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1、影响水泥稳定碎石配合比设计强度的因素分析摘要：通过有关试验的分析对比，认为在水泥剂量受限制的情况下混合料的粗细程度、集料的质量、最大干密度的确定几方面在不同程度上影响水泥稳定碎石基层配合比设计过程中的无侧限抗压强度，并提出一些建议以使室内试配强度能达到设计要求。关键词：水泥稳定碎石基层配合比设计无侧限抗压强度影响因素由于水稳碎石与二灰碎石相比具早期强度高、刚度大，更能满足高等级公路对基层的要求，在江苏省高速公路建设中从 2000 年开始越来越被广泛用于石料丰富而石灰、粉煤灰缺乏地区。宁杭高速公路南京段路面基层也采用该种结构。江苏省原来高速公路基层一直采用二灰碎石结构形式，作为第一次经历水稳配合
2、比设计，起初按照原来二灰碎石配比设计经验和规范对材料各种指标要求进行试配，但在实践中发现水稳基层配比的要求比二灰碎石高，尤其是对石料和一些操作方法稍有疏忽，5%的水泥剂量 7 天后的强度代表值就难以达到 4.0 Mpa。本文从不同的角度讲述水泥剂量受限制的情况下如何才能使室内无侧强度达到设计要求。1 室内配合比设计要求1.1 原材料1.1.1 水泥普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可用于水稳基层施工，但要求水泥初凝时间和终凝时间分别在 3 小时和 6 小时以上。本标段采用南京高淳花山水泥厂生产的 P032.5 缓凝水泥，经多次检测，其各项指标均能符合要求。1.1.2 碎石碎石
3、最大粒径为 31.5,各施工单位可根据附近轧石厂的生产规格情况选用 3 种或 4 种不同规格的石料掺配组成混合料,我们根据实际情况,选用了 3 种规格的石料,其规格分别为 1#料(31.519mm),2#料(194.75mm)和 3#料(4.750mm),分别有石灰岩和火成岩二种石质的石料.用于工程的石料,其中混合料中(13.216mm)的颗粒压碎石值28%,4.75mm 以上颗粒针片状含量15%,小于 0.6颗粒的液限小于 28%,塑性指数 Ip9。1.2 设计标准1.2.1 混合料中集料的颗粒组成采用基层施工规范中表 3.2.2 中编号为 3 的级配，见表 1表 1级配通过下列筛孔 (mm
4、)的质量百分率(%)31.526.5199.54.752.360.60.75范围10090-10072-8947-6729-4917-358-120-7 中值1009580.5573926153.51.2.2 对混合料成型后的要求由于 7d 无侧限强度试验方法较简单，也能表现混合料成型后的质量，比较容易确定各种参数，因此设计上也要求采用该种方法来控制施工质量，施工图设计中明确要求 7d 无侧限抗压强度代表值要 R 代4.0Mpa，水泥剂量不大于5.5%。2 影响配合比设计中强度的主要因素对比试验2.1 混合料级配粗细程度对强度的影响我们根据规范和设计文件中对水稳基层各种材料的质量要求进行选材，
5、并选取符合要求的原材料在试验室内按不同的粗细程度（主要改变 26.5mm 筛孔的通过率）掺 5%水泥剂量进行试配，分别得出 7d 无侧限抗压强度（用于试配的原材料质量检测结果见表 2 和表 3） ，从表 4 和图 1 中可以看出不管石料的岩性是石灰岩或是火成岩，在原材料质量和水泥剂量不变的情况下，随着 26.5mm 筛孔通过率的变小，试件强度反而升高，说明水泥稳定碎石中粒料越粗，则强度越高，26.5mm 通过率每减少 3%，强度增加约 5%左右。路桥工程类影响水泥稳定碎石配合比强度的因素分析表 2 水泥物理力学性能试验结果试验项目规范要求 试验结果细度 10%4.8%初凝时间3 小时4 小时1
6、5 分终凝时间6 小时6 小时 05 分安定性沸煮合格 合格抗压、抗折强度（Mpa ）3d2.54.611.019.728d5.58.532.549.2 表 3 集料主要指标检测结果检测项目压碎值（ %）针片状（%）3#料中 0.6mm颗粒液限3# 料中0.6mm颗粒塑性指数石料抗压强度（Mpa ）检测结果石灰岩22.41# 料14.42#料24.923.84.186 火成岩181#料17.82#料23.121.93.6122规范要求 混合料28%混合料15%28%9 表 4 粗细程度与抗压强度试验结果26.5mm 筛通过率(%)939699备注抗压强度(Mpa)4.13.93.7火成岩 3.
7、93.83.6石灰岩图 1 混合料粗细程度与抗压强度关系图2.2 石料的质量对强度的影响2.2.1 石料的加工工艺对强度的影响基层石料加工厂生产一般规模小、机械化程度不高，各厂家的生产工艺也有区别，石料多数为鄂式破碎机轧制而成，有二次破碎和一次破碎之分，从而导致同种质量的块石由于加工工艺的不同，使得生产出来的粗集料质量也有高低。我们在试配过程中，在溧阳地区同一座山选取二家轧石厂分别采用一次破碎和二次破碎加工而成的粗集料（取料之前，在二家轧石厂轧石机的喂料口分别取块石样送东南大学做无侧限饱水抗压强度，结果分别为 86 Mpa 和 82 Mpa，应该讲块石质量相差无几） 。细集料均使用一次破碎加工
8、而成，对取回的细集料让三位不同的试验员分三次测定0.6mm 颗粒塑性指数，分别为 3.8、4.1 和 3.7，由于轧石厂的筛网尺寸被我部统一，因而加工而成的 3 种料规格大体一致，对二家加工厂生产的粗集料进行压碎值和针片状试验，结果见表 5。用不同厂家的粗集料与同种细集料按同种比例（1#料：2#料：3#料=32：32：36）掺配成混合集料（合成级配见表 6） ，分别按 4.5%、5.0%和 5.5%三种水泥剂量试配，得出 7 d 无侧限抗压强度结果见表 7表 5 二种粗集料试验结果检测项目石料加工类型一次破碎 二次破碎压碎值（% ）23.820.7 针片状1#料（% ）18.613.42# 料
9、（ %）25.919.8 表 6 二种混合料的级配级配通过下列筛孔 (mm)质量百分率(%)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10096.281.758.236.426.714.73.0 表 7 强度试验结果汇总表加工类型水泥剂量 (%)最佳含水量W（%）最大干密度（g/m3）试件个数无侧限抗压强度 R 代(Mpa) 一次破碎4.55.02.39093.25.05.22.40093.45.55.42.41193.8 二次破碎4.54.82.38593.45.05.02.38593.95.
10、55.22.38694.1 从表 7 中可以看出 ,虽然用不同的粗集料与同种细集料掺配后混合料级配大体相同,但由于粗集料加工工艺不同,尤其是一次破碎的石料与二次破碎的石料针片状含量相差很大,从表 5 看出 1#、2#料分别相差 5.5%和 6.1%,导致同种水泥剂量情况下,二次破碎石料成型的试件无侧限抗压强度普遍比一次破碎成型的高,平均高出 10%左右。2.2.2 细集料质量对强度的影响从表 4 和表 7 中可知，通过调粗混合料级配或选用二破的粗集料可以从不同程度上提高试件无侧限抗压强度，但指挥部为减少水稳基层裂缝，限制水泥剂量，要求我部按 5.0%0.5%的水泥剂量试配,并且要使 5%水泥剂
11、量 7d 无侧限抗压强度4.0Mpa。表 4 和表 7 中 5%的水泥剂量对应强度最大值只有 4.1 Mpa,考虑到现场施工往往难以达到室内试配的效果,所以在实际施工中不管选用以上何种配比 7 天强度都难以保证达到 4.0 Mpa。于是我们又在细集料（3#料）上动脑筋，设计文件规定 3#料中小于 0.6mm 颗粒塑性指数 Ip9,但我们对附近多个厂家规格符合要求的 3#料取样到试验室做液塑性试验,均没有发现塑性指数 Ip9 的现象。一般都在 2-5 之间，表 4 和表 7 中试配所用 3#料塑性指数均未超过 5。我们联想到沥青砼中细集料以砂当量来测定其中粘性或杂质的含量，于是就对表7 中试配用
12、的 3#料测定其砂当量，发现虽然塑性指数 Ip 都小于 5，但砂当量只有 20 左右，说明用于试配的 3#料中粘性土或杂质含量很高，用塑性指数来表明不能很好反映 3#料的内在质量，或者说要求塑指 Ip9 的指标太松。我们先用不同砂当量的 3#料同溧阳产质量检测结果为表 5 中二破石料试配，结果见表 8，图 2 中反映随着 3#料砂当量增大，试件强度基本呈直线上升，砂当量约 35 时，强度为 4.0 Mpa。后来我们又用上述 5 种不同砂当量的 3#料同溧阳产质量检测结果为表 5 中一破石料，按 1#：2#：3#料=32：32：36，水泥剂量为 5%试配，同样画出 3#料砂当量与强度曲线的关系图
13、，结果表明，当砂当量约为 45 时，强度才达到 4.0Mpa。表 83#料不同砂当量对应强度结果汇总表3#料来源水泥剂量（ %）3# 料砂当量塑性指数 Ip无侧限抗压强度 R 代（Mpa ）溧阳 15.0224.13.4 溧水 15.0313.23.8 溧阳 25.0393.44.4 江宁 15.0552.75.7 江宁 25.0601.86.1 备注 3 种石料按1#：2#：3#=30：30：40 掺配图 23#料砂当量与强度关系曲线2.3 最大干密度对强度的影响用重型击实标准来确定水稳的最大干密度对于公路技术人员来说都是非常熟悉的。试验结果表明，准确、客观地定出混合料的最大干密度对强度影响
14、很大。我部与监理组用四分取火成岩石料按 1#：2#：3#=32：32：36 的比例分别进行标击和无侧限抗压强度试验，结果如表 9。表 9编号试验单位 水泥剂量（ %）最大干密度（g/m3） 最佳含水量（%）7d无侧限强度R 代（Mpa）1监理组 2施工单位 3监理组 4施工单位 5监理组 6施工单位 4.55.05.52.2305.34.02.3065.04.72.2405.44.42.2975.65.22.2705.55.12.3015.95.4从表 9 中可知，同种配比情况下,最大干密度相差 0.01g/m3,无侧限抗强度相差约 0.1Mpa ,二者之间几乎是 10 倍关系。事实上,后来按
15、照编号 3 的标准进行试拌,由于生产混合料质量均匀性比室内拌制要差,监理组和施工单位对拌和机拌制的混合料取样,按编号 3 确定的最大干密度制作强度试件,7 天后 2 家的强度分别为 3.5Mpa 和 3.8Mpa,均小于 4.0Mpa,后改用编号 4 所确定的标准进行试铺,现场取样制作试件,7 天后二家无侧限强度都能满足要求。3 几点建议由于江苏省内业主对水稳基层强度要求高（7 天后要达到 4.0Mpa 以上）,而水泥剂量又不允许大于 5.5%.从 2.1、2.2.1 和 2.2.2 的对比试验中可以看出，混合料中级配粗细对强度影响最小，粗集料的加工工艺其次，细集料的粘性土或杂质含量影响最大，因此建议：（1）选择含泥或杂质较小的细集料，如用二次破碎的粗集料，建议细集料砂当量宜35,如用一次破碎的粗集料,建议砂当量
