骨架密实型水泥稳定碎石底基层配合比设计

【摘 要】水泥稳定碎石基层具有强度高、稳定性好以及刚度大等特点，因而被广泛应用。本篇文章综述了某高速项目部水泥稳定碎石底基层配合比设计的关键技术要点，分析了该项目底基层技术指标，根据当地原材料具体情况，采取相应的技术措施，通过室内试验验证，确定了底基层混合料的最佳配合比，有效降低了项目施工成本，达到了保证工程质量的效果。

【关键词】骨架密实型 底基层 配合比设计

1 设计要求

某高速公路土建标底基层采用骨架密实型混合料，以碎石构成骨架，水泥作为填充结合料的嵌挤型结构，从而确保路面有足够的强度和稳定性。底基层混合料试件成型宜采用振动成型方法。

1.1 材料要求

（1）水泥：宜选用终凝时间较长（宜在6h以上，根据实际情况调节初凝、终凝时间较长，可以掺入0.5～2.0%的缓凝剂）的水泥。当选用硅酸盐水泥时，水泥强度等级为42.5级；选用其他水泥时，其水泥强度等级为32.5级。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不得使用。（2）碎石：碎石最大粒径≤37.5mm，集料压碎值≤30%，有机质含量≤2%，硫酸盐含量≤0.25%。

1.2 混合料级配要求

设计要求的方孔筛及通过质量百分率分别为：37.5mm筛上100%、31.5mm筛上100%、19.0mm筛上68%～86%、9.5mm筛上38%～58%、4.75mm筛上22%～32%、2.36mm筛上16%～28%、0.6mm筛上8%～15%、0.075mm筛上0%～3%。

1.3 材料配合比技术指标及压实度要求

底基层混合料的水泥掺加剂量根据7天（标准养护）龄期无侧限抗压强度（强度应达到2.0MPa）确定，且水泥剂量不大于3.0%；压实方法应采用振动成型，压实度不小于97%。

2 原材料性质检测

本次水泥稳定碎石底基层配合比设计采用原材料为（16～31.5）mm碎石、（10～20）mm碎石、（5～10）mm碎石、石屑及水泥。

（1）水泥检测：水泥采用新乡平原同力水泥有限公司生产的P.C32.5，经检验，满足设计及规范要求，检验结果如下：1）细度1.0%；2）凝结时间：初凝时间334min、终凝时间430min；3）安定性2.0%；4）胶砂强度：3d抗折强度3.1 MPa、3d抗压强度17.3 MPa、28d抗折强度7.0 MPa、28d抗压强度42.3 MPa。上述各种检验项目结果均满足设计及规范要求，自检情况合格。（2）集料检测：矿料的实测压碎值22.1%，对碎石及石屑采用水洗法进行筛分，各档矿料筛分结果见表1。

3 矿料级配设计

根据矿料水洗筛分试验结果，依据设计文件要求，采用骨架密实型结构，进行矿料级配的设计。为了使水泥稳定碎石在保证力学强度的前提下，尽量减少其温缩、干缩开裂，同时提高其抗冲刷能力，矿料级配设计时，应增加混合料中粗集料含量，并限制粉料用量。具体级配设计结果见表2，矿料合成级配曲线图1。

4 最佳含水量、最大干密度的确定

4.1 振动试验仪参数设置

振动试验仪为上置式振动压实设备，可近似模拟振动压路机在材料表面的作业状况，其仪器参数如下：（1）振动频率30 Hz；（2）偏心块夹角60°；（3）激振力6800N；（4）面压力0.1 MPa；（5）振幅1.4 mm；（6）振动时间3 min左右。备注：中等含水量以压头回弹跳起达到耦合状态为振动时间控制条件；较高含水量以试件挤出浆体状态为振动时间控制条件。

4.2 最佳含水量、最大干密度确定

按照表4中的振动参数，采用振动压实成型方法，分别按2.7%、3.2%、3.7%、4.2%和4.7%五个不同用水量确定水泥剂量为2.5%、3.0%、3.5%的最佳含水量和最大干密度。不同水泥剂量下的最佳含水量及最大干密度检测结果见图2、图3、图4。

不同水泥剂量下的最佳含水量及最大干密度检测结果如下：当水泥剂量为2.5%时，最佳含水量为3.4%、最大干密度为2.429 g/cm3；当水泥剂量为3.0%时，最佳含水量为3.6%、最大干密度为2.435 g/cm3；当水泥剂量为3.5%时，最佳含水量为3.7%、最大干密度为2.445 g/cm3。

5 7天无侧限抗压强度检测

根据振动试验结果，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009试验方法，采用设计预选的2.5%、3.0%、3.5%三个水泥剂量分别做无侧限抗压强度试验，成型试件按照97%的压实度控制。将成型好的试件用塑料袋包裹后放在标准养护室铁架或木架上，间距至少10-20mm，避免用水直接冲淋，养生7天，养生温度为20±2℃，相对湿度为大于95%，在养生的最后一天（第七天）将试件浸水。不同水泥剂量下的无侧限抗压强度检测结果如下：当水泥剂量为2.5%时，平均抗压强度4.3 MPa、标准差0.44 MPa、变异系数10.3%、强度代表值Rc0.953.6 MPa≥2.0 MPa，满足设计要求；当水泥剂量为3.0%时，平均抗压强度5.5 MPa、标准差0.47 MPa、变异系数8.5%、强度代表值Rc0.954.7 MPa≥2.0 MPa，满足设计要求；当水泥剂量为3.5%时，平均抗压强度6.5 MPa、标准差0.59 MPa、变异系数9.0%、强度代表值Rc0.955.5 MPa≥2.0 MPa，满足设计要求。通过上述数据得出的结论：水泥剂量与抗压强度代表值之间存在一定的线性关系，水泥剂量越大，抗压强度值越大，反之亦然。

6 试验室配合比的确定

根据无侧限抗压强度检测结果可知：水泥剂量2.5%、3.0%、3.5%时，试件的95%概率的强度代表值RC0.95均大于委托方提供的设计要求值2MPa。综合考虑工程情况，现场施工拌和及施工不均匀性，推荐该底基层配合比水泥剂量采用3.0%。水泥稳定碎石混合料配合比设计结果如下：1、矿料比例（%）：16～31.5mm：10～20mm： 5～10mm：石屑=23：29：25：23；2、水泥剂量3.0%，最佳含水量：3.6%，最大干密度2.435 g/cm3。

7 结语

石屑往往是原材料质量控制中的薄弱环节。石屑粉尘含量过多，易致使半刚性基层温缩、干缩开裂，路面运营中产生反射裂缝，造成路面早期损坏。建议工程中应加强对石屑质量的控制：0.075mm通过率应不大于15%（水洗法）；小于0.6mm的颗粒液限小于28%，塑性指数小于9；砂当量应不小于50%。

作者简介：杜素环（1981—）女，本科，毕业于石家庄铁道学院工程力学系，工程师，主要从事施工技术管理方面的工作。