谈水泥稳定级配碎石基层配合比设计

宋 冬 梅

(中铁二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

谈水泥稳定级配碎石基层配合比设计

宋 冬 梅

(中铁二局第五工程有限公司，四川 成都 610091)

结合工程实例，介绍了高速公路水泥稳定级配碎石基层配合比设计的过程，阐述了配合比设计过程中的注意事项，以合理确定水稳碎石配合比，确保路面的质量及使用性能。

水稳层，配合比，水泥，含水率

水泥稳定级配碎石配合比设计主要是根据强度标准，通过试验，选取合适的集料比例，确定必需的或最佳的结合料剂量，以及确定混合料最佳含水率和最大干密度。这个过程就是水泥稳定级配碎石配合比设计。

忠垫高速公路基层设计要求为：水泥稳定级配碎石，水泥剂量不超过5%，混合料7 d龄期的浸水无侧限抗压强度应不低于4.0 MPa。此抗压强度要求为设计值，为避免混合料离散性过大，要求偏差系数应控制在10%以内。施工过程中抗压强度检验时以范围控制，即控制强度的上、下限，基层宜控制在3.5 MPa～4.5 MPa之间。压实度要求为不小于98%。基层混合料中集料的级配如表1所示。

表1 基层混合料中集料的级配

据以上设计文件的技术要求，开始配合比设计：

第一，确定达到混合料级配要求的各种规格集料的组成比例。

忠垫高速公路基层用集料按要求分成四档料，即19 mm～31.5 mm，9.5 mm～19 mm，4.75 mm～9.5 mm，0 mm～4.75 mm，均为石灰岩碎石加工所得。经试验各项检测指标符合规范及设计文件要求。四档料的筛分结果如表2所示。

表2 基层混合料中集料的筛分结果

根据以上各种料的筛分级配曲线和规定的级配范围，采用人机对话法，用EXCEL计算出各种矿料的组成比例和合成级配如表3所示。

表3 基层混合料中各矿料的级配组成

从表3中可以看出已确定的各种矿料的比例为：(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)=27∶16∶20∶37，且合成级配均接近中值。在这一步骤中，值得注意的问题是：各种矿料的筛分结果必须是经多次取有代表性样品筛分结果的平均值，而不只是其中一次的结果。这也是材料部门计划各种矿料的用量依据，必须要准确和具有代表性。

第二，确定不同水泥剂量条件下的各种水稳混合料的最大干密度和最佳含水率。

这一步主要是进行击实试验，用以绘制含水率—干密度关系曲线，按最大干密度对应最佳含水量的原理确定最大干密度和最佳含水率。

忠垫高速公路水泥稳定级配碎石基层所用的水泥为大型旋窑生产重庆润江水泥厂产P.O32.5缓凝水泥。其各项技术指标符合设计文件要求。

具体的做法是：按3%，4%，5%，6%，7%五种不同的水泥剂量配制同一种合成级配的不同含水率的混合料，含水率可按经验配成1%，3%，5%，7%，9%。这样就要配25个混合料分别击实(平行试验应配50个混合料)。按击实结果绘制出含水率—干密度关系曲线图，确定出这五种不同水泥剂量最大干密度和对应最佳含水率。在完成击实试验时有几个应注意的事项：1)水泥稳定级配碎石的击实均应采用丙法，即锤质量4.5 kg、落高45 cm、大试筒、分三层、每层98次。2)加入水泥后应在1 h内完成击实试验，拌合超过1 h后应作废。3)严格控制击实后试件高度，最后一层击实后高度不得超过6 mm。4)测定水泥稳定混合料含水率时应事先将烘箱的温度调整到110 ℃，以使放入的试样能立即在105 ℃～110 ℃的温度下烘干(这一点尤其重要，否则会造成含水率测定不准)。5)整理数据时应严格按现行规范执行。

忠垫高速公路经击实试验所得的不同水泥剂量的最大干密度和最佳含水率如表4所示。

表4 不同水泥剂量的最大干密度和最佳含水率表

到此完成配合比设计的第二步，通过击实试验得到了各种不同水泥剂量混合料的最大干密度和最佳含水率。

第三，成型不同水泥剂量的无侧限试件各一组(按要求每组13个试件)。据每组试件的无侧限抗压强度结果确定室内配合比的水泥剂量。

1)按设计规定的压实度及不同水泥剂量混合料的最大干密度、最佳含水率分别制备试件。计算公式为：

M=最大干密度×压实度×(1+最佳含水率)×∏r2×15cm。

加入水泥后的混合料应在1h内完成试件制备。制备试件的方法采用静力压实法。混合料分2次～3次灌入，每次灌入后用夯棒轻轻均匀夯实。

2)试件在规定的温度下保湿养生6d，浸水24h后进行无侧限抗压强度试验。养生时应用塑料薄膜包裹。整个养生期间的温度应保持在23 ℃～27 ℃范围以内。在养生期间的质量损失不得超过规定的要求。在强度试验时应在路面材料强度试验仪上进行，使试件的形变等速增加，并保持速率为1mm/min，记录试件破坏时的最大压力。

3)分别计算各种不同水泥剂量的试件结果的平均值和变异系数。

4)根据设计的强度标准选定合适的水泥剂量，此剂量试件室内试验结果的平均值应符合公式：

R≥Rd(1-ZaCv)。

其中，R为试件的平均值；Rd为设计的抗压强度；Cv为试验结果的偏差系数；Za为保证率系数，一般取1.645。

经过试验，不同水泥剂量的无侧限试件其抗压强度平均值及偏差系数如表5所示。

表5 不同水泥剂量的无侧限试件抗压强度及偏差系数

由表5可得出：当水泥剂量为4%时，其无侧限抗压强度平均

值满足公式R≥Rd(1-ZaCv)要求,且水泥用量较低。据此可确定水泥稳定级配碎石基层的水泥剂量为4%。考虑到工地施工时的不均匀性，在集中厂拌时水泥剂量还增加0.5%,即施工时的水泥剂量应为4.5%。

第四,水泥剂量标准曲线的绘制。

在完成上述过程后还应在室内绘制好标准曲线，用于工地快速测定水泥稳定级配碎石混合料中的结合料剂量及拌合物的均匀性，即EDTA滴定法。其方法为：

1)选取有代表性的各种集料及水泥按已定的配合比例，配制300 g混合料放在搪瓷杯中，搅散并加入10%的氯化铵溶液600 mL。2)搅拌3 min，放置沉淀4 min，直到出现澄清悬浮液为止，记录时间，用大肚转液管移上部清液10 mL置于三角瓶内。3)加入1.8%氢氧化钠,加入钙红指示剂并摇匀，此时溶液呈酒红色。4)用EDTA二钠标准液滴定酒红色溶液到纯蓝色为止，记录消耗量。按上述操作步骤分别滴定水泥剂量2%，3%，4%，5%，6%时所消耗的EDTA数量，由此建立标准曲线。

经过试验，忠垫高速公路水泥稳定级配碎石基层混合料的标准曲线如图1所示。

经过以上的几步工作，我们便完成了水泥稳定级配碎石基层的配合比设计，得出了室内配合比：

(19 mm～31.5 mm)∶(9.5 mm～19 mm)∶(4.75 mm～9.5 mm)∶(0 mm～4.75 mm)∶水泥∶水=27∶16∶20∶37∶4∶5.4，最大干密度为2.34 g/cm3。

在完成了室内配合比的设计工作后，还应通过试验段的试铺及现场检测，对配合比及全套施工设备的能力和施工组织工作进行全面的检验。试验部门应完成的主要现场检测工作有：含水率、级配检测、水泥剂量、无侧限抗压强度、压实度、钻芯完整性检测、平整度及回弹弯沉等。只有当各项检测均满足规范及设计文件要求才能进行下道工序的施工。

水泥稳定级配碎石配合比设计过程虽较为复杂，涉及的试验方法多，时间长，但只要严格按照上述几个设计过程，它还是有章可循的。通过以上的简述，但愿对从事沥青路面基层施工的人员有所帮助。

[1] JTJ 057—1994，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[2] JTJ 034—2000，公路路面基层施工技术规范[S].

Abstract: Combining with the engineering cases, the paper introduces the process for the proportional ratio design of the cement stable gradation broken base of highways, and illustrates the precautions in the proportional ratio design process, so as to identify the stable gravel proportional ratio, and ensure the roadbed quality and performance.

Key words: cement stable macadam, proportional ratio, cement, water content ratio

On proportional ratio design of cement stable gradation broken base

Song Dongmei

(TheFifthEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway2ndBureau,Chengdu610091,China)

2016-03-17

宋冬梅(1976- )，女

1009-6825(2016)15-0157-02

U416.214

A