水泥穩(wěn)定性配合比設(shè)計

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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，在我國的高等級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)計方法以及注意的問題進行介紹。 

關(guān)鍵詞：混合料 配合比設(shè)計 因素 問題  隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路交通量急劇增加，這對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性能和行車舒適性, 適合于各種車輛的通行, 同時具有良好的抗滑、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)過粉碎或原來松散的土中, 摻入足量的水泥和水, 經(jīng)拌和得到的混合料在壓實和養(yǎng)生后, 當其抗壓強度符合規(guī)定的要求時,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, 其強弱和好壞對整個路面的強度、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基本條件: 有足夠的強度和剛度, 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)濟實用的基層筑路材料。配合比的設(shè)計對混合料的品質(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 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，因此使用前必須對原材料的各項基本性能指標進行測試。 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，平地機和攤鋪機等施工機械愈容易損壞混合料，甚至可能使粗細集料產(chǎn)生離析現(xiàn)象。同時平整度也難以達到要求。一般粒徑為19-20mm。 粒料中含有塑性指數(shù)的土時，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%； 其他細粒土：6%，8%，9%，10%，12%。 在能估計合適劑量的情況下，可以將五個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)做三個不同水泥劑量混合料的擊實試驗，即最小劑量、中間劑量和最大劑量。其他兩個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.按工地預定達到的壓實度，分別計算不同水泥劑量的試件應(yīng)有的干密度。 試件的干密度 = 擊實試驗所得最大干密度 × 現(xiàn)場要求壓實度 [3] 1.2.4．按最佳含水量和計算得的干密度制備試件進行強度試驗時，作為平行試驗的試件數(shù)量應(yīng)符合表-1中的規(guī)定。如試驗結(jié)果的偏差系數(shù)大雨表中的規(guī)定值，則應(yīng)重做試驗，并找出原因，加以解決。如果不能降低偏差系數(shù)，則應(yīng)增加試驗數(shù)量。 表-1 穩(wěn)定混合料類別 下列偏差系數(shù)時的試驗數(shù)量 %26lt; 10% 10% ~ 15% %26lt; 20% 細粒 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，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，并計算抗壓強度試驗結(jié)果的平均值和偏差系數(shù)。計算公式為： R =（R1+R2+R3+......+Rn） （1） Cv = σ/R （2） 其中：R—混合料所側(cè)強度平均值，MPa； Ri—各側(cè)定強度值，MPa； n— 實驗樣本數(shù)； Cv—偏差系數(shù)； σ—實驗結(jié)果標準差。[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浸水抗壓強度應(yīng)符合表-2的規(guī)定。 水泥穩(wěn)定混合料的強度標準表 表-2 公路等級層位 二級和二級以下公路 一級和高速公路 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的強度標準，限定合適的水泥劑量。此劑量試件室內(nèi)試驗結(jié)果的平均抗壓強度(R`)公式（3）的要求： R` ≥ Rd /（1- Zа.Cv） （3） 式中：Rd—設(shè)計抗壓強度； Cv—試驗結(jié)果的偏差系數(shù)（以小數(shù)計）； Zа—標準正態(tài)分布表中隨保證率而變的系數(shù)：高速公路和一級公路應(yīng)取保證率95%，此時Zа=1.645；一般公路取保證率90%，即Zа=1.282。 1.2.8.工地實際采用的水泥劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗確定的劑量多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% 細粒 5% 4% 1.3 水泥穩(wěn)定砂礫混合料配合比設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題 (1) 進行混合料配合比設(shè)計確定混合料的水泥用量時, 試件不應(yīng)按擊實試驗所得的最大干密度制作, 而應(yīng)該按與規(guī)定的現(xiàn)場壓實度相應(yīng)的干密度制作。 (2) 水泥劑量按干集料的質(zhì)量百分比計。 (3) 養(yǎng)生條件控制極為重要。溫度對水泥穩(wěn)定混合料的影響很大, 原本不合格的材料會因養(yǎng)生溫度高而變得合格, 反之亦然   2. 影響水泥穩(wěn)定混合料強度的因素 2.1水泥成分和劑量的影響 在作配合比設(shè)計時，一般認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。當水泥的礦物成分相同時，穩(wěn)定混合料的強度與水泥細度有關(guān)，細度高的水泥，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性質(zhì)將得到更進一步的提高。 [5] 所以通常情況下，在保證水泥混合料能達到規(guī)定的強度和穩(wěn)定性的前提下，配合比設(shè)計盡可能的用低的水泥劑量。 2.3 養(yǎng)生溫度的影響 養(yǎng)生溫度對水泥穩(wěn)定混合料的強度有很明顯的影響。養(yǎng)生溫度愈高，水泥穩(wěn)定混合料的強度也愈高. 2.4延遲時間的影響 《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）規(guī)定采用廠拌時，延遲時間不超過2h，路拌時延遲時間不超過3-4h。這在一些施工設(shè)備和組織管理條件差的施工企業(yè)來說很難達到。由于水泥等級的提高，細度也愈來愈細，水化速度更快，使施工的難度更大。延遲時間對強度的影響反映在下面3個方面： ① 在延遲碾壓成型時，已形成的部分水滑物將不能充分發(fā)揮較凝作用； ② 延遲時間對已形成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了損壞。 ③ 延遲時間使水泥穩(wěn)定基層材料碾壓更困難，因此成型時達到的最大干密度要變小，空隙率增加，因而強度降低。[6] 因此我們在混合料配合比設(shè)計時就要采取一些措施來使水泥穩(wěn)定混合料的延遲成型時間變長。 2.5含水量的影響 含水量對于水泥穩(wěn)定類混合料的強度有很大的影響，當含水量過小時，其發(fā)生化學與物理化學作用不充分，不能保證其得到最大限度的粉碎和均勻拌和，也不能保證達到最大壓實度的要求。因此對于進行混合料配合比設(shè)計要盡量靠近最佳含水量。[7] 3. 水泥穩(wěn)定混合料對路面結(jié)構(gòu)的影響 3.1.水泥穩(wěn)定混合料的強度沒有充分形成時，如表面水由瀝青面層滲入，水泥穩(wěn)定混合料基層會發(fā)生軟化。即使是幾毫米的軟化層也會導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] 對于水泥穩(wěn)定混合料存在的問題，我們必須采取措施加以解決。 1.在配合比設(shè)計中，控制集料中的細粒含量和塑性指數(shù)。將通過0.075mm篩孔的細料含量控制為5%-7%，若細料收縮性特別明顯，則應(yīng)控制為2%-5%，同時加入部分粉煤灰（水泥與粉煤灰之比為1：1）。細粒的塑性指數(shù)應(yīng)盡可能小（不大于4）。 2.在滿足強度要求的情況下，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)計采用最佳含水量。以減少干縮裂縫。[9] 4.結(jié)語 水泥穩(wěn)定混合料的配合比設(shè)計在經(jīng)濟和技術(shù)兩個方面均對路面工程有較大影響。本文從原材料選取、制備試樣、擊實試驗、制備試件、養(yǎng)生及強度等方面對水泥穩(wěn)定混合料配合比設(shè)計過程進行了詳盡的論述, 指出配合比設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題, 以及水泥混合料對路面結(jié)構(gòu)可能造成的問題和解決措施，可供同類工程借鑒。