低剂量水泥稳定碎石击实试验方法的研究

王永飞

1 概述

基层是沥青路面结构中的主要承重层，基层的强度及抗渗、抗冲刷性能往往决定了沥青路面的使用质量和使用寿命，而基层的压实状况是影响其强度、抗渗、抗冲刷性能的主要因素。基层的致密压实使基层粒料充分接触和嵌挤，在稳定结合料的粘结作用下，保证其有较高的强度和较好的板体性，强度高、板体性好的基层相应具有较好的抗渗和抗冲刷能力。目前用作沥青路面基层的半刚性材料很多，本文主要探讨低剂量水泥稳定碎石基层材料击实试验的特殊性，以及击实试验过程中应注意的事项和最大干密度、最佳含水量确定的方法。

2 击实试验目的和常规击实试验方法

2.1 击实试验目的

半刚性基层击实试验的目的，就是确定基层混合料的最大干密度ρdmax以及最佳含水量 w0，了解这种基层材料的压实特性，为保证基层在沥青路面结构中的层位功能，加强混合料中粒料间的嵌挤及提高基层的板体性，提高其抗剪强度、抗渗性能及抗水冲刷性能，同时降低其压缩性，以满足沥青路面对基层的强度及耐久性要求，为工程设计和现场施工碾压提供压实度标准。

2.2 常规击实试验方法

T 0804-94公路工程无机结合料稳定材料试验规程规定了对于水泥稳定土(在水泥水化之前)、石灰稳定土及石灰(或水泥)粉煤灰稳定土击实试验的方法。《规程》规定了根据材料粒径的大小分别采用甲、乙、丙三种试验方法，在已知含水量和干密度的条件下，以干密度为纵坐标，以含水量为横坐标，在普通直角坐标系上绘制干密度与含水量的关系曲线，驼峰曲线顶点的纵横坐标分别为稳定土的最大干密度ρdmax和最佳含水量 w0。

3 低剂量水泥稳定碎石击实试验方法及试验数据处理

3.1 原材料组成

试验采用的原材料包含水泥、碎石。水泥是河南安阳盟电水泥厂生产的，标号为325号缓凝水泥，初凝时间6 h，终凝时间 8 h;级配碎石由四档料组成，分别为:20料～40料;10料～20料;5料～10料;中砂。所用碎石产地为河南浚县，中砂产地为山东磁窑。对四档料进行筛分后通过级配设计程序确定各料的级配合成，四档料在混合料中所占比例分别为:20料～40料占18%;10料～20料占17%;5料～10料占 22%;中砂占43%。

3.2 低剂量水泥稳定碎石击实试验方法

1)拟定初始含水量:初始含水量一般参考当地施工经验，根据材料、气候决定，在缺乏参考资料的前提下，对于水泥稳定碎石材料，一般开始拟定含水量为5%或6%，开始击实后根据湿密度的变化再作调整，必须击实5个～6个含水量，依次相差1%～2%，在估计的最佳含水量左右可只差1%，其余差2%。2)备料:为了便于击实加水量的计算，试验所用的级配碎石各档料和水泥应事先充分烘干冷却。烘干冷却后的级配碎石按四档料分别分开堆放在洁净硬化的地板上，杜绝污染、淋湿。烘干冷却后的水泥应装入密闭容器或塑料口袋备用。3)称料:一个试样质量一般取5.5 kg，根据级配合成算出每档料在一个试样中所占的质量。4)制备试样:由称取的5 500 g级配碎石集料，根据水泥剂量算出一个试样的水泥含量(计算时应注意水泥外掺和内掺算法的区别)。将称好的一份试料放在不锈钢脸盆上，计算好的水泥随后加入，先使水泥和集料充分拌匀，然后将计算好的该份试料应加的水均匀喷洒在试料上，用小铲将试料充分拌和到均匀状态。5)击实:制备好的试样，由于是水泥稳定碎石，无需焖料，立即进行击实试验，击实过程按T 0804-94公路工程无机结合料稳定材料试验规程的规定进行，为满足每层击实后高出(1 mm～2 mm)筒高的1/3，每层加料应在1 650 g～1 700 g之间，并且在击实过程中，由于击实锤的冲击振动，试筒上的套环很容易振松脱落，应随时注意套实旋紧。6)脱模:试样击实后，要求齐筒顶刮平试样，试样刮平擦净后称筒加湿试样的重量，准确到5 g。然后脱模测定击实后试料含水量，按T 0804-94公路工程无机结合料稳定材料试验规程规定操作。7)根据先前击实结果，改变含水量(即假设击实前所加含水量不会损失的前提下，预算干密度，使各含水量和干密度能近似形成驼峰曲线)，重复以上试验步骤3)～6)。

3.3 低剂量稳定碎石击实试验数据处理及击实原理

3.3.1 试验数据处理

试验拟定了剂量为2%，3%，4%的水泥稳定碎石，根据烘干后测定的含水量，计算出干密度，试验数据如表1所示。

表1 击实试验数据

表1数据显示:当击实前所加含水量超过6%到7%，8%，9%，10%，11%时，击实后试料烘干测定含水量基本维持在6%左右，即不随着加水含量的增加而增大。这说明水泥稳定碎石饱水能力较差，过量的水不能被吸收。用Excel软件绘制干密度与含水量的关系曲线，如图1所示。

图1显示对于3个不同剂量的水泥稳定碎石击实试验，干密度与含水量曲线关系的变化趋势是一致的，即随着含水量的增加，干密度不断增大，当含水量增大到一定数值时，曲线出现拐点，干密度增大趋势变缓而趋于稳定，当击实前所加含水量继续增加一定值时，击实后烘干测定含水量保持一个稳定值不再增大，但干密度持续增长，曲线呈现一条竖直线。

3.3.2 击实原理分析及最大密实度ρdmax和最佳含水量 w0的确定

击实曲线有3个变化阶段:当所加含水量小于最佳含水量w0时，这类试料的击实同普通无机结合料稳定土的击实没什么区别，即随着含水量 w0的增加，干密度 ρd不断增大，曲线呈现斜向上的递增趋势，这是第一阶段;当所加含水量超过最佳含水量w0时，在击实锤的再冲击作用下水会从击实筒底溢出，击实后烘干所测含水量要比击实前所加含水量小得多并逐渐维持在一个定值上，但击实时随着含水量的增加，干密度具有两个变化阶段:当所加含水量超过最佳含水量w0不大时，干密度ρd增长平缓趋于不变，曲线呈现一条水平线，这是击实曲线的第二阶段;当所加含水量超过最佳含水量w0较大时，干密度ρd快速增大，曲线呈现一条竖直线，这是击实曲线的第三阶段。表现出这些特征，是由于低剂量水泥稳定碎石饱水能力较差，不能形成饱和两相体，故当含水量超过最佳含水量时，由于砂砾的孔隙较大，过饱和水能在砂砾中自由渗流，对砂砾的冲击挤密起到一定的润滑作用，同时过饱和水在击实锤的冲击作用下能产生动水压力，有利于砂砾的冲击挤密，所以随着加水量的增大，干密度能持续增长。

对于这类混合料的最大密实度ρdmax和最佳含水量 w0的确定应考虑实际施工的可行性，而选取击实曲线的第一个拐点对应的纵横坐标为最大密实度ρdmax和最佳含水量 w0，即击实曲线第一阶段和第二阶段的交汇点。

4 结语

低剂量水泥稳定碎石由于结合料剂量较低，级配碎石缺乏粘性颗粒，所以在击实过程中与普通无机结合料稳定土不同，水的作用表现出其独特性，随着含水量的不断增加，干密度持续增长，击实曲线有3个变化阶段。最大密实度ρdmax和最佳含水量 w0应选取击实曲线的第一个拐点对应的纵横坐标，以此作为施工压实度控制的标准值。

[1] 沙庆林.公路压实和压实标准[M].第2版.北京:人民交通出版社，1988.

[2] JTJ 057-94，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].