水泥稳定混合料的配合比设计样本.doc

水泥稳定性配合比设计

摘要： 水泥稳定混合料作为一个半刚性基层材料，在中国高等级路面中被广泛采取。作为基层材料——水泥稳定混合料配合比设计将直接影响沥青混凝土路面结构好坏。所以本文就它配合比设计方法和注意问题进行介绍。

伴随国民经济快速发展，公路交通量急剧增加，这对公路路面关键承重层——基层提出了更高要求。半刚性基层沥青路面含有良好力学性能和行车舒适性, 适合于多种车辆通行, 同时含有良好抗滑、抗渗、耐疲惫性能和高温稳定性和低温抗裂性, 所以受到广泛应用。水泥稳定土[1]是用水泥做结合料所得混合料一个广义名称, 水泥稳定砂砾是水泥稳定土一个。在经过粉碎或原来松散土中, 掺入足量水泥和水, 经拌和得到混合料在压实和养生后, 当其抗压强度符合要求要求时,称为水泥稳定土, 或称半刚性材料[2]。基层作为沥青路面关键承重层, 其强弱和好坏对整个路面强度、使用质量和使用寿命全部有十分关键影响。作为基层必需含有以下多个基础条件: 有足够强度和刚度, 有足够水稳定性和冰冻稳定性, 有足够抗冲刷能力, 收缩性小, 有足够平整度, 和面层结合良好。水泥稳定混合料便成为经济实用基层筑路材料。配合比设计对混合料品质和基层性能影响甚大, 是确保半刚性基层沥青路面整体质量关键步骤。
1. 水泥稳定混合料配合比设计
1.1 原材料选择
合格原材料是确保混合料含有良好性能前提，所以使用前必需对原材料各项基础性能指标进行测试。
尤其是集料颗粒最大粒径必需加以限制，粒径愈大，拌和机，平地机和摊铺机等施工机械愈轻易损坏混合料，甚至可能使粗细集料产生离析现象。同时平整度也难以达成要求。通常粒径为19-20mm。
粒料中含有塑性指数土时，其收缩性大，反之则收缩性小。为了降低基层材料收缩性和降低基层裂缝，集料中不宜含有塑性指数小土。
1.2 混合料配合比设计步骤
1.2.1制备同一个混合料样本。不一样水泥剂量水泥稳定混合料，通常情况按下列水泥剂量配制：
（1）做基层用
中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%；
塑性指数小于12土：5%，7%，8%，9%，11%；
其它细粒土：8%，10%，12%，14%，16%。
（2）做底基层用
中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%；
塑性指数小于12土：4%，5%，6%，7%，9%；
其它细粒土：6%，8%，9%，10%，12%。
在能估量适宜剂量情况下，能够将五个不一样剂量缩减三或四。
1.2.2确定多种混合料最好含水量和最大干密度，最少应做三个不一样水泥剂量混合料击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其它两个剂量混合料最好含水量和最大干密度用内插法确定。
1.2.3.按工地预定达成压实度，分别计算不一样水泥剂量试件应有干密度。
试件干密度 = 击实试验所得最大干密度 × 现场要求压实度 [3]
1.2.4．按最好含水量和计算得干密度制备试件进行强度试验时，作为平行试验试件数量应符合表-1中要求。如试验结果偏差系数大雨表中要求值，则应重做试验，并找出原因，加以处理。假如不能降低偏差系数，则应增加试验数量。
表-1

稳定混合料类别
下列偏差系数时试验数量
< 10%
10% ~ 15%
< 20%
细粒
6
9
—
中粒
6
9
13
粗粒
—
9
13
1.2.5.试件在要求温度下保湿养生6d，浸水1d后，进行无侧限抗压强度试验，并计算抗压强度试验结果平均值和偏差系数。计算公式为：
R =（R1+R2+R3+......+Rn） （1）
Cv = σ/R （2）
其中：R—混合料所侧强度平均值，MPa；
Ri—各侧定强度值，MPa；
n— 试验样本数；
Cv—偏差系数；
σ—试验结果标准差。[4]
试件养生要求温度为：冰冻地域 20±2℃ 非冰冻地域 25±2℃。
1.2.6.不一样交通类别道路上，水泥稳定混合料7d浸水抗压强度应符合表-2要求。
水泥稳定混合料强度标准表 表-2
公路等级层位
二级和二级以下公路
一级和高速公路
基层（MPa）
2.5~3.0
3.0~5.0
底基层（MPa）
1.5~2.0
1.5~3.0
1.2.7.依据表-2强度标准，限定适宜水泥剂量。此剂量试件室内试验结果平均抗压强度(R`)公式（3）要求：
R` ≥ Rd /（1- Zа.Cv） （3）
式中：Rd—设计抗压强度；
Cv—试验结果偏差系数（以小数计）；
Zа—标准正态分布表中随确保率而变系数：高速公路和一级公路应取确保率95%，此时Zа=1.645；通常公路取确保率90%，即Zа=1.282。
1.2.8.工地实际采取水泥剂量应比室内试验确定剂量多0.5%~1.0%。
1.2.9.水泥最小剂量应符合表-3要求。
水泥最小剂量 表-3
拌和方法
混合料类
路拌法
集中拌和法
中粒和粗粒
4%
3%
细粒
5%
4%
1.3 水泥稳定砂砾混合料配合比设计过程中应注意问题
(1) 进行混合料配合比设计确定混合料水泥用量时, 试件不应按击实试验所得最大干密度制作, 而应该按和要求现场压实度对应干密度制作。
(2) 水泥剂量按干集料质量百分比计。
(3) 养生条件控制极为关键。温度对水泥稳定混合料影响很大, 原本不合格材料会因养生温度高而变得合格, 反之亦然
2. 影响水泥稳定混合料强度原因
2.1水泥成份和剂量影响
在作配合比设计时，通常认为多种类型水泥均可用，但矿物成份不一样水泥，其稳定效果有一定差异。通常情况下，硅酸盐水泥稳定效果很好，钙酸盐水泥较差。当水泥矿物成份相同时，稳定混合料强度和水泥细度相关，细度高水泥，比表面积较大，稳定效果愈好。
水泥稳定混合料强度在很大程度上还取决于水泥用量，伴随水泥剂量增加，水泥稳定混合料物理化学性质将得到更深入提升。 [5] 所以通常情况下，在确保水泥混合料能达成要求强度和稳定性前提下，配合比设计尽可能用低水泥剂量。
2.3 养生温度影响
养生温度对水泥稳定混合料强度有很显著影响。养生温度愈高，水泥稳定混合料强度也愈高.
2.4延迟时间影响
《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-）要求采取厂拌时，延迟时间不超出2h，路拌时延迟时间不超出3-4h。这在部分施工设备和组织管理条件差施工企业来说极难达成。因为水泥等级提升，细度也愈来愈细，水化速度愈加快，使施工难度更大。延迟时间对强度影响反应在下面3个方面：
①       在延迟碾压成型时，已形成部分水滑物将不能充足发挥较凝作用；
②       延迟时间对已形成结构产生了损坏。
③       延迟时间使水泥稳定基层材料碾压更困难，所以成型时达成最大干密度要变小，空隙率增加，所以强度降低。[6]
所以我们在混合料配合比设计时就要采取部分方法来使水泥稳定混合料延迟成型时间变长。
2.5含水量影响
含水量对于水泥稳定类混合料强度有很大影响，当含水量过小时，其发生化学和物理化学作用不充足，不能确保其得到最大程度粉碎和均匀拌和，也不能确保达成最大压实度要求。所以对于进行混合料配合比设计要尽可能靠近最好含水量。[7]
3. 水泥稳定混合料对路面结构影响
3.1.水泥稳定混合料强度没有充足形成时，如表面水由沥青面层渗透，水泥稳定混合料基层会发生软化。即使是几毫米软化层也会造成沥青面层龟裂破坏。
3.2.水泥稳定混合料抗冲刷能力不是很好，一旦表面水由沥青面层裂缝或由水泥混凝土面板接缝透入，轻易产生冲刷现象。在沥青面层较薄情况下，冲刷成浆被唧出到表面，冲刷唧浆结果是裂缝下陷和路面变形，裂缝两侧产生新裂缝。[8]
对于水泥稳定混合料存在问题，我们必需采取方法加以处理。
1.在配合比设计中，控制集料中细粒含量和塑性指数。将经过0.075mm筛孔细料含量控制为5%-7%，若细料收缩性尤其显著，则应控制为2%-5%，同时加入部分粉煤灰（水泥和粉煤灰之比为1：1）。细粒塑性指数应尽可能小（小于4）。
2.在满足强度要求情况下，用最小水泥剂量。通常只用4%水泥，以控制干缩裂缝。
3.混合料配合比设计采取最好含水量。以降低干缩裂缝。[9]
4.结语
水泥稳定混合料配合比设计在经济和技术两个方面均对路面工程有较大影响。本文从原材料选择、制备试样、击实试验、制备试件、养生及强度等方面对水泥稳定混合料配合比设计过程进行了详尽叙述, 指出配合比设计过程中应注意问题, 和水泥混合料对路面结构可能造成问题和处理方法，可供同类工程借鉴。