水泥稳定碎石基层配合比设计与路用性能

王维海

【摘 要】近年来，我国高速公路飞速发展，水泥稳定碎石作为基层结构被广泛应用。水泥稳定碎石基层以强度高、刚性大、稳定性好、工程造价较低、施工方便快速特点、因而受到广泛的应用，但也易出现跳子、松散、裂缝等主要病害，因此设计经济合理的配合比显得尤为重要。本文主要分析水泥稳定碎石基层配合比设计与路用性能。

【关键词】水泥稳定碎石基层；配合比设计；路用性能

引言：

水泥稳定碎石基层的配合比设计在经济和技术两方面均对路面工程有较大影响。因此，把握好配合比设计的技术要点，对其进行质量检测是水泥稳定碎石基层建设的重点。本文系统的研究了水泥稳定碎石结构组成设计和路用性能，以减少水泥稳定碎石基层早期病害的产生，提高水泥稳定碎石基层路用性能指标，延长其使用寿命，对于水泥稳定碎石材料在我国的应用具有非常重要的现实意义。

一、水泥稳定碎石基层配合比设计

1.水泥稳定碎石配合比设计。

水泥稳定碎石的主要原材料是水泥、碎石以及石屑，原材料的质量直接影响基层的施工质量，因此在选择原材料时必须进行全面的检测，保证原材料能够合格。由于水泥稳定碎石基层混合料要经过拌合、运输、摊铺、碾压等一系列工序，施工过程较长，因此在选择水泥时要选择初凝时间不小于3小时，终凝时间不少于6小时的，强度等级为32.5或42.5普通硅酸盐或矿渣硅酸盐水泥；碎石最大粒径小于31.5mm、压碎值不大于30%；石屑液限值小于28%、塑性指数应小于9；拌合用水最好为饮用水。

试验人员按照重型击实法确定混合料的最大干密度和最佳含水量，然后按照不同水泥剂量分组试验，制备不同比例的混合料，每组试件的个数应根据偏差系数来决定，（偏差系数在10%～15%，制取9个试件；在15%～20%，制取13个试件），从中选出标准的、符合规格的配合比用于生产施工。以某工程为例，试验得出矿料的掺配比例为16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：4.75mm～9.5mm碎石：石屑=12：22：28：38，最佳含水量为5.6%，最大干密度为2.37g/cm3，水泥的剂量为4%，实际生产施工时水泥剂量应增加0.5%～1.0%。

用碎石、石屑、砂砾组成一定级配的混合料配合比的设计工作，是以节省石屑增加施工和易性，保证路基质量和使路面底基层具有良好的强度和板体性，减少混合料离析为原则。通过优化配合比试验，确定施工配合比为4%水泥用量，其中集料的掺配比例分为两组：第一组16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=20：25：35：20，碾压混合料的最佳含水量为6.8%，最大干密度为2.225g/cm3；第二组16mm～31.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石：石屑：粗砂=15：25：40：25，碾压混合料最佳含水量为7.0%，最大干密度为2.230g/cm3，两组配合比可以根据实际情况灵活选用。

2.配合比设计流程。

（1）制件。采用150mm圆柱体试模进行试件的制备，制件个数如前所述，试件所需混合料质量按照工地压实度98%来计算，采用压力机压实成型后脱模、称重后放入标准养护室内进行养护。

（2）试压。试件标准养护6天，浸水一天后取出，再次称重，如果质量损失超过10g，试件便作废，称量后用稍湿毛巾吸干试件表面的自由水，用强度试验仪加以试压，加荷速度为1mm/min。最后确定试压强度并加以评定，来验证配合比是否达到设计要求的各项指标。

（3）配合比设计过程中要注意的事项。首先要对原材料进行严格把关，在进入施工现场之前做好充分、详细的调查检验，水泥质量要满足技术规范指标要求，碎石含泥量必须符合设计要求，碎石规格要求必须一致；要根据天气情况用水量做适当调整，必要时通过进行含水率检测试验确定应加水量；严格控制0.075mm以下颗粒含量及0.6mm以下颗粒的塑性指数；养护条件一定要符合要求，试压速率控制在1mm/min以内。

二、水泥稳定碎石基层路用性能

1.无侧限抗压强度增长规律。

水泥稳定碎石基层在路面结构中的主要就是起承重作用，因此必须有较强的抗压强度。水泥稳定级配碎石的抗压强度是评价其路用性能的一个重要指标，是道路结构分析中的一个重要参数。依据最新的《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》CJTG-2009）评价水泥稳定碎石混合料质量的唯一的指标就是混合料7d无侧限饱水抗壓强度。水泥稳定类材料需要持续相当长一段时间才能完成其化学反应。因此，在环境温度大致相同的情况下，水泥稳定碎石的强度随龄期增长也在逐渐增长，但是不同时间段增长幅度是存在差异的。所以，不但要知道其早期强度，还要了解其发展规律，只有掌握了其发展规律，才能够根据需要强度选用不同材料，选用不同水泥剂量这样才能真正发挥水泥稳定碎石的优点。

2.抗压回弹模量的增长规律。

回弹模量是表征路面基层刚度变形的重要参数，是路面结构设计的主要参数之一。在路面结构设计时，对基层的回弹模量由严格的要求。基层的路用性能对回弹模量的变化非常敏感，严重影响基层的抗裂性能。因此对基层回弹模量其随龄期的变化的规律进行研究是很有必要的。回弹模量的试验方法主要采用顶面法。

3.温缩性能分析。

组成水泥稳定碎石混合料的三相，即矿物颗粒组成的固相、液相和气相在气温降低过程中相互作用使半刚性材料产生体积收缩，即温度收缩。一般来说组成固相的矿物颗粒原材料中砂砾以上颗粒的温度收缩较小；而粉粒以下的物质，特别是粘土矿物的温缩变形较大。粘土与其它胶体颗粒的温缩变形性能与其扩散层厚度成正比。水泥稳定碎石混合料中各矿物有较大的温度收缩性。存在于水泥稳定碎石内部的大孔隙，毛细孔和凝胶孔中的水通过“扩张作用”，“表面张力作用”和“冰冻作用”三个过程，对水泥稳定碎石材料的温度收缩性将产生极大的影响。使水泥稳定碎石材料在干燥和饱水状态下有较小的温度收缩值，而在一般含水量下有较大的温度收缩值。

4.干缩特性研究。

水泥与各种粗细集料碎石经水拌和碾压后，由于水分不断蒸发，混合料中的水分会不断减少而引起水泥稳定碎石材料产生体积收缩现象称为干缩。影响水泥稳定碎石材料干缩性能的主要因素有以下几种：材料类型及其物理化学性质、材料矿物成分、所设计水泥稳定碎石配合比、设计道路的强度压实度及含水量大小和养生环境条件有密切关系。

三、结语

本文对水泥稳定碎石混合料配合比设计过程进行了详尽的论述，指出配合比设计过程中应注意的问题，对进一步提高水泥稳定碎石路用性能的技术措施进行总结。水泥稳定级配碎石配合比设计、现场施工技术关系着公路的施工质量及之后的维修、成本等等，一定要合理科学的设计水泥稳定级配碎石配合比设计、优化施工方案以达到为社会创造更多、更大的经济效益及社会效益的目标。

参考文献：

[1]徐江萍，黄琪，李焕武.掺粉煤灰的水泥稳定碎石抗裂性能的研究[J].河南交通科技，2005，（4）.

[2]王考利.高等级公路水泥稳定级配碎石基层施工技术[J].山西建筑，2007.endprint