水泥稳定碎石铺筑路面基层的技术研究

水泥稳定碎石铺筑路面基层的技术研究

冯海 宋士建 杨哲

摘要：水泥稳定碎石铺筑路面基层或底基层，具有良好的力学性能及板体性，水稳性和抗冻性较好。水泥稳定土类初期强度高并且强度随龄期增长，它的力学强度还可以视需要而调整，并可以作为水泥混凝土路面的基层使用。

关键词：水泥稳定碎石 击实试验 级配设计 无侧限抗压强度

1. 前言

1.1课题研究的背景与意义

水泥稳定碎石自五十年代应用于道路工程中以来，至今已积累了大量的实践经验。水泥稳定碎石不仅具有较高的强度，在干缩性、温度收缩性和抗冲刷性上比石灰稳定土和石灰工业废渣稳定土均具有较好的性能。随着车辆重量的增加和交通量的增大，对路面的承载能力要求越来越高，水泥稳定粒料的使用将愈来愈广泛。

1.2 提出的主要结论

本课题提出了适合水泥稳定碎石做路面基层时的最佳级配范围以及水稳碎石的强度指标。

2. 水泥稳定碎石填筑路基的技术研究

2.1 粗集料筛分试验

1试验仪器：实验筛，天平或台秤，盘子，铲子，毛刷等

2 结果整理：

累计筛余百分率：各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和，但0.075mm筛不计算累计筛余，准确至0.1%。

3 结论：

由测量的数据画图可以得出10-30mm，10-20mm粒组级配情况不好，缺少4.75mm以下粒径的集料，由于矿料颗粒之间的连接强度，一般要比矿料颗粒本身的强度要小得多，所以优质级配碎石基层的强度主要来源于碎石本身及碎石之间的嵌挤力。因此，在适量掺入相应粒径的集料后，该集料可以作为水稳碎石粗集料使用。

2.2 粗集料的密度及吸水率试验（容量瓶法）

1试验仪器：天平或浸水天平，容量瓶，烘箱，标准筛，刷子，毛巾等

2结果整理：表观相对密度，表干相对密度，毛体积相对密度，计算至小数点后3位。集料的吸水率，含水率，表面含水率，以烘干试样为基准，准确至0.1%。

3结论：该集料满足《公路工程集料试验规程》的要求，可以作为水稳碎石粗集料使用。

2.3 水泥稳定碎石的可压实性（击实试验）

1 试验仪器：标准击实仪，烘箱，天平，台秤，方孔筛，拌和工具，量筒，瓷碗，修土刀，平直尺等。

本试验采用重型二法，锤底直径5cm，锤质量4.5kg，落高45cm，试筒内径15.2cm高12cm，容积2177cm3，层数为3，每层击数为98击.将击实筒放在电动击实仪上，先将垫块放入筒内底板上，取制备好的试样分3次倒入筒中，每层需试样1700g左右.整平表面，并稍加压紧，然后开动击实仪，重击98下，第一层击实完后，将试验层面“拉毛”.重复上述方法进行其余两层的击实.击实完后，试样不应高出筒顶面6cm.用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称重，准确至1g.用脱模机取出试样，取芯，测其含水量，计算至0.1。

2 结果整理:

按下式计算击实后各点的干密度：

ρd=ρ/（1+0.001ω）

ρd----干密度，g/cm3

ρ----湿密度，g/cm3

ω----含水量，％

3 结论：

由测量的数据画图得到最大干密度对应的含水量为最佳含水量，水泥稳定碎石最大粒径分别为19mm,26.5mm时对应的的最佳含水量以及最大感密度分别为：

19mm：最大干密度2.14，对应最佳含水量3.94%；

26.5mm：最大干密度2.18，对应最佳含水量3.44%。

2.4无侧限抗压强度试验：

1 试件的制备：根据所设计的级配制备最大粒径为19mm和最大粒径为26.5mm试件，作为无侧限抗压强度的试件备用。规范强调，从加水拌和到碾压终了的延时时间对水泥稳定类混合料的强度和所能达到的干密度都有明显的影响，延时时间愈长，混合料的强度和干密度的损失就愈大。我们对采用初凝时间为3.9h的普通硅酸盐水泥制备的水泥稳定碎石混合料进行了延时试验， 当延时时间超过2h后，水稳碎石混合料中水化的水泥已开始凝结，此时如再碾压，就会破坏其结构，强度损失较大。在施工现场通过试铺，当碾压机械组合等参数固定后，可将现场施工时间控制在2h之内。而在室内进行制件时，成型的时间应该和对应施工段落的碾压终了时间相同，这样试件的强度值将更能反映现场的实际情况。

试验仪器：液压制件机，脱模机，试筒，垫块，台秤，拌和工具，吸水纸，塑料膜等。

2养护：试件必须在规定的温度（20±2℃）保湿养生6天，浸水养生1天后进行无侧限抗压强度,并计算试验结果的平均值、偏差系数，并计算RX（1-1.645Cv）是否大于Rd。设计剂量要选用满足强度的最小剂量，并不超过6%。 3无侧限抗压强度试验：试验仪器：无侧限抗压强度试验仪，试筒，垫块，台秤等。

4主要结论：（1）水泥对其强度的影响：对于同一种碎石，水泥的矿物成分是决定水泥碎石强度的主导因素。通常情况下，硅酸盐水泥的稳定效果要比铝酸盐水泥的稳定效果好。水泥碎石的强度还取决于水泥的数量，一般随着水泥剂量的增加，水泥碎石的强度增加，并不存在最佳水泥用量，但过多的水泥虽可获得强度的增加，但经济上不合理。

（2）水泥碎石含水量对强度的影响：对于一定的压实功能，存在一个能够达到最大密实度的最佳含水量。但最佳含水量不一定是相应于强度最高的含水量。其相互关系有待于进一步的研究。

（3）成型工艺影响：水泥，碎石和水拌合的越均匀，水泥碎石的稳定性和强度就越高。从开始加水，到拌合完成延迟时间，对水泥碎石的密实度和强度有很大的影响。为此，规定水泥碎石必须在加水拌合后2-3个小时压实成型。

（4）养生条件的影响：水泥碎石需要湿热养生，使混合料中能够保存足够的水分，以满足水泥水化的需要，养生温度越高，水泥稳定碎石的强度增长越快。

2.5水稳碎石干缩温缩防治

 在近几年的高等级公路建设中，水稳碎石基层被广泛应用到路面基层。随着运输车辆吨位的增加，对路面的承重能力的要求也就越来越高。基层是路面工程的主要承重层，起着至关重要的作用。而水稳碎石基层在施工过程中出现裂缝是一个普遍存在的问题。下面根据施工总结的经验就如何减少水稳碎石基层裂缝的主要环节做简单的介绍：。

1原材料的选择

碎石应选择含泥量小，颗粒稳定无杂物，其它指标符合技术规范要求，并能够连续生产的料厂作为料源，特别是细集料的含泥量、塑性指数更要严格控制在规范之内。水泥我们采用的是32.5级低标号路用缓凝水泥。28天水泥胶砂抗压强度严格控制在32.5MPa～ 37.5Mpa之间，水泥初凝时间不小于个5小时,终凝时间8个小时左右，且不大于10小时。这样就减少了因含泥量偏大、水泥强度偏高而产生的裂缝。

2配合比设计

 水稳碎石基层的级配要尽可能控制在规范级配范围中值偏下，且在范围以内。水泥采用低标号缓凝水泥。

  为了获得较理想的配合比，我们在原材料统一的情况下，同时做了三种不同的级配。一种在规范级配范围中值偏上且在上限以内。另一种尽可能接近中值。再一种就是在规范级配范围中值偏下且在下限以内。针对这三种不同的级配，我们分别进行了不同水泥剂量的击实和无侧限抗压强度试验，最终均取4.5%的水泥剂量为最佳剂量。7天无侧限抗压强度均大于3.5Mpa，且三种级配相差不大；然后我们又以中间级配为标准，用28天水泥胶砂强度为43.2Mpa的普通水泥进行了击实和无侧限抗压试验，发现其4.0%的水泥剂量为最佳剂量，7天强度大于3.5Mpa。

 针对以上四种情况，我们均采用4.5%的水泥剂量，分别进行了100米水稳碎石基层试验段的摊铺。并采用了同样的压实工艺和养生措施。观察7天后的结果，发现用早期强度较高的普通水泥做的试验段和级配偏细的用特制水泥做的试验段上均有不同程度的横向线形裂缝，另两种情况未见异常。28天后，对未见异常的两种试验段进行清扫和洒水湿润，发现级配接近中值的试验段表面，局部有轻微的线形水迹，而级配偏粗的试验段则表现良好。

3拌和与摊铺

 目前高等级公路路面施工，均采用稳定粒料拌和机进行水稳碎石混合料的生产。正式生产前，先要进行拌和机调试，调试过程中应扣除原材料自身的含水量，以确保混合料的配合比不变。然后绘出各种原材料在一定料门开度下的转速流量曲线，根据混合料配比确定各种原材料配料皮带的转速，进行试生产。当混合料的各项指标均达到目标配比的要求后，再进行正式生产。生产过程中，要根据天气变化及时调整混合料的含水量，使摊平后的含水量均匀且接近最佳含水量。

 摊铺机摊铺混合料时，运行速度应与拌和机生产能力相匹配，尽量避免摊铺机停机待料的情况。运输车卸料有专人指挥，视运输车装料多少，控制好卸料间距，以利于摊铺。尽量减少摊铺机收放料斗，在摊铺机前后设专人消除粗细集料离析现象，特别应铲除粗集料窝，然后用新拌混合料填补，以确保配比稳定统一。

3.本文结论

由无侧限抗压强度试验可以看出，级配对于水泥稳定碎石的强度和稳定性的影响是很大的，是影响水稳碎石强度与刚度的重要因素。。由于矿料颗粒之间的连接强度，一般要比矿料颗粒本身的强度要小得多，优质级配碎石基层的强度主要来源于碎石本身及碎石之间的嵌挤力，所以对于水泥碎石基层，应保证其高质量的级配，以使水稳碎石获得较高的强度和稳定性。影响水泥碎石强度的因素有碎石自身，水泥的成分和剂量，成型含水量，工艺过程，养生条件等。因此在施工过程中，应努力满足水泥强度增长的需要，以获得最佳的施工效果。