水泥稳定碎石集料级配变异试验研究

杨 果

(贵州省高速公路开发总公司，贵州贵阳550004)

水泥稳定碎石具有强度高、抗裂性和耐久性好等特点，已在我国高等级公路沥青路面基层中得到了广泛应用[1]。工程实践表明，良好的矿料级配是保证混合料高强度、高抗裂能力的有效措施之一，严格控制矿料级配显得尤为重要。因此，针对国内现行规范中未涉及水泥稳定碎石集料级配的变异范围，通过振动成型法、关键筛孔变异平行试验及无侧限抗压强度试验，基于无侧限抗压强度可靠保证率下的置信区间，提出关键筛孔的变异范围，以改善水泥稳定碎石的路用性能。

1 水泥稳定碎石集料

试验选用水泥稳定碎石集料为四档集料，即9.5～31.5 mm碎石和4.75～9.5 mm碎石，0～4.75 mm石屑与河砂。石料压碎值为10.95%，洛杉矶磨耗损失值为12.0%，表观相对密度为2.739 g/cm3，针片状颗粒含量为3.4%。试验用水泥为海螺牌缓凝复合硅酸盐水泥等级为P.C32.5，各项指标均满足规范要求。

2 试验方案

采用振动成型法进行骨架密实结构的配合比设计，并确定合成配比、最大干密度、最佳含水量和最佳水泥剂量。按此设计配合比对关键筛孔变异进行平行试验，随后按已定的最佳含水量和水泥剂量进行无侧限抗压强度试验，得出级配变异后的7 d室内无侧限抗压强度。

2.1 级配设计

采用振动成型法进行骨架密实结构的级配设计，设计结果与《公路工程集料试验规程》(JTJ 058－2000)[2]上、中、下限值对比见表1，可以看出合成级配介于规程上下限之间，满足规程规定。

2.2 最佳含水量和最大干密度

由已确定的合成配合比，根据半刚性基层振动成型方法，采用激振力6 800 N，静压力2 500 N，振动频率30 Hz，振动时间2 min，对水泥稳定碎石集料进行击实试验。通过绘制含水量－干密度关系曲线(见图1)，确定集料的最佳含水量为4.6%、最大干密度为2.38 g/cm3。

表1 合成级配结果

图1 含水量－干密度关系曲线

2.3 水泥剂量

按照确定的最佳含水量制备不同水泥剂量下的振动成型试件，水泥剂量分别为3.0%、4.0%和5.0%。在温度为25℃和湿度为95%的养生室内养生6 d，泡水养护1 d后，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057－94)[3]进行无侧限抗压强度试验，运用线性插值法得到水泥剂量为3.5%和4.5%的无侧限抗压强度值，汇总结果如表2所示。由表2可知在水泥剂量为3.0%时，其平均抗压强度已达到6.76 MPa，已满足平均强度 R≥Rd/(1－ZaCv)，即取配合比设计水泥剂量为3.0%(Rd为设计强度)。

表2 无侧限抗压强度值汇总

2.4 级配变异试验

级配变异试验以无侧限抗压强度作为主要考察指标[4]。试验设计方案见表3。改变单个筛孔通过率，其余筛孔通过率不变，设计关键筛孔变异后的通过率见表4。在已定的最佳含水量4.6%和水泥剂量3.0%条件下进行无侧限抗压强度试验。为了试验结果具有可比性，试验中假设每个关键筛孔的样本数一样，不够样本数筛孔由变异系数最少的样本代替。进行7 d无侧限抗压强度试验方法按照规范[3]要求:成型150 mm试件，并用塑料薄膜密封，在标准养护条件(温度25℃，湿度90%以上)下，养护6 d，第7 d进行浸水养生，然后测试其饱水无侧限抗压强度。关键筛孔变异后的无侧限强度见表5。

表3 关键筛孔变异系数

表4 关键筛孔变异后的通过率

表5 级配变异后的7 d室内无侧限抗压强度(MPa)

3 试验结果与分析

由试验数据可知，集料级配变异后对试件无侧限强度产生影响。为了保证无侧抗压限强度在可靠范围内，采用无侧限抗压强度置信度1－α来衡量级配离析的允许范围。由于α越小，1－α越大，随机区间包含真值概率越大，估计的精确度越差;反之，提高估计精确度则会增大误判风险α。由目标级配的无侧限抗压强度试验可知在水泥剂量为3%、含水量为4.6%时成型试件强度为6.76 MPa，假定级配变异后的无侧限强度服从正态分布，每个强度值相互独立，则有:

由此可求得正态总体均值μ的1－α的置信区间为:

由表5可求得关键筛孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm其7 d无侧限抗压强度在95%的置信度范围如表6所示。由表6可知，在无侧限强度为95%的保证率下，关键筛孔19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，0.6mm，0.075 mm 允许的变异范围为±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表6 正态总体参数的区间估计

在批量生产水泥稳定碎石集料过程中，影响混合料稳定性因素较多，实际级配易发生变异。如何较好地控制水泥稳定碎石集料级配变异，一直未能得到较好的解决。常见方法主要是在原材料、混合料拌合、运输、摊铺和碾压等具体施工环节进行管理控制，并在目标配比设计、生产配比设计和现场生产配比验证等阶段对级配离异性做定期复核，应继续关注最终产品取样筛分，路面压实度和7 d无侧限抗压强度等结果。因此，本文提出在施工过程中对水泥稳定碎石集料抽检频率和允许变异范围见表7。

4 结论与建议

(1)采用振动成型法确定水泥稳定碎石集料的配合比、合成配比、最大干密度、最佳含水量和水泥剂量，对此指标的集料进行关键筛孔变异平行试验和无侧限抗压强度试验，基于无侧限抗压强度可靠保证率下的置信区间，分析了水泥稳定碎石集料级配关键筛孔的变异范围，得出如下结论:在无侧限抗压强度可靠保证率为95%时，关键筛孔19 mm，9.5 mm，4.75 mm，2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm 允许的变异范围分别为±5，±5，±5，±3，±3，±1。

表7 抽检频率和允许变异范围

(2)用量化来评价集料的离析务必使得路面的质量得到根本上的保证。通过从室内配合比设计到现场生产铺筑全过程的级配控制，使得路面均匀性更好，以达到增加抗裂性，减少路面裂缝的效果。为了加强对水泥稳定碎石路面的路用性能，业主应委托相关单位每天对施工中的混合料进行抽查(可参考本文建议)，并设置奖惩机制使路面的施工质量得到确实的提高。

[1]徐鸥明，韩森，孙薇.级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响研究[J].路基工程，2010(2):62－64

[2]JTJ058－2000公路工程集料试验规程[S]

[3]JTJ057－94公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S]

[4]罗家国，梁晓霞，刘燕燕.成型方法对水泥稳定碎石压实度差异性分析[J].公路交通技术，2010(4):8－11