透水型水泥稳定碎石配合比设计研究

江玉

摘 要：对于透水型水泥稳定碎石级配研究，目前尚未形成系统的设计理论。本文以贝雷法为理论基础，结合青岛地区两种集料，通过试验对透水型水泥稳定碎石级配进行了优化，优选了三种配比进行强度及空隙率变化的研究，并通过冻融循环试验、渗水试验验证了三种配比的可靠性。

关键词：透水型水泥稳定碎石 贝雷法

目前国内外常用的级配理论主要有泰波级配理论、富勒级配理论、林绣贤级配设计方法、粒子干涉理论、前苏联伊万诺夫级配理论及其贝雷法级配理论。本文以贝雷法为理论基础，集料的体积指标作为级配设计的基本参数，以空隙率作为混合料体积设计的控制参数，以粗集料比（CA）作为混合料离析控制参数，对透水基层混合料级配进行研究。

1 透水型水泥稳定碎石级配设计

本次试验研究水泥选用P·O 42.5，集料分别选用青岛地区平度石灰岩和城阳花岗岩，经室内试验检测，材料技术指标均符合《公路路面基层施工技术细则》（JTG F20-2015）要求。其中平度石灰岩集料分为四档，分别为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-31.5mm；城阳花岗岩集料分为两档，分别为10-31.5mm、5-25mm。

1.1混合料级配设计

采用平度石灰岩集料时，合成级配的最大公称粒径为31.5mm。根据贝雷法拟定5种级配进行对比试验，以便优化级配范围，进一步改善混合料离析状态；采用城阳花岗岩集料进行试验时，仅对两种规格粗集料10-31.5mm和5-25mm，分别按6/4、5/5、4/6、3/7、2/8比例复配。

1.2 不同级配材料空隙率和强度变化

试验中多孔混凝土的无侧限抗压强度试验使用Φ150×150mm模具制备试件。成型后待试件硬化后脱模，将试模放入养护室养护到规定的龄期。每组试件6个试块，取其平均值为试件的无侧限抗压强度。

（1）平度石灰岩集料

当集料选用平度石灰岩集料时，孔隙率随着级配的调整而逐渐减小，并趋于平稳，而强度随着级配的调整逐渐增大，并趋于平稳。级配1中没有添加细集料，因此其孔隙率较高，为31.0%，因而其强度较低，为4.4Mpa。而级配2至级配5，筛孔4.75mm的通过率为10%左右，添加了细集料，因此其孔隙率降低。随着孔隙率的减小，强度增大。综合来看，级配2孔隙率和强度相对较高，因此选取级配2作为较优级配。

（2）城阳花岗岩集料

城阳花岗岩集料各级配混合料试件强度和空隙率的变化，如表1所示。

1.3 透水型水泥稳定碎石配比优选

通过试验比对发现，采用以下配比时材料的孔隙率及强度能够达到较好状态，如图1。

（1）级配6（城阳花岗岩）：

5-25mm：10-31.5mm：水泥：水=50：50：12：4.4

（2）级配2（平度料）：

20-30：10-20：5-10：0-5：水泥：水=28：54：10：8：12：5.3

（3）合成级配2（城阳花岗岩）：

10-31.5：5-25：水泥：水=25：75：12：4.5

（1）级配6（城阳花岗岩）

（2）级配2（平度料）

（3）合成级配2（城阳花岗岩）

从上图可以看到，采用级配2（平度料）得到混合料的孔隙率较高，为29%左右，采用合成級配2（城阳花岗岩）得到较低的孔隙率，为19%左右，由于城阳花岗岩集料压碎值较平度石灰岩集料低，试件成型时集料破碎较严重，进而影响试件的空隙率。上述两种混合料的强度相差不大，为6.0MPa左右。而采用级配6（城阳花岗岩）的混合料强度较低，为4.7MPa左右。

2 不同级配材料冻融性能变化

试验方法参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中冻融试验，试样冻融时设计两种环境，分别在非饱水与饱水环境下进行试验。其中不饱水冻融试验结果如表3所示。

试验发现，非饱水级配6和级配2经过25次冻融后，试样外观相对完整。通过表3可以看到，非饱水冻融后，以上两种级配的强度均满足《透水砖路面技术规程》（CJJ/T 188-2012）中透水性水泥稳定碎石基层冻融循环及《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）中冻融循环后抗压强度损失率要求。

由图2发现，在饱水环境下冻融，试件整体保持完好，试件表面混凝土浆体出现一定程度的脱落。报税冻融循环后材料强度及抗压强度损失率满足《透水砖路面技术规程》（CJJ/T 188-2012）及《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135-2009）要求。

3 不同级配材料渗水系数变化

参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的渗水试验》JTG E20-2011中渗水仪测试方法，采用渗水仪，记录400ml水时所需时间，并计算渗水率。

通过对上述三种级配：级配6、级配2、合成级配2，按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程中关于渗水试验方法的要求进行渗水系数测定。结果如表4所示。

通过表4可以看出，级配2的渗水系数较高，为61.8ml/s，换算后为927ml/s，满足《透水沥青路面技术规程》（CJJT 190-2012）中规定的渗水系数不小于800ml/15s的技术要求，其余两种级配渗水系数略低于级配2。

4 小结

1、通过平度料按照级配1与级配5成型进行性能测试，发现级配2具有较好的强度和孔隙率，并且混合料的强度随着水泥剂量的减小，混合料强度逐渐降低。通过对级配6和花岗岩成型效果来看，其孔隙率在20%至23%范围内变化，强度控制在3MPa至5MPa之间。

2、通过级配6、级配2和合成级配2对比发现：

（1）以城阳花岗岩级配2相比级配6，在强度、孔隙率和渗水性能上具有一定的优势。

（2）级配6与级配2的25次非饱水冻融后的强度均大于2.5MPa，25次非饱水冻融循环后抗压强度损失率比小于20%，满足规范要求。级配6饱水冻融循环后，强度为4.9MPa，25次非饱水冻融循环后抗压强度损失率比为12%，满足规范要求。