1、影響水泥穩定碎石配合比設計強度的因素分析  摘要：通過有關試驗的分析對比，認為在水泥劑量受限制的情況下混合料的粗細程度、集料的質量、最大干密度的確定幾方面在不同程度上影響水泥穩定碎石基層配合比設計過程中的無側限抗壓強度，并提出一些建議以使室內試配強度能達到設計要求。關鍵詞：水泥穩定碎石基層配合比設計無側限抗壓強度影響因素 由于水穩碎石與二灰碎石相比具早期強度高、剛度大，更能滿足高等級公路對基層的要求，在江蘇省高速公路建設中從2000年開始越來越被廣泛用于石料豐富而石灰、粉煤灰缺乏地區。寧杭高速公路南京段路面基層也采用該種結構。江蘇省原來高速公路基層一直采用二灰碎石

2、結構形式，作為第一次經歷水穩配合比設計，起初按照原來二灰碎石配比設計經驗和規范對材料各種指標要求進行試配，但在實踐中發現水穩基層配比的要求比二灰碎石高，尤其是對石料和一些操作方法稍有疏忽，5%的水泥劑量7天后的強度代表值就難以達到4.0 Mpa。本文從不同的角度講述水泥劑量受限制的情況下如何才能使室內無側強度達到設計要求。1室內配合比設計要求1.1原材料水泥普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥均可用于水穩基層施工，但要求水泥初凝時間和終凝時間分別在3小時和6小時以上。本標段采用南京高淳花山水泥廠生產的P032.5緩凝水泥，經多次檢測，其各項指標均能符合要求。碎石碎石最大粒徑為31

3、.5,各施工單位可根據附近軋石廠的生產規格情況選用3種或4種不同規格的石料摻配組成混合料,我們根據實際情況,選用了3種規格的石料,其規格分別為1#料(31.519mm),2#料(194.75mm)和3#料(4.750mm),分別有石灰巖和火成巖二種石質的石料.用于工程的石料,其中混合料中(13.216mm)的顆粒壓碎石值28%,4.75mm以上顆粒針片狀含量15%,小于0.6顆粒的液限小于28%,塑性指數Ip9。1.2設計標準混合料中集料的顆粒組成采用基層施工規范中表中編號為3的級配，見表1表1級配通過下列篩孔(mm)的質量百分率(%)31.526.5199.54.752.360.60.75范

4、圍10090-10072-8947-6729-4917-358-120-7中值1009580.557392615.2對混合料成型后的要求由于7d無側限強度試驗方法較簡單，也能表現混合料成型后的質量，比較容易確定各種參數，因此設計上也要求采用該種方法來控制施工質量，施工圖設計中明確要求7d無側限抗壓強度代表值要R代4.0Mpa，水泥劑量不大于5.5%。2影響配合比設計中強度的主要因素對比試驗2.1混合料級配粗細程度對強度的影響我們根據規范和設計文件中對水穩基層各種材料的質量要求進行選材，并選取符合要求的原材料在試驗室內按不同的粗細程度（主要改變26.5mm篩孔的通過率）摻5%水泥劑量進行試配，分

5、別得出7d無側限抗壓強度（用于試配的原材料質量檢測結果見表2和表3），從表4和圖1中可以看出不管石料的巖性是石灰巖或是火成巖，在原材料質量和水泥劑量不變的情況下，隨著26.5mm篩孔通過率的變小，試件強度反而升高，說明水泥穩定碎石中粒料越粗，則強度越高，26.5mm通過率每減少3%，強度增加約5%左右。路橋工程類影響水泥穩定碎石配合比強度的因素分析表2水泥物理力學性能試驗結果試驗項目規范要求試驗結果細度10%4.8%初凝時間3小時4小時15分終凝時間6小時6小時05分安定性沸煮合格合格抗壓、抗折強度（Mpa）3d2.54.611.019.728d5.58.532.549.2表3集料主要指標檢測

6、結果檢測項目壓碎值（%）針片狀（%）3#料中0.6mm 顆粒液限3#料中0.6mm 顆粒塑性指數石料抗壓強度（Mpa）檢測結果石灰巖22.41#料14.42#料24.923.84.186火成巖181#料17.82#料23.121.93.6122規范要求混合料28%混合料15%28%9表4粗細程度與抗壓強度試驗結果26.5mm篩通過率(%)939699備注抗壓強度(Mpa)4.13.93.7火成巖3.93.83.6石灰巖圖1混合料粗細程度與抗壓強度關系圖2.2石料的質量對強度的影響石料的加工工藝對強度的影響基層石料加工廠生產一般規模小、機械化程度不高，各廠家的生產工藝也有區別，石料多數為鄂式破碎

7、機軋制而成，有二次破碎和一次破碎之分，從而導致同種質量的塊石由于加工工藝的不同，使得生產出來的粗集料質量也有高低。我們在試配過程中，在溧陽地區同一座山選取二家軋石廠分別采用一次破碎和二次破碎加工而成的粗集料（取料之前，在二家軋石廠軋石機的喂料口分別取塊石樣送東南大學做無側限飽水抗壓強度，結果分別為86 Mpa和82 Mpa，應該講塊石質量相差無幾）。細集料均使用一次破碎加工而成，對取回的細集料讓三位不同的試驗員分三次測定<0.6mm顆粒塑性指數，分別為3.8、4.1和3.7，由于軋石廠的篩網尺寸被我部統一，因而加工而成的3種料規格大體一致，對二家加工廠生產的粗集料進行壓碎值和針片狀試驗，

8、結果見表5。用不同廠家的粗集料與同種細集料按同種比例（1#料：2#料：3#料=32：32：36）摻配成混合集料（合成級配見表6），分別按4.5%、5.0%和5.5%三種水泥劑量試配，得出7 d無側限抗壓強度結果見表7表5二種粗集料試驗結果檢測項目石料加工類型一次破碎二次破碎壓碎值（%）23.820.7針片狀1#料（%）18.613.42#料（%）25.919.8表6二種混合料的級配級配通過下列篩孔(mm)質量百分率(%)31.526.519.09.54.752.360.60.075一次破碎10094.878.654.839.624.816.22.3二次破碎10096.281.758.236.4

9、26.714.73.0表7強度試驗結果匯總表加工類型水泥劑量(%)最佳含水量W（%）最大干密度（g/m3）試件個數無側限抗壓強度R代(Mpa)一次破碎4.55.02.39095.22.40093.45.55.42.41193.8二次破碎4.54.82.38593.45.05.02.38593.95.55.22.38694.1從表7中可以看出,雖然用不同的粗集料與同種細集料摻配后混合料級配大體相同,但由于粗集料加工工藝不同,尤其是一次破碎的石料與二次破碎的石料針片狀含量相差很大,從表5看出1#、2#料分別相差5.5%和6.1%,導致同種水泥劑量情況下,二次破碎石料成型的試件無側限抗壓強度普遍比一

10、次破碎成型的高,平均高出10%左右。細集料質量對強度的影響從表4和表7中可知，通過調粗混合料級配或選用二破的粗集料可以從不同程度上提高試件無側限抗壓強度，但指揮部為減少水穩基層裂縫，限制水泥劑量，要求我部按5.0%±0.5%的水泥劑量試配,并且要使5%水泥劑量7d無側限抗壓強度4.0Mpa。表4和表7中5%的水泥劑量對應強度最大值只有4.1 Mpa,考慮到現場施工往往難以達到室內試配的效果,所以在實際施工中不管選用以上何種配比7天強度都難以保證達到4.0 Mpa。于是我們又在細集料（3#料）上動腦筋，設計文件規定3#料中小于0.6mm顆粒塑性指數Ip9,但我們對附近多個廠家規格符合要

11、求的3#料取樣到試驗室做液塑性試驗,均沒有發現塑性指數Ip9的現象。一般都在2-5之間，表4和表7中試配所用3#料塑性指數均未超過5。我們聯想到瀝青砼中細集料以砂當量來測定其中粘性或雜質的含量，于是就對表7中試配用的3#料測定其砂當量，發現雖然塑性指數Ip都小于5，但砂當量只有20左右，說明用于試配的3#料中粘性土或雜質含量很高，用塑性指數來表明不能很好反映3#料的內在質量，或者說要求塑指Ip9的指標太松。我們先用不同砂當量的3#料同溧陽產質量檢測結果為表5中二破石料試配，結果見表8，圖2中反映隨著3#料砂當量增大，試件強度基本呈直線上升，砂當量約35時，強度為4.0 Mpa。后來我們又用上述

12、5種不同砂當量的3#料同溧陽產質量檢測結果為表5中一破石料，按1#：2#：3#料=32：32：36，水泥劑量為5%試配，同樣畫出3#料砂當量與強度曲線的關系圖，結果表明，當砂當量約為45時，強度才達到4.0Mpa。表83#料不同砂當量對應強度結果匯總表3#料來源水泥劑量（%）3#料砂當量塑性指數Ip無側限抗壓強度R代（Mpa）溧陽15.0224.13.4溧水15.0313.23.8溧陽25.0393.44.4江寧15.0552.75.7江寧25.0601.86.1備注3種石料按1#：2#：3#=30：30：40摻配 圖23#料砂當量與強度關系曲線2.3最大干密度對強度的影響用重型擊實

13、標準來確定水穩的最大干密度對于公路技術人員來說都是非常熟悉的。試驗結果表明，準確、客觀地定出混合料的最大干密度對強度影響很大。我部與監理組用四分取火成巖石料按1#：2#：3#=32：32：36的比例分別進行標擊和無側限抗壓強度試驗，結果如表9。表9編號試驗單位水泥劑量（%）最大干密度（g/m3）最佳含水量（%）7d無側限強度R代（Mpa）1監理組2施工單位3監理組4施工單位5監理組6施工單位.52.2305.34.02.3065.04.72.2405.44.42.2975.65.22.2705.55.12.3015.95.4從表9中可知，同種配比情況下,最大干密度相差0.01g/m3,無側限抗

14、強度相差約0.1Mpa ,二者之間幾乎是10倍關系。事實上,后來按照編號3的標準進行試拌,由于生產混合料質量均勻性比室內拌制要差,監理組和施工單位對拌和機拌制的混合料取樣,按編號3確定的最大干密度制作強度試件,7天后2家的強度分別為3.5Mpa和3.8Mpa,均小于4.0Mpa,后改用編號4所確定的標準進行試鋪,現場取樣制作試件,7天后二家無側限強度都能滿足要求。3幾點建議由于江蘇省內業主對水穩基層強度要求高（7天后要達到4.0Mpa以上）,而水泥劑量又不允許大于5.5%.從2.1、和的對比試驗中可以看出，混合料中級配粗細對強度影響最小，粗集料的加工工藝其次，細集料的粘性土或雜質含量影響最大，

15、因此建議：（1）選擇含泥或雜質較小的細集料，如用二次破碎的粗集料，建議細集料砂當量宜35,如用一次破碎的粗集料,建議砂當量45；（2）有條件最好選擇二次破碎加工而成的石料。同種山頭的石料,加工工藝不同,壓碎值差別不是很大,主要是針片狀大有不同，因此，選料時控制混合料中針片狀含量宜15%,建議二次破碎石料混合料中針片狀含量12%；（3）最好不要使混合料級配過粗，這樣容易導致攤鋪現場離析和難易壓實等現象，如附近石料質量普遍不高，則只有通過調整混合料級配使之變粗來提高強度，現場通過找補來消除離析。（4）細集料就用砂當量來檢驗其含泥量的高低，因為砂當量試驗對參與高等級公路施工單位來說較易做到，操作方便、試驗時間短、準確性也高，用0.6mm顆粒的液限和塑性指數來檢驗細集料,一方面試驗時間較長,另一方面,用塑性指數來表征細集料質量從數值上看往往相差不大,很難真實反映其好壞程度。（5）要準確定出混合料的標準密度。做標準試驗時，所配制的含水量不可能每次都會有一點最佳與含水量很接近，此時要根據含水量和對應干密度，通過計算機畫圖（一般在EXCEL中都能做到），準確而客觀地定出混合料真正的最大干密度和最佳含水量，而不是象原來那樣在米格紙上用手畫，誤差