水泥稳定碎石基层配合比设计

1、 目录中文摘要2英文摘要31 绪论4 1.1国内外研究的历史及现状4 1.2任务完成思路及方法5 1.3本设计研究意义6 1.4本设计研究的主要内容7 1.5工程相关82水泥稳定碎石性能与机理分析10 2.1概述10 2.2水泥稳定碎石强度形成原理10 2.3影响强度的因素13 2.4集料结构类型3多孔集料水泥稳定碎石混合料配合比设计14 3.1原材料的选择与检验14 3.2矿料的合成级配22 3.3击实实验24 3.4试件七天无侧限实验检验294水泥稳定碎石基层施工的质量控制32 4.1原材料的质量控制32 4.2混合料的组成设计33 4.3试验段的施工33 4.4混合料的拌和、运输、摊铺、

2、压实33 4.5水泥稳定碎石基层的养生365设计结论及相关建议36谢辞参考文献水泥稳定碎石基层配合比设计（安徽省六潜高速）摘要：水泥稳定级配碎石透水基层主要利用级配碎石的渗透性与水泥稳定性，使路面基层结构具有渗透性能好、强度高、易施工、适应性广等特点。本论文结合安徽省六潜高速公路工程实例，介绍水泥稳定级配碎石的透水性能、原材料组成设计与选择，选用骨架密实性结构进行水泥稳定碎石配合比设计，并通过混合料的击实实验和无侧限抗压强度试验结果确定最佳含水量、水泥剂量和最大干密度等技术参数。实验结果显示：该多孔集料配合比为33:20:22:25；最佳水泥含量为4%；最大干密度为2.171g/cm3；最佳含

3、水量为：6.45%。最后通过对水泥稳定碎石基层施工的质量控制研究，对进一步提高水泥稳定碎石路用性能的技术措施进行总结。【关键词】: 多孔集料、水泥稳定碎石; 配合比设计；施工工艺1绪论1.1国内外研究的历史及现状 近年来，为适应高等级公路交通流量大和重型车辆多的特点，以水泥稳定碎石为基层的半刚性基层沥青路面被大量的应用于高等级公路。这主要是因为水泥稳定碎石基层除了具有较高的强度和刚度以及整体性良好外，还具有较好的水稳性和抗冻性，而且可供应的材料种类多，选择面广泛，早期强度高，有利于加快施工进度，在路面的使用过程中弹性变形较小，使用年限长，承载力高等优点。然而由于水泥稳定粒料的脆性以及其对温度、

4、湿度的敏感性较强，使得此类结构在施工及使用过程中由于温度或湿度的交替变化而容易发生收缩开裂，当沥青面层或水泥混凝土面板较薄时，这些裂缝就会反射到面层上来，形成反射裂缝，最终会破坏了路面结构的整体性和连续性，并在一定程度上导致路面结构强度的降低。分析水稳材料的这些缺点和问题，其中一部分是由其原材料本身性质决定的，但很大一部分还是由于原材料的设计和应用方面人为的因素造成的。因此本文结合现行规范标准，对水泥稳定碎石基层原材料的应用提出自己认为合理的使用要求。高速公路沥青路面的建设质量和建设水平，不仅代表一个地区沥青路面的科研水平、施工水平和建设管理水平，同时也代表一个地区的社会经济发展程度，也是一个

5、地区重要的对外形象。江苏省是经济文化强省，“九五”期间江苏省高速公路沥青路面的科研、设计、施工、监理、管理等综合技术水平处于全国领先地位。然而与发达国家相比，我国高速公路沥青路面在科学研究、施工组织和建设管理等方面还存在不少问题，特别是在原材料质量技术指标，沥青混合料矿料级配及混合料试验技术指标方面存在明显的不足。随着我国经济高速发展,公路运输呈现交通量大、吨位大的发展趋势.为了适应公路运输的需求,公路建设部门每年都投入大量资金修建公路,提高公路等级,推广使用高强度高稳定结构.其中,水泥稳定路面基层也是非常重要的环节。从目前国内外的研究成果来看，普遍认为对于集料采用骨架密实型级配不仅可以较有效

6、防治半刚性基层结构的早期收缩裂缝的出现，同时可以提高基层的综合路用性能。因此高性能水泥稳定碎石基层的一定要采用骨架密实型结构，但是不同骨架密实型结构其综合路用性能也不同。需要选出一种结构最佳的级配，确保其综合路用性能最好一、强度高。一般来说，半刚性基层材料具有较高的强度，且它们都具有随龄期不断增长的特性。因此半刚性基层沥青路而通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。半刚性沥青路面的承载能力大部分可由半刚性基层子以满足，沥青面层主要起功能层的作用，因而可以减薄沥青面层、降低工程造价 。 二、稳定性好。半刚性基层材料具有较高的水稳性和冰冻稳定性，因此在水的作用以及多次冻融反复作用下而不影响半刚性材

7、料基层的承载能力。三、刚性大。半刚性基层抗压回弹模量值可高达1800mpa，因而其上沥青而层弯拉应力相对减少，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏能力，也就是说半刚性基层可以达到减薄沥青面层的目的。另外半刚性基层材料板体性好，利于机械化施工且工程造价低，能适应重交通发展需要。半刚性基层沥青路面结构正是以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国公路建设中得到广泛的应用，已成为高等级公路路面主要结构形式然而半刚性基层材料一尤其是水泥稳定碎石类材料由于脆性，对温度、湿度敏感性较强，在强度形成及使用过程中，因温度变化产生温度收缩裂缝和因含水量变化而产生干缩裂缝。当沥青面层较薄时这种裂缝往往扩展到面层形成反

8、射裂缝。裂缝的存在不仅使车辆行驶质量下降，而且也破坏了路面结构整体性和连续性 ，并在一定程度上导致结构强度的削弱 (如裂缝处弯沉增大，回弹模量降低等)。而且随着雨水或雪水的浸入，使基层变软，在大量行车荷载反复作用下，导致路面强度大大降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青路而破碎，加速沥青路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。鉴于此，深入开展水泥稳定碎石基层开裂机理及防裂措施的研究，提出合理而实用的防治半刚性基层沥青路面裂缝的措施，对最大限度的减少收缩裂缝、延长道路使用寿命，具有十分重要的现实意义。1.2 完成任务的思路和方案 多孔集料采用的水泥稳定碎石的设计方法参照普通集料，根

9、据规范规定的技术要求，选择良好的集料级配、适当的水泥用量，以便设计出具有一定刚度、强度、稳定性等诸方面均有良好路用性能的基层材料。 首先必须对原材料的各项性能进行检测，使其符合规范规定的相关技术标准，合格的原材料是确保水泥稳定碎石具有良好性能的前提。 水泥是水硬性结合料，绝大多数的土类（高塑性粘土和有机质较多的土除外）都可以用水泥来稳定，改善其物理力学性质，适应各种不同的气候条件与水文地质条件。其主要技术指标包括细度、凝结时间、标准稠度用水量、体积安定性等，按强度等级分为po32.5、po32.5r、po42.5、po42.5r、po62.5r、po62.5r等6个强度等级，各项指标均应符合相

10、关国家标准。本实验采用的是“巢湖”牌普通硅酸盐水泥，强度等级po42.5。 碎石集料应符合公路路面基层施工技术规范（jtj0342000）的规定标准，其具体指标包括粗集料的含水率、压碎值、吸水率、针片状颗粒含量、颗粒级配，规范规定的级配应符合规定。 多孔集料水泥稳定碎石设计时根据所用水泥、碎石原材料情况,按照公路路面基层施工技术规范（jtj034 2000）和设计图纸的要求,在进行水泥稳定碎石设计时,可按3%、4%、5%、6%、7% 五种不同水泥掺量制备混合料,并按公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtj057-94的方法进行击实试验,确定五种混合料各自的最大干密度和最佳含水量。 根据混合料的

11、最大干密度和最佳含水量进行无侧限抗压强度试验，按公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtj057-94 规定方法，根据碎石最大粒径选用相应尺寸试模（150mm150mm），在规定温度、湿度的条件下养护6 天，浸水1 天，测定其无侧限抗压强度，有条件的情况下还应综合考虑其力学性能、抗裂性、耐疲劳性等各项路用性能。根据上述试验结果，对照普通水泥稳定碎石的配合比设计比较各配比方案的经济性、适应性，确定配合比，铺筑试验路段，指导施工作业，并对施工工艺进行初步探讨。1.3 本论文研究的意义水稳层是水泥稳定碎石层的简称，即采用水泥固结级配碎石，通过压实完成 。水稳的配合比应事先在实验室内进行配合比试配，以确

12、定水泥参量和粗细集料比例，同时确定最大干密度。量大可采用水稳搅拌站拌合。施工可用人工、平地机和摊铺机等方法，在水泥初凝前用压路机至设计压实度。施工完后应对水稳进行洒水养护。中国过去十几年来在经济增长和减贫上取得了举世瞩目的成就，其重要成就是基础设施尤其是交通基础设施的发展。“十五”期间中国共建成高速公路2.47万公里，是“八五”和“九五”建成高速公路总和的1.5倍。到2005年底，高速公路总里程达到4.1万公里，继续稳居世界第二，仅次于美国。2006年末，中国高速公路里程达4.5万公里，2007年底达5.36万公里，创造了世界高速公路发展的奇迹。而在20多年前，中国的高速公路连一米都没有。在世

13、界金融危机日趋严峻的背景下，为抵御国际经济环境对我国的不利影响，2008年11月5日召开的国务院常务会议提出实行积极的财政政策和适度宽松的货币政策，出台十项更加有力的扩大国内需求的措施。在十项措施中，有三项措施与交通运输密切相关，一是农村公路的建设；二是包括铁路、公路和机场在内的重大基础设施建设；三是针对地震灾区的灾后重建工作。据初步预算，中央2008年第四季度安排的1000亿元投资中，投入交通基础设施工程建设为100亿元，这是在原定正常计划以外的一个增量。对于这100亿元的投入方向，交通运输部初步规划，将100亿元用于国家高速公路网的在建项目和农村公路建设，并将这部分资金优先向西部地区倾斜，

14、向欠发达方向倾斜。交通运输部第二阶段的任务是，2009和2010年继续保持基础设施的建设力度，特别是加大高速公路和农村公路的建设，以保证经济平稳增长。力争2009和2010年交通固定资产投资规模年均达到1万亿元水平。高速公路的建设和发展是国家经济发展水平的风向标，中国高速公路的发展同世界还有一定的差距，建设和管理方面的体制都不是很完善。加快高速公路建设是中国经济社会发展的需要。随着国民经济的快速发展，物流、人流、商品流大幅度增加，提高运输效率、降低运输成本的要求日益迫切。到目前为止所修建的高速公路仅满足了所需高速公路的30%多。应该说对高速公路的需求还是突出的。在中国经济比较发达的珠江三角洲、

15、长江三角洲和京津冀地区，高速公路的建设和发展速度最快，同时高速公路为这些地区带来的经济效益也十分显著。在今后的经济发展中，这些地区仍旧是高速公路的重点需求区域。1.4 本论文研究的主要内容本论文结合六潜高速公路路面水泥稳定碎石基层的施工实践，将室内试验研究与工程实践相结合，来研究水泥稳定基层的混合料的配合比、混合料设计方法以及混合料施工工艺和施工质量控制。（1）原材料试验 a：水泥细度检验（负压筛法） b：水泥标准稠度用水量 c：凝结时间 d：安定性检验（雷氏法） e：水泥胶沙强度检验 f：集料针片状颗粒含量 g：粗集料密度及吸水率实验（网篮法） h：烘干含水量变化（2）水泥稳定碎石基层配合比

16、选定（3）混合料试件击实实验（4）混合料试件7天无侧限抗压强度试验（5）水泥稳定碎石基层施工工艺与施工控制（6）水泥计量滴定试验（edta）1.5工程相关 1.5.1 工程概况路线起点位于六安市裕安区城南镇四望山村，接在建的阜六高速公路的终点（阜六k175+022本项目k0+000），阜六路的设计速度为120公里/小时，因此k0+000k0+100作为路基宽度过渡段，路基宽度由28米过渡为26米；路线终点接规划的岳西（黄尾）至潜山高速公路，并通过黄尾互通立交与地方道路相连，路线全长72.287公里。1.5.2 气候特征 项目沿线春秋温和，雨量充沛，光照充足，雨热同期，无霜期长。区域内年平均气温

17、14.516.6，大别山区气温最低。一年中1月份气温最低，月平均1.4，7月份最高，平均27.229。项目区域内降水量9001600mm,具有南部大于北部、山区大于沿江、平原的特点。根据气象调查资料，可知本项目区域应属于1-3-1区，即夏炎热冬冷潮湿区，高温多雨为本地区的主要特点。1.5.3 交通轴载本工程为东营至香港干线的重要组成部分，建成后重车与超载运输的比例将上升，路面设计时将考虑货车超载情况。考虑超载情况下轴载计算代表车型，见表1-2。 表1-1货车类型代表车型前轴轴重（kn）后轴轴重（kn）后轴轴数后轴轮组数交通量小客江淮al660017.026.51单轮组2000中客黄海dd640

18、32.0701双轮组960大客黄海dd65049.0911双轮组340小货金杯sy13212.827.61双轮组1282中货解放ca14124.568.61双轮组1042大货黄河jn15049.0101.61双轮组1663拖挂车日野zm440601002双轮组196根据交通量调查资料，考虑车型发展趋势、经济发展对交通量增长率等因素的影响，将各级轴载换算为标准轴载100kn的累计标准当量轴次作为结构层计算的依据。根据表1-2，将各种车型换算成标准轴载，计算出设计年限十五年内一个车道上累计当量轴次为1.859x107次，根据公路沥青路面设计规范（jtg d502006）确定本项目交通等级为重交通等

19、级。综上，抗滑防水、高温抗车辙是本项目路面设计的主要考虑因素。1.5.4 技术标准（1）设计车速：100km/h（2）路基宽度：26m，路面宽度211.25m;（3）路面结构类型：下面层ac20(8cm)，上面层ac16(4cm)。（4）水泥稳定碎石基层35cm2水泥稳定碎石性能与机理分析2.1概述 在粉碎的或原状松散的图（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。当用水泥稳定细粒土（沙性土、粉性土或粘性土）时，称为水泥土。水泥是水硬性结合料，绝大多数的土类（高塑性粘土和

20、有机质较多的土除外）都可以用水泥来稳定，改善其物理力学性质，适应各种不同的气候条件与水文地质条件。水泥稳定类基层具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，切随龄期的增长而增长，所以应用范围很广。近年来，我国一些路面工程中，水泥稳定土可用于路面结构的基层和底基层，在保证路面使用品质上取得满意的效果，但水泥土禁止作为高速公路或一级公路路面的基层，只能做底基层，在高等级公路的水泥混凝土路面板下，水泥土也不应作基层。2.2水泥稳定碎石强度形成原理 用水泥稳定土过程中，水泥、土和水之间发生各种复杂的物理化学作用，从而使土的性能发生明显变化。这些作用分为：化学作用：如水泥颗粒的水化

21、、硬化作用，有机物的聚合作用，以及水泥水化物与粘土矿物之间的化学作用等。物理化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化物的扩散作用、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等。物理作用：如土块的机械粉碎作用，混合料拌合、压实作用等。现就其中一些主要作用过程分述如下：2.2.1水泥的水化作用在水泥稳定土中，首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度的主要来源。水泥水化过程的反应简式如下：硅酸三钙: 2c3s+6h20c3s2h3 + 3ch硅酸二钙: 2c2s+4h20c3s2h3 + ch铝酸三钙: c3a+6h20c3ah

22、6铁铝酸四钙:c4af+7h20c4afh7在水泥稳定土中，水泥的水化硬化条件较水泥混凝土中差不多。特别是由于黏土矿物对水化产物中的ca(oh)2具有较强的吸附作用，使溶液中的碱度降低，从而影响了水泥水化产物的稳定性；水化硅酸钙中的c/s（有效cao和sio2的比值）会逐渐降低，析出ca(oh)2，从而使水化产物的结构和性能发生变化，进而影响到混合料的性能。因此，应首选硅酸盐水泥。2.2.2离子交换作用土中的黏土颗粒由于颗粒细小，比表面积大，因而具有较高的活性，当黏土颗粒与水接触时，黏土颗粒表面通常带有一定量的负电荷，在黏土颗粒周围形成一个电场，这层带负电荷的离子称为电位离子。带负电荷的黏土颗

23、粒表面，进而吸引周围溶液中的正离子，如na+、k+等、而在颗粒表面形成了一个双电层结构，这些与电位离子电荷相反的离子就称为反离子。在双电层中电位离子形成了内层，反离子形成了外层。靠近颗粒的反离子与颗粒表面结合较紧密，当黏土颗粒运动时，结合较紧密的反离子将随着颗粒一起运动，而其它反离子将不产生运动，由此在运动与不运动的反离子之间便形成了一个滑移面。由于在黏土颗粒表面存在着电场，所以也存在着电位。颗粒表面电位离子形成的电位称为热力学电位（），滑动面上的电位称为电动电位（）。由于反离子的存在，离颗粒表面越远，电位越低，经过一定的距离电位将降低为零，此距离称为双电层厚度。由于各个黏土颗粒表面都具有相同

24、的双电层结构，故黏土颗粒之间往往间隔着一定的距离。在水泥中c3s和c2s占主要部分，其水化所生成的ca(oh)2所占的比例也比较高，可达水化产物的25%。大量的ca(oh)2溶于水后，在土中形成一个富含ca2+的碱性溶液环境。当溶液中富含ca2+时，因为ca2+的电价高于na+、k+，与电位离子的吸引力较强，从而取代了na+、k+，称为反离子。同时，ca2+双电层电位的降低速度加快因而使电动电位降低、双电层厚度减小，使黏土颗粒之间的距离减小，相互靠拢，导致土的凝聚，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定度。2.2.3化学激发作用ca2+的存在不仅影响了粘土颗粒表面双电层的结构，而且在这种碱

25、性溶液环境下，土本身的化学性质也将发生变化。 土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐，其中含有大量的硅氧四面体和硅氧八面体。在通常情况下，这些矿物具有较高的稳定性。但当黏土颗粒周围介质的ph值增加到一定程度时，黏土矿物中的sio2和al2o3活性分子将被激发出来，与溶液中的ca2+进行反应，生成新的矿物。这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如4cao5sio25h2o、caoal2o310h2o、4caoal2o319h2o、3caoal2o316h2o等。这些矿物的组成和结构与水泥的水化产物都有很多类似之处，并且同样具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着黏土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将黏土颗粒

26、凝结成一个整体。因此ca(oh)2对黏土矿物的激发作用将进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性。2.2.4碳酸化作用水泥水化生成的ca(oh)2除了可与黏土矿物发生化学反应外，还可与空气中的co2发生碳酸化反应而生成碳酸钙晶体。其反应式如下：ca(oh)2 + co2 + nh2o=caco3 +（n+1）h2o 在caco3生成过程中产生体积膨胀，也可以对土的基体起到填充和加固作用。 水泥水化生成的水化产物，相互交织搭接，将集料颗粒包裹连接起来，随着水化产物的增加，混合料强度也逐渐增长.基于胶凝材料-水泥石在水泥稳定碎石中的特殊作用，控制脆性材料水泥石强度的主要因素-孔隙率也成为影响该材料强度

27、的一个重要因素，这种孔隙率则与水灰比有关。水泥稳定碎石的强度主要与集料的性状颗粒级配、表面织构、形状、强度及刚度、最大颗粒尺寸等)、水泥类型与数量、用水量、密实度的影响。在实际施工中，由于集料与水泥类型往往受到限制，强度主要与级配、水泥用量、用水量及密实度有关。综上所述，随着结晶进行的同时，结晶的析出端，也就是露出晶边的al3+离子的正电荷将吸引结合于已析出晶面的oh-离子的负电荷，结果结晶之间发生排斥，从而形成“晶边晶面结合”的蜂窝状结构，把土中的矿物颗粒包裹于蜂窝状结构里。总之，水泥稳定碎石是水泥石的骨架作用与ca(oh)2的物理化学作用的结果，后者使碎石和碎石团形成稳定的团状结构，而水泥

28、石结构则把这些团粒包裹和连接成坚硬的整体。2.3影响强度的因素2.3.1土质土的类别和性质是影响水泥稳定土强度的重要因素，各种沙砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定，但稳定效果不同。试验和生产实践证明：用水泥稳定级配良好的碎（砾）石和沙砾，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少；其次是沙性土；再次之是粉性土和粘性土。重粘土难于粉碎和拌合，不宜单独用水泥来稳定，因此，一般要求图的塑性指数不大于17.2.3.2水泥的成分和剂量 各种类型的水泥都可以用于稳定土。但实验研究证明，水泥的矿物成分和分散度对于其稳定效果有明显影响。对于同一种土，通常情况下硅酸盐水泥的稳定效果好，而硅酸盐水泥较差。 在水泥硬化

29、条件相似，物质成分相同时，随著水泥分散度的增加，其活性强度和硬化能力也有所增大，从而水泥土的强度也大大提高。 水泥土的强度随水泥的剂量的增加而增长，但过多的水泥剂量，虽然获得强度的增加，在经济上却不一定合理，在效果上也不一定显著，而且由于刚性过大容易开裂。试验和研究证明，水泥剂量为4%8%较为合理。2.3.3含水量含水量对水泥稳定土强度影响很大，当含水量不足时，水泥不能在混合料中完全水化和水解，发挥不了水泥对土的稳定作用，影响强度形成。同时，含水量小，达不到最佳含水量也影响水泥稳定土的压实度。因此，使含水量达到最佳含水量的同时，还要满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。水泥正常水化所需的水量约

30、为水泥重的20%，对于沙性土，完全水化达到最高强度的含水量较最佳密度的含水量小；而对于粘性土则相反2.3.4施工工艺过程 水泥、土和水拌合的均匀，而且最佳含水量下充分压实，使之干密度最大，其强度和稳定性就高。水泥土从开始加水拌合到完成压实的延续时间要尽可能的最短，一般要在6小时以内，若时间过长，则水泥凝结，在碾压时，不但达不到压实度的要求，而且也会破坏已结硬水泥的胶凝作用，反而使水泥稳定土强度下降。在水泥终凝时间达不到规定要求时，可以使用一定剂量的缓凝剂，但缓凝剂的品种和具体数量应根据试验确定。水泥稳定土需湿法养生，以满足水泥水化形成强度的要求。养生温度愈高，强度增长得愈快，因此，要保证水泥稳

31、定土养生的温度和温度条件。2.4 集料结构类型混合料的结构强度在很大程度上取决于混合料的内摩阻力和粘结力。在混合料中，各结构组分的变化，会对整个混合料受力产生直接影响，从而使混合料具有不同的变形特性。其结构特点主要有以下三种情况:2.4.1 悬浮密实结构 这种结构形态的水泥稳定碎石混合料，通常采用连续型密级配，骨料的颗粒尺寸由大到小连续存在。这种结构中含有大量细料，而粗料数量少，且相互间没有接触，不能形成骨架，粗颗粒犹如“悬浮”于细颗粒之中。三轴试验表明，该种结构虽然具有较高的粘聚力，但摩阻角较低，其强度主要受粘结力所控制，在外部荷载作用下，易产生破坏。由此而修筑的水泥稳定碎石基层，受水泥性质

32、的影响较大，因而其抗收缩性能较差，使基层容易开裂，破坏了基层的整体性，是造成路面结构破坏的因素之一。悬浮密实结构 图 2-12.4.2 骨架空隙结构采用连续开级配的水泥稳定碎石混合料属于这一结构类型。在这种结构中，粗骨料较多，而细料数量过少，因此，虽然能够形成骨架，但其残余空隙较大。三轴试验表明，虽然此种结构粘聚力较低，但其内摩阻角较大，其强度主要取决于内摩阻力，粘聚力相对是次要的。由此而修筑的水泥稳定碎石基层，受水泥性质的影响较小，因而其抗收缩性能较好，但由于其空隙率太大，使基层的耐久性受到影响。骨架空隙型结构 图 2-22.4.3 骨架密实结构密实骨架结构是综合以上两种类型组成的结构。水泥

33、稳定碎石混合料既有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据残余空隙的多少加入细料，从而使混合料形成较高的密实度。这种结构的混合料三轴试验表明，此种结构不仅具有较高的内摩阻角，而且具有较高的粘聚力。理论上讲，属于该种结构类型的水泥稳定碎石混合料具有最优的力学性能、抗收缩性能和抗冲刷性能。 骨架密实型结构 图 2-3 纵观以上分析可以看出，水泥稳定碎石混合料中各组成成分的空问位置排列不同，就会导致混合料整体性质发生变化，因此深入分析混合料内部组成结构，才能真正设计出性能优良的水泥稳定碎石混合料。 集料级配是影响水泥稳定碎石强度、稳定性和干缩特性的重要因素。在一定程度上，材料级配的好坏，直接影响到材料的强度

34、.影响到水泥稳定碎石基层的使用效果。实践证明，用同一剂量的水泥稳定级配良好的集料，其强度和耐久性比稳定级配不好的集料的强度和耐久性要高得多。 水泥稳定碎石基层原材料的性能不仅要求达到规范所规定的技术标准，还应具有良好的级配，使集料排列紧密，具有较小的空隙率，以保证在结合料的胶结作用下抗变形能力强，稳定性好，具有较高的强度，反之，级配不良的混合料，将导致强度降低。3多孔集料水泥稳定碎石混合料配合比设计3.1原材料的选择与检验3.1.1水泥由于碎石集料本身的塑性指数小，不具备任何粘结力，必须掺入足够量的结合料 水泥，在水泥的胶结作用下，才能形成强度，而水泥剂量的多少对无侧限抗压强度高低有明显的影响

35、，所以施工中必须保证足够的水泥剂量，使水泥稳定碎石基层真正起到稳定作用。水泥剂量偏低，强度达不到要求。水泥稳定碎石层也起不到稳定的作用。水泥稳定碎石中强度指标在很大程度上取决于水泥的含量，随着水泥剂量的增加，水泥稳定碎石的强度也将显著地提高。国内的许多研究都证实这一点。在保持集料级配一致的条件下，笔者也考察了水泥稳定碎石强度与水泥用量的具体变化关系，水泥用量范围3.0%、 3.5%、4.0%、4.5%、5.0%。1、 现行规范要求普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可用于稳定碎石，但不应使用快硬水泥、早强水泥以及己受潮变质的水泥;宜采用标号32.5或42.5的水泥;应选用初凝时

36、间3h以上和终凝时间较长 (宜6h以上)的水泥;并要求施工的延迟时间应小于水泥终凝时间。2、本实验的应用情况水泥的种类决定了水泥的矿物成分，直接影响混合料的强度。一般情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好。水泥的标号也不易过高(用 32.5#)，因为一般情况下高标号的水泥其凝结时间也比较快，这样不利于混合料的施工;同时也避免在达到强度日标值的前提下，因水泥标号高而导致用量少，降低了混合料的浆集比和致密性。因此使用低标号水泥主要是考虑强度限制，另外是有慢凝的性质。（1）水泥品种和标号 此处选用的水泥的强度等级为42.5，产地为安庆，生产许可证为xk23-201-06841，执行标准为gb175-200

37、7。（2）水泥标准稠度用水量水泥标准稠度用水量可用调整水量和固定水量两种方法中的任意一种测定。本实验采用固定水量法。其试验目的是为了测定水泥凝结时间和安定性试验提供标准稠度用水量。p=33.4-0.185s水泥标准稠度用水量试验记录 表3-1次数水泥质量（g）加水量（ml）锥入深度（mm）标准稠度用水量（%）1500142.527.328.22500142.529.5硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24%30%之间。试验水泥能够满足要求。（3）初、终凝时间自加水时刻起，至试针插入净浆中距底板23mm时所经过的时间为初凝时间；至试针插入净浆中不超过10.5mm时所经过的时间为终凝时间。初凝时间

38、与终凝时间均用h-min（小时-分）表示。水泥凝结时间试验记录表 表3-2开始加水时间试针距底板3-5mm时间试针沉入净浆中0.5mm时间9:4814:3017:25初凝时间4h42min终凝时间7h47min 道路基层水泥初凝时间不低于4h，终凝时间应高于6h，但不得迟于10h。初、终凝时间都满足要求。（4）水泥的体积安定性检验方法（雷氏法）体积安定性试验分试饼法和雷氏法两种。本实验采用雷氏法。用膨胀值测定仪测量试件雷氏夹指针两针尖之间的距离，计算膨胀值，取两个试件膨胀值的算术平均值，若不大于5mm时，则判定该水泥安定性合格。若两块膨胀值相差超过4mm时，应用同种水泥重做试验。雷氏法测体积安

39、定性试验记录 表3-3编号初始记录煮沸后记录膨胀值1110.3mm11.4mm1.1mm129.7mm10.2mm0.5mm两个试件的膨胀值的算术平均值0.8mm5mm。该水泥体积安定性合格。（5）水泥胶砂强度试验胶砂搅拌采用行星式胶砂搅拌机（iso679），首先将称好的水加入锅内，再加入水泥，把锅放在固定器上，上升至固定位置后立即开动机器，低速搅拌30s，第二个30s内均匀加砂，再高速搅拌30s，停拌90s，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间，在调整下继续搅拌60s。试件振动成型是采用胶砂试件成型振实台（iso679），分三层加入，每层振动60次。最后用直尺水平将试件

40、表面抹平。以中心加荷法测定抗折强度，试件应侧面朝上，抗折试验加荷速度为50n/s10n/s，直至折断。抗折强度计算：rf=1.5ffl/b3式中：rf 抗折强度（mpa） 支撑圆柱中心距（mm）ff 破坏荷载（） 试件断面正方形的边长，为40mm水泥抗折强度试验记录 表3-4龄期破坏荷载（单个值）（kn）测定值破坏荷载（kn）强度（mpa）3d25012500248724965.58 7d3557352634973527 8.27 28d5374535753395357 12.56 抗压实验应在抗折试验后立即进行，受压面为试件成型时的两个侧面，面积为40mm40mm抗压强度计算：rf/a 式中

41、： r 抗压强度（mpa） f 破坏荷载（n） a 受压面积，40mm40mm=1600mm2水泥抗压强度试验记录 表3-5龄期破坏荷载（单个值）（kn）测定值荷载（kn）强度（mpa）3d40.5537.61 41.63 38.46 41.46 38.27 39.66 24.79 7d58.65 60.26 59.13 58.78 59.87 60.43 59.22 37.01 28d89.12 85.01 85.33 84.03 86.64 81.57 85.12 53.20 （6）水泥技术指标汇总水泥技术指标汇总 表3-5项目3天抗折强度（mpa）3天抗压强度（mpa）7天抗折强度（mp

42、a）7天抗压强度（mpa）28天抗折强度（mpa）28天抗压强度（mpa）标准稠度用水量（%）初凝时间终凝时间实验数据5.8539.66 8.27 59.22 12.57 85.12 28.20 4h12min7h47min规范指标3.516.00 6.50 42.5 t4h6ht10h 水泥的各项物理性能评定满足要求，水泥的强度等级也符合规范。3.1.2集料1、集料技术指标碎石应由岩石或砾石轧制而成，应洁净、干燥，并具有足够的强度和耐磨耗性。其颗料形状应具有棱角，接近立方体，不得含有软质和其它杂质。碎石应具有一定的抗压碎能力:二级和二级以下公路的集料压碎值不大于35%，石料颗粒的最大粒径不应

43、超过37.5mm;一级、高速公路的集料压碎值不大于30%，集料中颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。集料中有机质含量不超过2%，集料中硫酸盐含量不超过0.25%。2、 实验结果试验测定集料的物理力学性质，包括测定集料的压碎值、针片状含量、烘干含水量等。（1） 压碎值 集料压碎值用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量石料力学性质的指标，以评定其在公路工程中的实用性。基层、底基层的集料压碎值（规范要求） 表3-6公路等级高速公路、一级公路二级公路三级公路、四级公路材料类型水泥、石灰粉煤灰稳定类303535石灰稳定类基层3035底基层354040级配碎石基层263035底基层30354

44、0填隙碎石基层26底基层303030级配或天然砂砾基层35底基层303540采用风干集料用13.2mm和9.5mm标准筛过筛，取9.5mm13.2mm的试样3组各3000g，供实验用。如过于潮湿需加热烘干时，烘箱温度不得超过100，烘干时间不超过4h。试验前石料应冷却到室温。将试样分3次（每次数量大体相同）均匀加入试模中，每次均将试样表面整平，用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次。最后用金属棒作为直刮刀将表面仔细整平。称取量筒中试样质量（m0）。以相同质量的试样进行压碎值的平行试验。计算压碎值：石料压碎值按下式计算，精确至0.1%。 qa=m1/m0100式中： qa 石料压碎值（%）

45、 sm0 试验前试样质量（g） m1 试验后通过2.36mm筛孔的细料质量（g）m集料（规格515）压碎值试验记录 表3-7试验次数试验前试样质量（g）试验后试样质量（g）试验后通过2.36mm质量（g）压碎值(%)个别值平均值130002309.7690.323.022.7229822318.5663.522.3 多孔集料的压碎值符合路面材料的要求，这说明多孔集料具有良好的力学性质，也从另一个角度说明多孔集料的形态特征较好。（2） 针片状颗粒含量粗集料中的针片状颗粒，是指用游标卡尺测定的粗集料的最大长度（或宽度）方向与最小厚度（或直径）方向的尺寸之比大于3倍的颗粒。将试样平摊于桌面上，首先目

46、测挑出接近立方体的颗粒，剩下可能属于针状（细长）和片状（扁平）的颗粒。颗粒平面方向的最大长度为l，侧面厚度的最长尺寸为t，颗粒最大宽度为w（twl），用油表卡尺逐颗测量石料的l及t，将l/t3的颗粒（即最大长度方向与最大厚度方向的尺寸之比大于3的颗粒）分别挑出作为针片状颗粒。称取针片状颗粒的质量m1，准确至1g。计算针片状颗粒含量：qe=m1/m0100式中：qe 针片状颗粒含量（%） m1 试验用的集料总质量（g） m0 针片状颗粒的质量（g）针片状含量记录 表3-8多孔集料试验次数试样总质量（g）针片状颗粒质量（g）针片状含量（%）个别值平均值1#11000.9123.612.312.92

47、998.5133.513.42#1802.276.39.5110.02803.483.710.43#1400.838.69.69.82402.740.210.0由试验结果表明，多孔集料的针片状颗粒含量要比普通集料的针片状含量要大15%左右，满足公路水泥混凝土路面施工技术规范（jtg f30-2003）对级集料（15%）的要求，说明多孔集料的颗粒形状不会对水泥稳定碎石的性能产生显著的不良影响。（3） 粗集料密度及吸水率试验（网篮法） 将试样用4.75mm或2.36mm标准筛过筛除去其中的细集料，取试样洗净后浸泡24h，采用物理天平，称取水中质量、表干质量、烘干质量。计算：表观相对密度：a=ma/

48、（ma-mw） 表干相对密度：s=mf/（mf-mw） 毛体积相对密度：b=ma/（mf-mw）a 集料的表观相对密度，无量纲s 集料的表干相对密度，无量纲b 集料的毛体积相对密度，无量纲ma 集料的烘干质量（g）mf 集料的表干质量（g）mw 集料的水中质量（g）计算粗集料的吸水率，以烘干质量为基准，精确至0.01%：x=（mf-ma）100/ma式中：x 粗集料的吸水率（%）粗集料吸水率试验记录 表3-9多孔集料试验次数试样烘干质量（g）试样表干质量（g）吸水率（%）个别值平均值1#1197320403.40 3.34 2198020453.28 2#1147615404.34 4.44

49、2147515424.54 3#1134414286.25 6.24 2134814326.23 粗集料密度试验记录 表3-10多孔集料试验次数试样烘干质量（g）试样水中质量（g）试样表干质量（g）表观相对密度（g/cm3)表干相对密度（g/cm3)个别值平均值个别值平均值1#11973123620402.677 2.667 2.537 2.531 21980123520452.658 2.525 2#11476926.215402.685 2.684 2.509 2.505 21475925.415422.684 2.501 3#11344842.614282.680 2.674 2.439

50、 2.435 21348842.814322.668 2.430 混合料的密实度与其中的不同粒径的集料（尤其是粗集料）之间的嵌挤作用是由相互配合的颗粒的体积比例来反映出来的，所以集料的密度直接影响混合料的配合效果，即强度与密实度。多孔集料的吸水率比普通集料大了近1.2倍。密度相差不大。（4）烘干含水量变化将试样置于干净的容器中，称量试样和容器的总质量（m1），并在1055的烘箱中烘干至恒重，测定质量的变化。计算含水率，精确至0.1%。w=(m1-m2)/(m2-m3)100式中：w 粗集料的含水率（%） m1 烘干前试样与容器的总质量（g） m2 烘干后试样与容器的总质量（g） m3 容器质量（g）多孔集料烘干过程中质量的变化 表3-11多孔集料集料质量（g）