水稳碎石混合料配合比设计.doc

水稳碎石混合料配合比设计水泥稳定碎石层在路面面层与路基中起着承上启下的重要作用，而且在路面工程的工作量中占有比较大的比例，为此设计经济合理的配合比显得尤为重要。随着高等级公路施工经验的积累，通过对水泥稳定碎石层出现的如跳子、松散、裂缝等主要病害的分析，业内许多专家对水泥稳定碎石中水泥剂量、细集料的掺量、最大干密度最佳含水率的确定、混合料延迟时间的控制等提出了许多宝贵意见。下文通过总结福建省内福宁、京福、泉三等高速公路的施工经验，对水泥稳定碎石配合比设计过程应完成的试验项目及注意事项加以探讨，以供参考。 1 原材料试验 1.1 水泥 用于水泥稳定碎石的水泥应进行常规的物理力学性能试验，包括：细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性及胶砂强度，其中初终凝时间应作为水泥稳定碎石层用水泥的主要控制指标，由于其受环境条件的影响较为明显，因此水泥试验室及水泥标准养护箱的温湿度一定要严格控制。 1.2 集料 用于水泥稳定碎石层的集料应进行的试验项目有：颗粒分析（级配）、碎石的压碎值、集料中0.5mm以下颗粒的液限及塑性指数等。碎石中细长扁平颗粒的含量试验，规范中没有要求，可根据具体工程项目的补充规定进行。另外，规范中对单粒级集料含泥量（0.075mm颗粒含量）虽未做要求，但通过该项试验可以确定按一定比例合成后的混合料矿料中0.075mm颗粒的含量是否超标。 2 水泥稳定碎石混合料试验 2.1 级配组成设计 根据各种规格集料的颗粒分析结果，通过调整不同规格集料的掺配比例组合出符合规范要求的级配，在满足规范要求的前提下，各种材料的比例应尽可能与碎石场生产的不同规格材料的比例协调，避免造成施工中某一规格的集料数量不足，而另一规格的集料又有大量的剩余。当混合料矿料中0.5mm以下颗粒的液限及塑性指数超标时，细集料（4.75mm）部分可考虑采用石屑与洁净的天然砂掺合使用，以降低矿料中0.5mm以下颗粒的塑性指数，减少水泥稳定碎石层收缩裂缝的产生。 表1所列为京福福州段FB2标下湖路段采用不同的配合比铺筑的水泥稳定层试验段的比较情况,对应的水泥剂量为3.0%，比较得出，细集料30%石屑获得的7天平均无侧限抗压强度最高；但细集料采用10%石屑+20%闽江砂，养生7天和14天后结构层表面情况最佳。 表1 采用不同配合比铺筑水泥稳定层试验段比较情况 公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E51-2009）中对标准击实试验做了详细的介绍，但是由于材料本身的特性，水泥稳定碎石击实试验数据的离散性较大，为保证试验结果的准确，应严格按规程中的步骤操作，并应注意如下一些细节： （1）在掺配击实用的矿料时各种规格集料，特别是大颗粒的集料，分样一定要均匀且有代表性； （2）击实试验开始，将水泥加入经足够时间浸润的湿矿料时一定要拌和均匀，并大致分成三等份，保证每层的击实高度相等； （3）在击实过程中，待击实的混合料应随时用塑料膜遮盖，以防水分散失； （4）分层击实完成后，特别注意击实试件表面一定要修平，可采用4.75mm或2.36mm方孔筛把余下的混合料中的细料筛出，用于补平击实试件的表面，并用橡胶锤稍加敲击； （5）测定含水率的试样应取击实件经打散并拌匀后的混合料，并应保证混合料开始保温时，烘箱已达到规定的温度。此外，水泥稳定碎石的击实试验结果经常会有异常点的出现，究其原因，除了操作人员没有掌握击实试验要领，不注意操作细节等因素外，过大的预加含水率也会使试验结果出现异常，在含水率超过混合料的保水能力后，击实试验中水分逐步从混合料中析出。而且含水率检测过程中，过湿的混合料更容易使一部分水分散失，试验测得的含水率比实际的含水率要小，使得计算的干密度值变大。出现这种情况后，应减小预加的含水率（以击实时混合料不出水为宜）进行补点试验。图1为京福高速公路福州段FB2标段下湖拌和场水泥稳定碎石混合料的击实试验结果。图中前面4点已经形成一个峰值，从表面上看第5点的干密度比前面的峰值还要大，但在击实时该含水率下的混合料已经出现析水现象，显然取第5点对应的值为最佳含水率和最大干密度是不合适的，应作为异常点舍弃；补点击实后的结果最佳含水率为4.8%、最大干密度为2.24g/cm3。 2.3 无侧限抗压强度试验 在成型无侧限试件前，应先按体积计算一组试件（考虑损耗）所需各种材料的用量进行备料。采用下式计算成型一个试件所需的混合料质量： m=V(1+)dZ （1）式中：V试模体积，cm3； 混合料最佳含水率，%； d混合料最大干密度，g/cm3；Z现场要求的压实度，%。 将所备的各种材料进行拌和并成型试件，试验中应注意： （1）成型时将所称的混合料分三次灌入试模，每次灌入后用夯棒稍加插捣，并应保证试模的上下压柱都外露约2cm，利用压力机将外露的上下压柱压入试模并保持荷载一分钟后卸荷。 （2）成型后的试件一般要静置数个小时后才能脱模，防止脱模时试件被破坏。 （3）脱模前上下压柱应保留在试模内，脱模后应立即以塑料膜包裹试件，并将试件转入养护室，确保试件在养生期不受外部水分的浸湿、试件内的水分不蒸发损失，试件能够利用自身的水分进行养生。 （4）泡水前必须称试件质量，这是为了检验养生期水分的损失是否超过规定值，质量损失不包括各种原因从试件上掉失的混合料颗粒。 （5）泡水一天后，进行无侧限抗压时试件应是饱水面干状态。 2.4 确定水泥剂量EDTA消耗量标准曲线 公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E51-2009）中对于标准曲线的标定及混合料水泥剂量的滴定也做了详尽的介绍，这里着重强调进行水泥剂量EDTA消耗量滴定试验制取试样时应保证样品的代表性。当所取样品中细颗粒偏多时，矿料的总比表面积大，表面所包裹的水泥颗粒多，试验结果偏大，相反则试验结果偏小。 2.5 确定混合料的延迟时间 水泥稳定碎石混合料从加水拌和到现场碾压成型，整个过程需要较长的时间，施工中也可能出现运输车辆短时间故障或交通不畅等各种因素造成的时间延误，延迟时间达到一定程度时，混合料的压实度及无侧限抗压强度将会受到严重影响。混合料允许的延迟时间随水泥剂量、水泥凝结时间、气候等因素的影响，需要通过试验确定： （1）以选定的水泥剂量和矿料级配，按击实试验的方法对矿料预加水进行浸润，从水泥加入浸润的矿料算起，分别延迟不同的时间进行击实试验，得到各延迟时间的最大干密度和最佳含水率； （2）以同样的水泥剂量以及矿料级配，从开始加水拌和算起，分别延迟与击实试验相对应的时间，并以对应的延迟时间得到的干密度计算试件的质量成型试件； （3）试件经标准养生后得到各个延迟时间段的无侧限抗压强度值； （4）分别绘制干密度及无侧限抗压强度与延迟时间关系图，并从关系图中找出允许的延迟时间段。 图2为泉三高速公路泉州段QB3合同段汤城互通拌和场水泥稳定碎石底基层的混合料延迟时间与干密度关系图。从图中可看出当延迟时间在3.5h以内，其对应的干密度值2.19 g/cm3（施工现场要求的压实度值为97%，2.2697%=2.19 g/cm3）图3为泉三高速公路泉州段QB3合同段汤城互通拌和场水泥稳定碎石底基层的混合料延迟时间与无侧限抗压强度关系图。从图中可看出当延迟时间在4h以内，其对应的无侧限强度值2.0MPa（设计无侧限抗压强度值）。比较两者的结果，选定该混合料的允许延迟时间为3.5h。 3 试验报告内容 水泥稳定碎石配合比设计作为标准试验，其结果需经监理工程师审批，方可用于施工，报告一般应包括如下内容： （1）配合比设计说明a、 工程概况 b、配合比设计的依据 c、 原材料的主要指标 d、配合比设计步骤（简述） e、 选用的技术指标 f、 须要说明的其它事项 （2）配合比报告单 （3）配合比报告附件资料 a、 矿料级配组成曲线 b、最大干密度最佳含水率选定图 c、 水泥剂量EDTA消耗量标准曲线图d、无侧限抗压强度试验报告 e、 延迟时间确定图 f、 各种原材料试验报告 4 结束语 水泥稳定碎石配合比设计作为常规试验