水泥穩定性設計管理論文

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摘要：水泥穩定混合料作為一種半剛性基層材料，在我國的高等級路面中被廣泛的采用。作為基層材料——水泥穩定混合料的配合比設計將直接影響瀝青混凝土路面結構的好壞。因而本文就它的配合比設計方法以及注意的問題進行介紹。

關鍵詞：混合料配合比設計因素問題

隨著國民經濟的迅速發展，公路交通量急劇增加，這對公路路面的主要承重層——基層提出了更高的要求。半剛性基層瀝青路面具有良好的力學性能和行車舒適性,適合于各種車輛的通行,同時具有良好的抗滑、抗滲、耐疲勞的性能以及高溫穩定性和低溫抗裂性,因而受到廣泛的應用。水泥穩定土[1]是用水泥做結合料所得混合料的一個廣義的名稱,水泥穩定砂礫是水泥穩定土的一種。在經過粉碎或原來松散的土中,摻入足量的水泥和水,經拌和得到的混合料在壓實和養生后,當其抗壓強度符合規定的要求時,稱為水泥穩定土,或稱半剛性材料[2]。基層作為瀝青路面的主要承重層,其強弱和好壞對整個路面的強度、使用質量和使用壽命都有十分重要的影響。作為基層必須具備以下幾個基本條件:有足夠的強度和剛度,有足夠的水穩定性和冰凍穩定性,有足夠的抗沖刷能力,收縮性小,有足夠的平整度,與面層結合良好。水泥穩定混合料便成為經濟實用的基層筑路材料。配合比的設計對混合料的品質和基層的性能影響甚大,是保證半剛性基層瀝青路面整體質量的關鍵環節。

1.水泥穩定混合料的配合比設計

1.1原材料的選取

合格的原材料是確?；旌狭暇哂辛己眯阅艿那疤幔虼耸褂们氨仨殞υ牧系母黜椈拘阅苤笜诉M行測試。

特別是集料顆粒的最大粒徑必須加以限制，粒徑愈大，拌和機，平地機和攤鋪機等施工機械愈容易損壞混合料，甚至可能使粗細集料產生離析現象。同時平整度也難以達到要求。一般粒徑為19-20mm。

粒料中含有塑性指數的土時，其收縮性大，反之則收縮性小。為了減少基層材料的收縮性和減少基層裂縫，集料中不宜含有塑性指數小的土。

1.2混合料的配合比設計步驟

1.2.1制備同一種混合料樣本。不同水泥劑量的水泥穩定混合料，一般情況按下列水泥劑量配制：

（1）做基層用

中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%；

塑性指數小于12的土：5%，7%，8%，9%，11%；

其他細粒土：8%，10%，12%，14%，16%。

（2）做底基層用

中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6%，7%；

塑性指數小于12的土：4%，5%，6%，7%，9%；

其他細粒土：6%，8%，9%，10%，12%。

在能估計合適劑量的情況下，可以將五個不同劑量縮減三或四。

1.2.2確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，至少應做三個不同水泥劑量混合料的擊實試驗，即最小劑量、中間劑量和最大劑量。其他兩個劑量混合料的最佳含水量和最大干密度用內插法確定。

1.2.3.按工地預定達到的壓實度，分別計算不同水泥劑量的試件應有的干密度。

試件的干密度=擊實試驗所得最大干密度×現場要求壓實度[3]

1.2.4．按最佳含水量和計算得的干密度制備試件進行強度試驗時，作為平行試驗的試件數量應符合表-1中的規定。如試驗結果的偏差系數大雨表中的規定值，則應重做試驗，并找出原因，加以解決。如果不能降低偏差系數，則應增加試驗數量。

表-1

穩定混合料類別

下列偏差系數時的試驗數量

<10%

10%~15%

<20%

細粒

6

9

—

中粒

6

9

13

粗粒

—

9

13

1.2.5.試件在規定溫度下保濕養生6d，浸水1d后，進行無側限抗壓強度試驗，并計算抗壓強度試驗結果的平均值和偏差系數。計算公式為：

R=（R1+R2+R3+......+Rn）（1）

Cv=σ/R（2）

其中：R—混合料所側強度平均值，MPa；

Ri—各側定強度值，MPa；

n—實驗樣本數；

Cv—偏差系數；

σ—實驗結果標準差。[4]

試件的養生規定的溫度為：冰凍地區20±2℃非冰凍地區25±2℃。

1.2.6.不同交通類別道路上，水泥穩定混合料的7d浸水抗壓強度應符合表-2的規定。

水泥穩定混合料的強度標準表表-2

公路等級層位

二級和二級以下公路

一級和高速公路

基層（MPa）

2.5~3.0

3.0~5.0

底基層（MPa）

1.5~2.0

1.5~3.0

1.2.7.根據表-2的強度標準，限定合適的水泥劑量。此劑量試件室內試驗結果的平均抗壓強度(R`)公式（3）的要求：

R`≥Rd/（1-Zа.Cv）（3）

式中：Rd—設計抗壓強度；

Cv—試驗結果的偏差系數（以小數計）；

Zа—標準正態分布表中隨保證率而變的系數：高速公路和一級公路應取保證率95%，此時Zа=1.645；一般公路取保證率90%，即Zа=1.282。

1.2.8.工地實際采用的水泥劑量應比室內試驗確定的劑量多0.5%~1.0%。

1.2.9.水泥的最小劑量應符合表-3的規定。

水泥最小劑量表-3

拌和方法

混合料類

路拌法

集中拌和法

中粒和粗粒

4%

3%

細粒

5%

4%

1.3水泥穩定砂礫混合料配合比設計過程中應注意的問題

(1)進行混合料配合比設計確定混合料的水泥用量時,試件不應按擊實試驗所得的最大干密度制作,而應該按與規定的現場壓實度相應的干密度制作。

(2)水泥劑量按干集料的質量百分比計。

(3)養生條件控制極為重要。溫度對水泥穩定混合料的影響很大,原本不合格的材料會因養生溫度高而變得合格,反之亦然

2.影響水泥穩定混合料強度的因素

2.1水泥成分和劑量的影響

在作配合比設計時，一般認為各種類型的水泥均可用，但礦物成分不同的水泥，其穩定效果有一定的差別。通常情況下，硅酸鹽水泥的穩定效果較好，鈣酸鹽水泥較差。當水泥的礦物成分相同時，穩定混合料的強度與水泥細度有關，細度高的水泥，比表面積較大，穩定效果愈好。

水泥穩定混合料的強度在很大程度上還取決于水泥的用量，隨著水泥劑量的增加，水泥穩定混合料的物理化學性質將得到更進一步的提高。[5]所以通常情況下，在保證水泥混合料能達到規定的強度和穩定性的前提下，配合比設計盡可能的用低的水泥劑量。

2.3養生溫度的影響

養生溫度對水泥穩定混合料的強度有很明顯的影響。養生溫度愈高，水泥穩定混合料的強度也愈高.

2.4延遲時間的影響

《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）規定采用廠拌時，延遲時間不超過2h，路拌時延遲時間不超過3-4h。這在一些施工設備和組織管理條件差的施工企業來說很難達到。由于水泥等級的提高，細度也愈來愈細，水化速度更快，使施工的難度更大。延遲時間對強度的影響反映在下面3個方面：

①在延遲碾壓成型時，已形成的部分水滑物將不能充分發揮較凝作用；

②延遲時間對已形成的結構產生了損壞。

③延遲時間使水泥穩定基層材料碾壓更困難，因此成型時達到的最大干密度要變小，空隙率增加，因而強度降低。[6]

因此我們在混合料配合比設計時就要采取一些措施來使水泥穩定混合料的延遲成型時間變長。

2.5含水量的影響

含水量對于水泥穩定類混合料的強度有很大的影響，當含水量過小時，其發生化學與物理化學作用不充分，不能保證其得到最大限度的粉碎和均勻拌和，也不能保證達到最大壓實度的要求。因此對于進行混合料配合比設計要盡量靠近最佳含水量。[7]

3.水泥穩定混合料對路面結構的影響

3.1.水泥穩定混合料的強度沒有充分形成時，如表面水由瀝青面層滲入，水泥穩定混合料基層會發生軟化。即使是幾毫米的軟化層也會導致瀝青面層龜裂破壞。

3.2.水泥穩定混合料的抗沖刷能力不是很好，一旦表面水由瀝青面層的裂縫或由水泥混凝土面板的接縫透入，容易產生沖刷現象。在瀝青面層較薄的情況下，沖刷成的漿被唧出到表面，沖刷唧漿的結果是裂縫下陷和路面變形，裂縫兩側產生新的裂縫。[8]

對于水泥穩定混合料存在的問題，我們必須采取措施加以解決。

1.在配合比設計中，控制集料中的細粒含量和塑性指數。將通過0.075mm篩孔的細料含量控制為5%-7%，若細料收縮性特別明顯，則應控制為2%-5%，同時加入部分粉煤灰（水泥與粉煤灰之比為1：1）。細粒的塑性指數應盡可能小（不大于4）。

2.在滿足強度要求的情況下，用最小的水泥劑量。一般只用4%水泥，以控制干縮裂縫。

3.混合料配合比設計采用最佳含水量。以減少干縮裂縫。[9]

4.結語

水泥穩定混合料的配合比設計在經濟和技術兩個方面均對路面工程有較大影響。本文從原材料選取、制備試樣、擊實試驗、制備試件、養生及強度等方面對水泥穩定混合料配合比設計過程進行了詳盡的論述,指出配合比設計過程中應注意的問題,以及水泥混合料對路面結構可能造成的問題和解決措施，可供同類工程借鑒。