性结论： （1）三种半刚性材料，石灰稳定土的干缩系数大小比石灰稳定土的大，水泥稳定土的干缩系数大于水泥稳定骨料；二灰稳定土大于密粉煤灰稳定骨料。 （2）随着骨料含量的变化，混合料的收缩系数也随之改变。 （3）水分含量是影响干燥收缩率的主要原因之一，混合料的压实度、含水量较收缩率更为严重。 （4）路面的压实度较大，不易产生干燥收缩。2.1987年之后西安市公路研究院4、天津市市政工程研究院河北技术研究院等单位进行了大量的室内试验，我们得到了一些定性结果：（1） 半刚性材料干缩系数一般大于温度收缩系数。（2） 影响半刚性材料干燥收缩性能的主要因素是混合料的组成、压实度和含水量。 （3） 骨料可在一定程度上减少干燥收缩。3.交通部公路研究所，北京市公路局、天津市市政工程研究院、西安公路、高速公路的研究与建设单位5，通过大量的室内试验和试验路沥青路面使用状况的调查与分析，并得出结论：半刚性基层温度部分收到缩结理论：（1）在半刚性基础类型、土壤条件、半刚性材料的集料的种类及含量、环境因素、施工质量等是半刚性基层沥青路面温度收缩的主要影响因素。细粒土和高塑性土基路面的稳定性比稳定的砂性土和粗粒土的开裂率高。（2）在早期的冬季季节，大量的半刚性沥青路面裂缝的季节。因此，在冻土地区的半刚性基层沥青路面裂缝的主要原因是收缩的温度。4.张洪华通过对水泥稳定细粒土、水泥稳定中粒土和粗粒土的温缩性的研究，表明：6（1）水泥稳定粒料的温缩系数明显小于稳定细粒土的温缩系数；（2） 影响水泥稳定粒料温缩系数的主要因素有粒料土中粒料或土的含量；（3） 水泥剂量对水泥稳定粒料的温缩性影响显著。 5.在防裂措施研究方面，长安大学蒋应军经过研究得出了一些重要结论7（1）对于一定量的水泥稳定砂砾材料，存在一个最佳引气剂掺量，在该掺量下，材料干缩抗裂和温度抗裂系数系数均为最优；（2）在抗裂评价时，不仅使用了基于应变控制的收缩抗裂系数评价指标，还采用了断裂力学的韧度评价指标，全面分析评价了材料的抗裂性能。按规范设计出来的混合料的断裂韧度是体积设计法混合料的50%。说明按体积法设计出来的材料可以大幅度地提高材料的韧性，增强材料的抗裂性能。1.2.3问题的提出与研究的必要性半刚性基层沥青混凝土路面在中国公路建设中具有重大的历史意义。直至目前，沥青路面结构形式仍被广泛采用，据统计，我国高等级公路路面基层90%以上采用半刚性基层。水泥稳定碎石作为主要的半刚性基层材料具有强度高;稳定性好;刚性大特点。由于水泥稳定碎石材料路用性能影响因素多，一般技术员难以全面掌握，当在技术关键点上出现失误时通常会造成路面的早期破坏。我国公路、建设部门室内常用的水泥稳定碎石配合比设计方法是重型击实法，测定材料的技术指标的试件成型方式是静力压实方法。重型击实法采用静荷载对材料施加剪应力使颗粒间相互靠近以达到压实效果，静力压实成型试件的方法和静力压路机的滚压机理是基本相同的，试验方法简单、易于操作且应用广泛。随着公路行业技术的进步，与现场振动式压路机作用过程相匹配的室内振动压实法逐步得到推广，振动压实采用高频振动作用使材料相互填充来达到压密效果8。水泥稳定碎石在振动压实作用下，材料处于振动状态，水分的离析作用使得材料颗粒的外层裹覆一层水膜，形成颗粒运动的润滑剂，从而减小了材料间的摩擦力和茹结力，颗粒更容易移动到密实状态。水泥稳定碎石层好坏主要看其骨料、粉料、水泥、水等各种物料的配合比精度是否能够得到保证。在水稳基层中水泥剂量太小，不能保证水泥稳定土的施工质量；而剂量太大既不经济，还会使基层的裂缝增多，从而引起沥青面层的相对应的反射裂缝，所以必须严格控制水泥用量，以确保工程质量9。其次是在基层骨料的选择运用上都有严格的要求和标准，而水稳基层在施工过程中出现裂缝是一个普遍存在的问题，我国不同地区骨料选用上也有一定的差别。据此，本文针对黑龙江地理环境的特殊性针对黑龙江道路路基水稳层水泥剂量、特别是骨料选用与配比上做一定的分析。以此来说明水泥稳定碎石混合料在水泥稳定基层中用量、配比对道路的影响和重要作用，并对水泥稳定基层是悬浮密实型结构、骨架密实型结构以及骨架空隙型结构做了必要的对比分析。 1.2.4 研究内容本设计以改善水泥稳定碎石基层抗裂性能为出发点，通过分析水泥稳定碎石基层骨料结构特点和类型等有关资料，在对黑龙江地区可用的当地材料进行调查分析的基础上，提出基于配合比改善技术的水泥稳定碎石基层石料级配范围、可行的配合比改善技术等方法，并从路用性能、抗压强度等方面进行试验测试评价。同时从宏观分析出发进行相关试验，深入分析可行的骨料级配对水泥稳定碎石抗压性能增强的机理。具体研究内容如下:（1）路基基层水泥稳定碎石混合料配合比试验概况研究（2）骨料级配理论（3）混合料配合比研究（4）试验设计（5）配合比试验研究1.2.5研究方法与思路 1.采取的方法（1） 文献研究法通过调查一定的相关文献来获得相应的资料从而全面的了解掌握 所需要研究的问题；（2）综合研究法是把剖析过的事物和现象的各个部分及其特征结合为一体；（3）案例分析法把实际工作中的问题作为案例，通过研究分析，判断来解决实际问题及执行业务的能力；2.研究思路 针对黑龙江地区水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面反射裂缝严重的现状，本设计主要通过国内外资料调研与实际工程情况相结合、室内试验与现场试验相结合、理论分析与试验研究相结合，工程试验与工程应用相结合等技术手段，使“黑大”公路成为黑龙江地区大幅度减少反射裂缝的试点工程。1.2.6小结 水泥稳定碎石基层在黑龙江“黑大”公路实体工程中应用研究，在进行室内试验研究、理论分析的同时，通过施工过程中应用配合比改善技术措施，总结完善水泥稳定碎石基层施工工艺及质量控制、改善措施，形成较完善的水泥稳定碎石基层抗裂性改善技术体系。第2章 水稳基层碎石结构特点与类型比较2.1 水泥稳定碎石结构类型与特点水泥稳定碎石是一种由水泥、粗集料、细集料所组成的混合材料。水泥稳定类材料由于组成材料质量和数量的差异，各组成材料之间互相的特点、相对位置分布及相互联系，根据粗集料在混合料中的分布状态,水泥稳定碎石可被划分为3种结构类型,悬浮密实结构、骨架密实结构和骨架空隙结构10。划分以上3种结构类型的主要标准是粗集料经压实后,粗颗粒间空隙体积与压实后起填充作用的细料体积之间的关系。 2.1.1 悬浮密实结构图2-1 悬浮密实结构图悬浮密实型混合料中细料的压实体积应大于粗集料形成的空隙体积，这种结构通常采用连续型密级配，骨料由大到小连续存在。这种结构中由于粗集料数量所占比例相对较少，不能形成有效的骨架。这种结构虽然粘聚力较高，但是摩阻角较小，其强度主要受粘结力所控制，在外部荷载和温差作用下，易产生裂缝，从而造成路面结构的破坏。2.1.2 骨架密实结构图2-2骨架密实结构图骨架密实型混合料中细集料的压实体积应临界于粗集料形成的空隙体积，要求混合料既有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据残余空隙的大小加入细料，混合料中填隙料的压实体积应约等于粗集料形成的空隙体积，从而使混合料形成较高的密实度11。试验结果表明大粒径水泥稳定碎石骨料间的嵌挤作用非常明显，抗压强度和抗压回弹模量明显大于其他常规级配，有良好的承载能力，平均干缩系数和平均温缩系数小于常规级配，抗弯拉强度大于常规级配的强度，抗裂性能有显著的提高。根据柔性路面层状理论，对在温度和含水量变化作用下不同龄期的半刚性路面基层进行了接触非线形有限元分析。分析结果表明在施工状态下和使用状态下，大粒径水泥稳定碎石基层受到干缩和温缩作用产生的拉应力均小于常规级配；在施工状态下，温度收缩的影响明显，在使用状态下路表降温对水稳基层的影响减小，水稳基层所受到的拉应力随着龄期的增长而增大12。这种结构能够很好的解决水稳开裂问题，在我省的公路建设中逐步得到推广和应用。2.1.3 骨架空隙结构骨架空隙型混合料中细集料的压实体积则小于粗集料形成的空隙体积,压实后混合图2-3骨架空隙结构图料中存有一定的空隙，这种结构粗骨料数量较多，而细料数量过少，混合料中细料的压实体积小于粗集料形成的空隙体积，因此虽然能够形成骨架，但其残余空隙较大。虽然这种结构形式的粘聚力较低，但是其内摩阻角较大，其强度主要来自于内摩阻力，粘聚力相对是次要的，其抗收缩性能较好，但由于其空隙率大，使水稳基层的耐久性受到影响。目前,骨架空隙结构水泥稳定碎石混合料主要被用作排水基层。资料表明，排水基层在国外也有应用,且使用效果较好。但这种材料在我国的实际应用较少,主要原因之一是目前的规范中很少提供相应的集料级配范围和相应的组成设计方法,相关路用性能研究少13。骨架空隙结构水泥稳定碎石混合料组成设计方法、骨架密实结构水泥稳定碎石集料级配的确定有别于常用的悬浮密实结构水泥稳定碎石。在骨架空隙结构水稳混合料中集料可以分成粗集料和细集料两部分,粗集料用来形成骨架结构,细集料和水泥水化后的生成物用来填充部分粗集料骨架空隙。集料设计的重点在于合理地确定粗细集料的掺配比例。2.2 骨架密实型、悬浮密实型和骨架空隙型级配比较目前,骨架空隙结构水泥稳定碎石材料主要被用作排水基层。资料表明，排水基层在国外有应用，且使用效果较好。但这种材料在我国的实际应用很少，主要原因之一是目前的规范中很少提供相应的集料级配范围和相应的组成设计方法,相关路用性能研究少14，所以本文针骨架密实型和悬浮密实型结构做重点比较。见下表：表2-1 骨架密实型级配范围表材料名称用量筛分尺寸（mm）及通过百分比率（%）31.5199.54.752.360.60.07516-31.5mm2110022.10.50.50.50.50.59.5-19mm2610097.7250.70.70.70.74.75-9.5mm2110010098.624.72.10.70.7中砂3210010010091.677.530.77.4合成级配10010083593526103图2-4 骨架密实型级配曲线图表2-2 悬浮密实型级配范围表材料名称用量筛分尺寸（mm）及通过百分比率（%）31.5199.54.752.360.60.07516-31.5mm2110022.10.50.50.50.50.59.5-19mm26100805233261654.75-9.5mm2110010098.624.72.10.70.7中砂3210010010091.677.530.77.4合成级配10010078664332144图2-5 悬浮密实型级配曲线图表 2-3 骨架空隙型级配范围表材料名称用量筛分尺寸（mm）及通过百分比率（%）31.5199.54.752.360.60.07516-31.5mm211006855462826129.5-19mm26100808360554334.75-9.5mm211001005624.7234823中砂3210010010091.677.530.77.4合成级配100100887760503710图 2-6 骨架空隙型级配曲线图将碎石(1-3cm）、碎石（0.5-1cm）、中砂等原材料装袋送到试验室进行水泥稳定碎石的配合比设计。试验室分别按悬浮密实型及骨架密实型结构进行对比试验。首先进行了原材料的试验，确认原材料的级配及压碎值符合要求，然后进行水泥稳定碎石的配合比试验。悬浮密实型采用重型击实成型，骨架密实型采用了振动成型。在振动击实成型过程中，振动成型机应用了嵌挤原理和粒子干涉理论，通过大的振动频率，使水泥稳定砂砾混合料各粒料之间易于填充，相互挤密，达到更大的密实效果15。相比重型击实法，试件中的粒料仅是受到竖向冲击，挤密程度相对差一些。表为试验结果。表2-4 骨架密实型与悬浮密实型实验对比表项目最佳含水量%最大干密度g/cm37d强度MPa配合比：碎石（1-3）：碎石（0.5-1）：中砂骨架密实型4.22.435.850:25:25悬浮密实型4.02.354.240:27:33对比悬浮密实型与骨架密实型材料含水量及最大干密度、7d强度均增大,配合比方面1-3cm碎石用量增加,0.5-1cm碎石、中砂用量减少。因细集料表面积大，黏结水泥多，对收缩较敏感，减少用量后，在预防开裂方面起了很好的作用。在确定级配试验时，应先将粗集料分成2-3档，通过表面振动压实的方法，逐级填充，并计算振动密实度和空隙率，直到找到振实密度最大的粗集料组成，在此基础上用体积法计算确定细集料与结合料的压实体积和重量，从而确定细集料的组成和结合料的配合比例。实际设计混合料组成的基本步骤: 集料最大粒径为31.5mm，分为1号16mm-31.5mm，2号4.75mm-16mm，3号0mm-4.75mm三种规格，根据各号料的筛孔通过百分率，按照合成级配规范要求，得出每种规格比例通过百分率，绘制级配图。完成集料合成计算; 再根据设计水泥剂量，如水泥剂量为5.5%的基层，可按照4%，4.5%，5%，5.55%，6%水泥剂量进行击实试验，确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度; 按照设计规定的压实度，分别计算不同的水泥剂量的试件干密度，但试件不应按击实试验所得的最大干密度制作，而是应按与规定的现场压实度相应的干密度制作。2.2.1 小结通过比较可以看出，悬浮密实型为连续级配，而骨架密实型为间断级配。骨架密实型较悬浮密实型级配范围窄16，通过各筛孔的质量百分率相对小，使用的碎石粒径偏大。因此在进料时，要选取合格原材料。施工过程中，不宜选用一个配合比用到底，使用过程中，应对集料级配和混合料配合比进行校核检验，由于粗细集料这类散粒材料的离散性、不均匀性因素，将直接影响到压实度。压实度的大小取决于实测压实度，同样也与标准密实度的大小有关，如果标准密度值发生变化，则检测的压实度百分率就不准确，甚至误判合格。第3章 水泥稳定碎石混合料基础理论研究为了设计一种在各方面具有突出表现的水泥稳定碎石混合料，有必要对其基本理论进行全面的了解。本章简要介绍了水泥稳定碎石的基本理论，为后续研究提供了理论依据。3.1 水泥稳定碎石基层性能要求经过十多年的建设，我国的高等级公路积累了丰富的经验，并在路面结构中形成了一种主要的模式。水泥稳定碎石混合料作为一种半刚性材料，在沥青路面结构施工中得到了广泛的应用，并得到了广泛的应用。水泥稳定碎石混合料对周围环境温度和湿度的敏感性比较敏感，其刚性较大，在强度形成和运行过程中可以产生干缩裂缝和低温缩裂。沥青路面裂缝的出现，会加剧路面的破坏，缩短路面的使用寿命。因此，我们一定要注意结构合理，合理模基地厚度，尤其是合理的构成材料。采取有效的技术措施，防止或延缓沥青路面裂缝的产生和体现。水泥沥青路面稳定碎石基层真正体现了“良好稳定的螺栓路面路基路面结构组合原理，使过程更加理性。实践证明，对影响高速公路的性能和使用寿命的关键因素之一是材料的基础上质量的影响。调查结果表明，一些早期破坏的新的高速公路和其他公路不相关的基层质量17。因此，提高公路路面施工质量，解决问题是基层的一个非常重要的部分。在路面结构中，基底层是在表层下的结构层，主要承载力、扩散荷载应力和提高路基的水温度的效果。因此，作为路面的基层材料，一般必须满足以下基本要求：3.1.1具有足够的强度和合适的刚度水泥稳定碎石基层必须有足够的强度来承受车轮荷载的反复作用，即交通荷载的反复作用下，基层不产生很大的残余变形，但不产生弯曲疲劳断裂。对水泥稳定碎石基层材料主要包括两个方面的力量：一是石材本身的强度，可用集料压碎值或聚合性说，也说，岩石的抗压强度；二是水泥稳定碎石混合料的整体强度，如抗压强度。此外，基本的刚度必须和表面层刚度相适应，如刚花小，表面层会由于拉伸应力或拉伸应变和过早裂纹，如小学刚度过大，抗裂性差。3.1.2 具有足够的水稳定性和冰冻稳定性路面水通过各种方式进入路面结构；在地下水位线附近的地表，特别是在路基填土不高，地下水可能会进入路基顶部和路面结构层的毛细管作用；在冻土地区，由于冬季水分再分配，道路基层和基层年底可能在潮湿或潮湿的状态。沥青层并非完全不透水，但能阻碍路面结构层和土壤水分蒸发。调查显示，它是更难以蒸发的水分从沥青面层比通过它。这就要求基层材料在水的作用下，其强度、完整性和刚度不会明显降低，而且在冬季也有一定的耐冻融循环能力。3.1.3 具有足够的抗冲刷能力调查及国内外的研究表明，水稳基层混合料和清泥现象产生明显的侵蚀，这些现象的组成和特性与基础材料有关。地表水通过各种方式进入沥青路面结构层，如果进入路面内的水不能及时排出，但留在表面层和基础层的接口，将主要局部潮湿或饱和。在大交通荷载作用下，路面结构层或基层材料中的自由水会产生很大的水压力18。水的压力将冲刷基层的细料(特别是小于0.O75nnIl的颗粒)。一旦流失量很小，但数量的交通负荷，侵蚀量将积少成多，形成裂纹。在不断的交通荷载作用下，使浆体逐渐挤压出裂缝，形成沥青面层的裂缝。因此，水泥稳定碎石基层材料必须有足够的抵抗冲刷的能力，避免清泥现象严重。3.1.4 具有良好的抗裂性能基层材料跟温度和湿度的变化形成一定的拉伸应变，若超过允许拉伸应变，则会出现裂纹。该基层的收缩开裂不仅破坏了基本结构的整体性，而且降低了其强度，易于在表面层形成反射裂缝。水泥稳定碎石基层材料的收缩主要包括两个个方面：干燥收缩和温度收缩。一般认为，两种类型的收缩以温度收缩是更主要的。3.1.5 具有良好的疲劳性能石基层在使用过程中受到车轮荷载的反复作用，空气温度和环境的影响使其处于应力应变状态，导致路面结构强度降低。当超过一定数量的重复加载，荷载作用下的路面应力超过强度的结构抗力下降后，当水泥稳定碎石基层的弯拉应力的抗弯拉强度值，裂缝迅速发展并通过全断面，然后发生断裂。因此，在重载交通道路、公路和高速公路中，水泥稳定碎石基层还应具有较强的抗疲劳损伤能力。3.2 水泥稳定碎石强度形成机理水泥通过固相（粘合剂，砾石），液体（水）和气体（空气）成分稳定碎石。由于水泥的三个阶段的相互作用是稳定的高强度和刚度的碎石混合，使之能满足水泥稳定碎石混合料作为路基的性能要求。水泥稳定碎石混合料具有较高的硬度和刚性，适用于水泥稳定碎石混合料。根据莫尔理论的强度、抗压强度和拉伸强度的混合凝聚和内摩阻角的单值关系。式中：R为抗压强度；r为抗拉强度；c为粘结力；为内摩阻角。这些可以得出抗压强度和抗拉强度随着粘结力的增大而增大。抗压强度与抗压强度的比值可用下式计算: (3-1)可以看出：抗压强度和抗拉强度比值和粘结力没有关系，但取决于内摩阻角的大小。反过来，内摩阻角和粘结力可以用抗压强度和抗拉强度表示： (3-2)通过以上的分析可以得出，水泥稳定颗粒之间强度的碎石混合物在粘附和摩擦性的主要因素。完全由水泥和细骨料砂浆颗粒之间的粘合力，直接关系到水泥砂浆强度；与颗粒间的内摩阻力对粗集料骨架结构的推导，通过骨架结构的组成形式，集颗粒形貌和摩擦系数的影响因素。水泥稳定碎石混合料水混合，与水泥的水化反应、固液混合物相发生一系列物理、化学和物理化学作用，而产生的一系列与颗粒之间的胶结连接钢筋和混合物质，“固化粘聚力”，这是水泥的稳定碎石混合料的粘结力的主要来源。硅酸盐水泥熟料矿物四个C3S（硅酸三钙），CZS（硅酸二钙），CAA（铝酸三钙），会发生剧烈的化学反应后，C适合F（铁铝四钙），他们的水。事实上，这是很难用一般的化学反应方程式表示水泥水化的实际过程，所以对硅酸盐水泥水化过程的文章进行了简要总结。该过程如下：与水混合的水泥后，C3A立即反应，C3S和F水化C也更快，CZS较慢。如果在电子显微镜观察，几分钟后可以看到水泥颗粒表面钙矾石针状晶体，无定形硅酸钙水合物和氢氧化钙或水合铝酸钙等六角板状结晶。出现由于钙矾石继续产生这种液体阶段S咬和离子耗尽后逐渐减少，将有一个单一的硫硫型水合铝（铁）钙。如缺乏石膏，这仍然存在CAA或产生C4AF单硫型水合物和C4A（，F）HI。固溶体，甚至是单独的C萨A（，F）H13，然后进入稳定的等轴; （A，F）H6。随着时间的推移，在通过分子间力和互连接触的适当位置产生水泥水化胶体正在进行水合反应，逐步形成三维网络结构的凝聚力，作为可以聚合砾石紧紧胶结在一起，形成一个牢固的整体，并逐渐具有有一定实力和力量随着年龄的增加而增长。3.2.1小结水泥稳定碎石混合料比混凝土或沥青的粘结强度弱。因此，在水泥稳定碎石混合料中，更重要的是保证粗集料骨架的形成，充分发挥粗骨料之间的内摩阻力，承担的交通负荷最大比例。此外，水泥稳定碎石混合料的强度往往是基于非极限应力，但实际道路使用情况并非如此。水泥稳定碎石混合料作为基础材料，在路面结构中以层的形式整体。水泥稳定碎石基层中的骨料颗粒始终处于侧压力的压力下，骨料的骨架结构对原发性抗。对水泥稳定碎石基层与碎石基层的对比分析19。好的骨架结构使得级配碎石基层可达到设计承载力。其结果是，可以认识到，水泥稳定碎石混合料的设计，为什么要追求骨料结构的骨料。这种结构是由水泥和细骨料稳定的，使水泥稳定碎石混合成一个完整的板状结构，具有良好的综合性能。因此，通过分析水泥稳定碎石混合料的力学性能、混合料的要求是颗粒表面粗糙度，可以形成一个良好的框架结构得到了。第4章 水泥稳定碎石路基基层配合比设计4.1设计原理水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。4.2设计依据 1公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000； 2公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTJ057-94； 3水泥胶砂强度检验方法GB/T17671-1999 4水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB/T1346-2001 5公路工程集料试验规程JTJ058-2000 6公路土工试验规程JTJ051-93； 7高速公路路面工程施工设计图要求；4.2.1设计资料1.黑大公路合同段位于北温带季风气候。基层水泥稳定碎石厚18cm，无侧限7天（水）所需的值为4.0MPa的抗压强度。2.选用水泥强度等级32.5Mpa（3小时以上，初凝时间，终凝时间要求6小时以上）普通硅酸盐水泥为宜；碎石集料压碎值不大于30%；碎石材料比小于28%，液限0.5mm颗粒，塑性指数小于9。碎石集料级配应符合公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000要求；如表4-1。表4-1 适宜用水泥稳定颗粒组成范围 结 构 层通过下列方孔筛（mm）的质量百分率液限塑性指数31.526.5199.54.752.360.60.075（%）基 层10090-10072-8947-6729-4917-358-220-7289注：集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075mm颗粒含量不应超过5%；细粒土无塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过7%。3.施工时混合料应采取厂拌方式，铺筑的现场应摊铺机摊铺，一层碾压成型，基层压实度指标达到98%。4.3 设计步骤4.3.1原材料选定及检验1.水泥 ：采用浩良河水泥厂生产的浩良河牌普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5Mpa，经检验各项技术指标均满足有关规范和图纸设计的要求，可以采用。其主要技术指标试验结果列入表4-2中。表4-2 水泥材料试验结果汇总表检验项目规定值检验结果细度（%）45min3h25min终凝时间10h6h11min抗压强度 (Mpa)3d11.018.028d32.542.0抗折强度（Mpa）3d2.54.2 28d5.56.82.粗、细集料 ：采用二龙山兴友石料场生产的碎石，规格为：9.531.5(mm)、4.759.5(mm)和04.75(mm)石屑；碎石集料压碎值为21.3%，石屑中小于0.5(mm)粒料中液限为14.5%，塑性指数为2.0;含泥量：9.531.5(mm)为0.7%；4.759.5(mm)为2.2%;。对三种碎石材料进行筛分试验，根据筛分试验结果经计算级配满足设计要求，试算调整结果如表4-3。表4-3 石料筛分和集料级配计算结果表 集料组成规格（mm）拟用百分率 （%）筛孔 （mm）各级集料分计筛余百分率（%） 组成后级配规定级配范围通过率（%）(一)（二）（三）分计筛余（%）累计筛余(%)通过率（%）9.5-31.54.75-9.50-4.7530%38%32%31.50000010010026.56.5001.91.998.190-1001946.80014.116.084.072-899.545.825.0023.239.260.847-674.750.764.41.725.264.435.629-492.3609.528.112.777.122.917-350.60031.710.687.712.38-220.0750036.211.699.30.70-74.3.2 确定水泥剂量的掺配范围水泥稳定碎石基层的路面，应满足设计要求7天无侧限饱水抗压强度不小于4.0Mpa，根据经验水泥剂量按4.5%、5.0%、5.5%三种比例配制混合料，即水泥：碎石为； 4.5:100；5.0:100；5.5:100；4.3.3 确定最佳含水量和最大干密度对于三种不同水泥剂量的混合料做标准击实试验，确定出不同水泥剂量混合料的最大干密度和最佳含水量；结果见表4-4表4-4 混合料标准击实试验结果表水泥剂量（%）4.55.05.5最佳含水量（%）4.95.15.2最大干密度（g/cm3）2.362.372.374.3.4 测定7d无侧限抗压强度1.制作试件：水泥稳定碎石路面基层混合料强度试验设备，根据使用水泥稳定碎石混合料按九试样制备水泥用量对现行规范的规定，由98%的现场压实度，现在准备测试片的叙事的基本参数如下： 一种用于水泥剂量的试片所需的原料量 根据6500g合剂的制备成型试件，以碎石和水泥的水含量为0%，先计算水泥剂量5%的各种材料用量：水泥：6500*5/（100+5）=310g集料：6500*100/（100+5）=6190g需要加水：6500*5.1%=332g2.制备一个试件需要混合料的数量：m=vdk(1+w0) =26512.3798% (1+5.1%)=6471g3.用相同的方法对水泥剂量为4.5%、5.5%的混合料制备参数计算，计算结果列入表4-5中； 表4-5 混合料试件制作计算汇总表水泥剂量（%）4.55.05.5试件干密度(g/cm3)2.362.372.37一个试件所需材料质量(g)水泥264293321碎石9.531.5mm(30%)1760175917514.759.5mm(38%)22302229221704.75mm(32%)187818761868需加水数量300314320一个试件混合料数量（g）643264716477 图4-1 成型试块 附注 (1) 试件制作要求 试样的尺寸为150mm直径，150mm高； 至少测试件的数量：9个测试件时，CV小于（10% - 15%）； 测试项目： 水泥试验项目；图4-2 水泥试验图 粗骨料和细集料的筛选； 图4-3 筛分试验 压实试验； 石屑液塑性极限与塑性指数； 无侧限抗压强度试验； 图4-4 试块抗压试验 测试设备和设备：符合标准、规格、测试程序，所有的校准校准； 报告中的相关数据： 在汇总表中的计算数据是测试结果的算术平均值； 在配合比设计中，通过多次试验确定了相应的数据，并通过试验确定了试配强度是以CV小于（15% - 10%）； 对饱和水无侧限抗压强度测定，由6D标准养生1d浸水，按规定的方法测定7d饱和无侧限抗压强度；结果见表4-6。表4-6抗压强度试验结果汇总表水泥剂量(%)4.55.05.5强度平均值R (Mpa)4.34.95.2强度标准差(Mpa) 0.330.420.41强度偏差系数CV (%)7.78.57.8RC0.95(=RC-1.645*S) (Mpa)3.84.24.5是否满足公式 RC0.95(=RC-1.645*S)否是是按公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000要求，根据试验数据编制的水泥稳定混合料，进行了混合材料的延迟成型试验，并在2小时后的强度和干密度损失的情况下，延迟满足设计要求。结果见表4-7表4-7 延时2 h最大干密度与抗压强度损失对照表项 目延时前延时后损失量（%）水泥剂量(%)5.0干密度(g/cm3)2.372.323RC0.95(=RC-1.645*S) (Mpa)4.24.05是否满足公式RC0.95(=RC-1.645*S)是是附注(2)1.养生条件：试件养生温度2520C;相对湿度95%；标准养护6d，并在试验前浸水24