水泥稳定碎石强度的影响因素研究

栾光念

【摘 要】水泥稳定碎石基层虽然具有良好的性能，但由于季节性冰冻地区，冬季气温低，在冻融循环和行车荷载共同作用下，水泥稳定碎石基层的强度会降低，并且影响行车的舒适性。由于本试验集料不同，对两种产地的集料分别进行物理力学性质试验，测定集料物理力学性质指标，并对所用水泥进行性质检验。分析各种水泥稳定碎石混合料组成结构类型的特点，结合研究的目的选定拟采用的混合料组成结构类型，确定要求级配范围。根据集料筛分试验结果，利用试算法计算并调试各种集料的比例，确定混合料的级配。

【关键词】半刚性基层；水泥稳定碎石；集料级配

0.引言

在我国高等级公路的建设中，水泥稳定碎石基层被用作公路路面的基层材料，并在目前公路建设中越来越占有特殊的重要地位。

国内研究状况：姜永昌，刘雪，宋怀峰等发表的《水泥稳定碎石抗压强度试验变异分析与预控》中提出材料的现场取样、材料本身的剂量和级配、制件过程中的质量损失等方面是抗压强度试验变异的根源，对抗压强度的变异性能有显著影响。杨媛、邓正方发表的《水泥稳定碎石强度影响级配因素试验研究》中得出的结论是级配因素对强度的影响不显著，而水泥剂量因素以及级配和水泥剂量交互作用对强度的影响非常显著；在工程实践进行组成设计时，如果要对强度进行较大的调整，需要采用调整水泥剂量或同时采用调整级配和水泥剂量的方法：如果对强度只进行微调整，如往上提高时，可以采用在水泥剂量水平不变，将级配向中值级配靠拢或者向偏下级配靠拢的处理办法本文将对影响水泥稳定碎石强度的各种原因进行试验、分析得出影响其强度的主要因素。

1.混合料的组成及混合料级配

1.1混合料的组成

1.1.1水泥

水泥的技术标准可参考交通部于2000年新颁布的《公路路面基层施工规范》（JTJ034-2000）中水泥质量标准的规定：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥都可用于稳定土，但应选用初凝时间3h以上和终凝时间较长（宜在6h以上）的水泥，不应使用快硬水泥、早强水泥以及受潮变质的水泥。

1.1.2 集料

JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》规定： 对于高速公路和一级公路，当用水泥稳定碎石作基层时，其单个集料颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。考虑到大粒径混合料易发生离析以及不少国家采用的最大集料颗粒粒径，本课题采用的最大集料颗粒粒径为31.5 mm。本试验将采用两种不同的原材料，为方便完成论文采用工程料，采用的是两种产地不同的原材料分别为KA7-1、KA10-1的集料，包括四种不同的集料：2-3碎石，1-2碎石，0.5-1碎石和石屑，其中2-3碎石的粒径为19-31.5mm，1-2碎石的粒径为9.5-19mm，0.5-1碎石的粒径为4.75-9.5mm，石屑的粒径为0-0.5mm。

1.1.3水泥稳定碎石组成结构

骨架密实型结构汲取了悬浮密实结构和骨架空隙结构的优点，骨架密实结构的混合料能够使粗集料之间的紧密嵌挤作用充分发挥出来，提高混合料各方面的性能指标，本文中水泥稳定碎石混合料采用的是骨架密实型的。

1.1.4 混合料级配

级配的调试方法：《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中对于骨架密实型规定了级配的上限和下限范围，具体的操作过程是通过原始的集料筛分结果，调试2-3cm，1-2cm，0.5-1cm，石屑四种集料的分配比例使得合成级配的值最终落在级配的上下限范围内，并尽可能的接近级配中值，这样调试出来的结果可认为是合理的骨架密实型级配。

2.混合料试验

2.1击实试验

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》，本试验的方法适用于在规定的试筒内，对水泥稳定土（在水泥水化前）石灰稳定土及石灰（或水泥）粉煤灰稳定土进行击实试验，以绘制稳定土的含水量-干密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。试验集料的最大颗粒宜控制在25mm以内，最大不得超过40mm（圆孔筛）。

计算及制图

每次击实后稳定土的湿密度按下式计算：

Pw=■

式中：Pw—— 稳定土的湿密度（g/cm3）；

Q■——试筒与湿试样的合质量（g）；

Q■——试筒的质量（g）；

V——试筒的容积（cm3）。

每次击实后稳定土的干密度按下式计算：

Pd=■

式中：Pd——试样的干密度（g/cm3）；

w——试样的含水量（%）。

2.2无侧限抗压强度试验

根据 《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）水泥稳定粒料的配合比设计主要根据无侧限抗压强度试验来确定水泥剂量和砂石含量的大小。现行《公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTJ057-94）中，关于无机结合料稳定粗粒土的试验方法用的试模为直径×高=150×150mm的圆柱待试件成型后，脱模，用塑料薄膜在20±2℃温度中，保湿养生6天，在20±2℃水中浸水24小时，测无机结合料的无侧限抗压强度。两种不同原材料的水泥稳定碎石混合料的七天无侧限抗压强度均满足规范要求。

3.结论

（1）KA7-1的集料与KA10-1的集料两个不同产地的集料，根据GE42-2005《公工程集料试验规程》，得出两种不同集料的物理力学性质指标，得出KA7-1的集料的各项物理力学性能标均好于KA10-1集料。

（2）通过筛分试验，利用原始的集料筛分结果，调试2-3cm，1-2cm，0.5-1cm，石屑四种集料的分配比例使得合成级配的值最终落在级配的上下限范围内，并尽可能的接近级配中值，利用击实试验得出混合料的最佳含水量和最大干密度，通过七天无侧抗压强度试验得出无侧限抗压强度，强度符合要求，可认为调适出来的是合理的骨架密实型级配，消除了级配的影响。

（3）为提高水泥稳定碎石的强度，应选用密实骨架结构，密实骨架结构水泥稳定碎石基层在力学性能、抗冻性能等方面优于其它结构，可以极大的改善基层的路用性能。

（4）通过对不同水泥剂量水泥稳定碎石基层无侧限抗压强度的研究，提高水泥剂量可以提高它的强度，但过多的水泥用量，效果不一定显著，寻找水泥稳定碎石混合料中的最佳水泥剂量。

【参考文献】

[1]周新锋.水泥稳定碎石混合料配合比设计及路用性能研究.长安大学学位论文，2005.

[2]刘昌忠.半刚性基层材料冻融循环强度变化分析，长沙理工大学，中南公路工程，2004，3.

[3]同济大学等.半刚性基层沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1991.

[4]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2004.