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1、水泥稳定性配合比设计 - 结构理论 摘要：水泥稳定混合料作为一种半刚性基层材料，在我国的高等级 路面中被广泛的采用。作为基层材料水泥稳定混合料的配合比 设计将直接影响沥青混凝土路面结构的好坏。因而本文就它的配合 比设计方法以及注意的问题进行介绍。关键词：混合料 配合比设计 因素 问题随着国民经济的迅速发展，公路交通量急剧增加，这对公路路面 的主要承重层基层提出了更高的要求。半刚性基层沥青路面具 有良好的力学性能和行车舒适性, 适合于各种车辆的通行, 同时具有 良好的抗滑、抗渗、耐疲劳的性能以及高温稳定性和低温抗裂性, 因而受到广泛的应用。水泥稳定土1是用水泥做结合料所得混合料 的一个广义的名称
2、, 水泥稳定砂砾是水泥稳定土的一种。在经过粉 碎或原来松散的土中, 掺入足量的水泥和水, 经拌和得到的混合料在 压实和养生后, 当其抗压强度符合规定的要求时,称为水泥稳定土, 或称半刚性材料2。基层作为沥青路面的主要承重层, 其强弱和好 坏对整个路面的强度、使用质量和使用寿命都有十分重要的影响。 作为基层必须具备以下几个基本条件: 有足够的强度和刚度, 有足够 的水稳定性和冰冻稳定性, 有足够的抗冲刷能力, 收缩性小, 有足够 的平整度, 与面层结合良好。水泥稳定混合料便成为经济实用的基 层筑路材料。配合比的设计对混合料的品质和基层的性能影响甚大, 是保证半刚性基层沥青路面整体质量的关键环节。
3、1. 水泥稳定混合料的配合比设计 1.1 原材料的选取合格的原材料是确保混合料具有良好性能的前提，因此使用前必 须对原材料的各项基本性能指标进行测试。特别是集料颗粒的最大粒径必须加以限制，粒径愈大，拌和机， 平地机和摊铺机等施工机械愈容易损坏混合料，甚至可能使粗细集 料产生离析现象。同时平整度也难以达到要求。一般粒径为 19- 20mm。粒料中含有塑性指数的土时，其收缩性大，反之则收缩性小。为 了减少基层材料的收缩性和减少基层裂缝，集料中不宜含有塑性指 数小的土。1.2 混合料的配合比设计步骤1.2.1 制备同一种混合料样本。不同水泥剂量的水泥稳定混合料， 一般情况按下列水泥剂量配制：（1）做
4、基层用中粒土和粗粒土：3%，4%，5%，6% ，7%；塑性指数小于 12 的土：5%，7% ，8%，9% ，11%；其他细粒土：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 的土：4%，5% ，6%，7% ，9%；其他细粒土：6%，8%，9%，10% ，12%。在能估计合适剂量的情况下，可以将五个不同剂量缩减三或四。 1.2.2 确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少应做三个 不同水泥剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂 量。其他两个剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。1.2.3.按工
5、地预定达到的压实度，分别计算不同水泥剂量的试件应 有的干密度。试件的干密度 = 击实试验所得最大干密度 现场要求压实度 31.2.4按最佳含水量和计算得的干密度制备试件进行强度试验时， 作为平行试验的试件数量应符合表-1 中的规定。如试验结果的偏差 系数大雨表中的规定值，则应重做试验，并找出原因，加以解决。 如果不能降低偏差系数，则应增加试验数量。表-1稳定混合料类别下列偏差系数时的试验数量%26lt; 10%10% 15%26lt; 20%细粒69中粒 6913粗粒9131.2.5.试件在规定温度下保湿养生 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的平均值和偏差
6、系数。计算 公式为：R =（R1+R2+R3+.+Rn） （1）Cv = /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 实验样本数；Cv 偏差系数；实验结果标准差。4试件的养生规定的温度为：冰冻地区 202 非冰冻地区 252 。1.2.6.不同交通类别道路上，水泥稳定混合料的 7d 浸水抗压强度 应符合表-2 的规定。水泥稳定混合料的强度标准表 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）2.53.03.05.0底基层（MPa）1.52.01.53.01.2.7.根据表-2 的强度标准，限定合适的水泥剂量。此剂量试件室 内试验结果的平均
7、抗压强度(R)公式（3）的要求：R Rd / （1- Z.Cv ） （3）式中：Rd设计抗压强度；Cv 试验结果的偏差系数（以小数计） ；Z标准正态分布表中随保证率而变的系数：高速公路和一级公 路应取保证率 95%，此时 Z=1.645；一般公路取保证率 90%，即 Z=1.282。1.2.8.工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多 0.5%1.0%。1.2.9.水泥的最小剂量应符合表-3 的规定。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的问题(1) 进行混合料配合比设计确定混合料的水泥用量时,
8、 试件不应按 击实试验所得的最大干密度制作, 而应该按与规定的现场压实度相 应的干密度制作。(2) 水泥剂量按干集料的质量百分比计。(3) 养生条件控制极为重要。温度对水泥稳定混合料的影响很大, 原本不合格的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的因素2.1 水泥成分和剂量的影响在作配合比设计时，一般认为各种类型的水泥均可用，但矿物成 分不同的水泥，其稳定效果有一定的差别。通常情况下，硅酸盐水 泥的稳定效果较好，钙酸盐水泥较差。当水泥的矿物成分相同时，稳定混合料的强度与水泥细度有关，细度高的水泥，比表面积较大， 稳定效果愈好。水泥稳定混合料的强度在很大程度上还取决
9、于水泥的用量，随着 水泥剂量的增加，水泥稳定混合料的物理化学性质将得到更进一步 的提高。 5 所以通常情况下，在保证水泥混合料能达到规定的强 度和稳定性的前提下，配合比设计尽可能的用低的水泥剂量。2.3 养生温度的影响养生温度对水泥稳定混合料的强度有很明显的影响。养生温度愈 高，水泥稳定混合料的强度也愈高.2.4 延迟时间的影响公路路面基层施工技术规范 （JTJ034-2000）规定采用厂拌时， 延迟时间不超过 2h，路拌时延迟时间不超过 3-4h。这在一些施工设 备和组织管理条件差的施工企业来说很难达到。由于水泥等级的提 高，细度也愈来愈细，水化速度更快，使施工的难度更大。延迟时 间对强度的
10、影响反映在下面 3 个方面： 在延迟碾压成型时，已形成的部分水滑物将不能充分发挥较凝 作用； 延迟时间对已形成的结构产生了损坏。 延迟时间使水泥稳定基层材料碾压更困难，因此成型时达到的 最大干密度要变小，空隙率增加，因而强度降低。6因此我们在混合料配合比设计时就要采取一些措施来使水泥稳定 混合料的延迟成型时间变长。 2.5 含水量的影响含水量对于水泥稳定类混合料的强度有很大的影响，当含水量过 小时，其发生化学与物理化学作用不充分，不能保证其得到最大限 度的粉碎和均匀拌和，也不能保证达到最大压实度的要求。因此对 于进行混合料配合比设计要尽量靠近最佳含水量。73. 水泥稳定混合料对路面结构的影响3
11、.1.水泥稳定混合料的强度没有充分形成时，如表面水由沥青面层 渗入，水泥稳定混合料基层会发生软化。即使是几毫米的软化层也 会导致沥青面层龟裂破坏。3.2.水泥稳定混合料的抗冲刷能力不是很好，一旦表面水由沥青面 层的裂缝或由水泥混凝土面板的接缝透入，容易产生冲刷现象。在 沥青面层较薄的情况下，冲刷成的浆被唧出到表面，冲刷唧浆的结 果是裂缝下陷和路面变形，裂缝两侧产生新的裂缝。8对于水泥稳定混合料存在的问题，我们必须采取措施加以解决。1.在配合比设计中，控制集料中的细粒含量和塑性指数。将通过 0.075mm 筛孔的细料含量控制为 5%-7%，若细料收缩性特别明显， 则应控制为 2%-5%，同时加入部分粉煤灰（水泥与粉煤灰之比为 1：1） 。细粒的塑性指数应尽可能小（不大于 4） 。2.在满足强度要求的情况下，用最小的水泥剂量。一般只用 4%水 泥，以控制干缩裂缝。3.混合料配合比设计采用最佳含水量。以减少干缩裂缝。94.结语 水泥稳定混合料的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。本文从原材料选取、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 尽的论述, 指出配合比设计过程中应注意的问题, 以及水泥混合料对 路面结构可能造成的问题和解决措施，可供同类工程借鉴。
