路基施工中水泥稳定混合料的配合比设计
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摘要：水泥稳定混合料是一种半刚性基层材料，在国内外高速公路建设工程中被广泛用作道路基层、底基层填筑材料。水泥稳定混合料的配合比方案直接影响到路面质量和道路的安全耐用性，施工时必须结合道路设计要求和相应原材料的特性进行配合比设计、试验和试铺。
Abstract: the cement stabilized mixture is a kind of semi rigid base course materials, in the domestic and foreign highway construction project has been widely used as road base, filling material. Cement stabilized mixture proportioning scheme directly affects the quality of pavement and road safety durability, construction must be combined with the road design requirements and corresponding to the characteristics of raw materials, mix design, experiment and test shop.
Key words: road; roadbed; cement stabilization; mix design;
中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
前言
随着道路施工技术的发展，以沥青混凝土为代表的柔性路面具有了越来越高的稳定性和耐久性，这就对道路结构中用于承重的路基施工提出了更高的要求。半刚性水泥稳定混合料具有良好的力学性能，适合于各种等级的道路施工，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，因而被国内外道路工程广泛应用。水泥稳定混合料是用水泥做凝胶材料与土、石材料拌合而成的，常见的有水泥稳定土、水泥稳定碎石和水泥稳定砂砾等。水稳材料经拌合、摊铺、压实和养生后可获得较高的抗压强度，具有很强的承重能力，可为路面材料提供非常优质的基础。水泥稳定混合料作为路基填筑料时必须具有足够的强度和刚度、足够的水稳定性和冰冻稳定性、足够的平整度和抗冲刷能力，同时收缩性要小，且能与面层良好结合。
一、根据规范要求设计试配方案
道路工程项目在涉及水泥稳定混合料施工时一般都会对材料提出抗压强度和碾压密实度的要求。根据这些要求并结合相邻、相似工程经验可以先初步拟定几个配合比例，一般用水泥稳定混合料中的水泥百分比含量来表示。为了能够得到比较准确的配合比相关数据和关系曲线，通常先拟定五个等差递增的配合比例，如：3%、5%、7%、9%、11%。
1、原材料检测：在配合比设计之前，首先必须对组成水泥稳定混合料的所有组分进行常规检测，确认水、水泥、砂石料的物理、化学性能符合工程材料常规试验指标以及项目特殊规范的要求。
2、最优含水率：为了用最低的成本达到最优的路基承载能力，水泥稳定混合料必须在最优含水率的状态下碾压成型，这样才能使得路基结构获得较高的密实度，同时也就具有了较强的抗压强度。根据拟定的配合比例分别制备不同的水泥稳定混合料，然后通过击实试验得出各种材料密度与含水率的关系曲线，求出最大干密度和最优含水率。击实试验时为使数据准确，水泥和砂石材料的天然含水率要提前测定，并计入水泥稳定混合料总含水量中。
3、试拌材料准备：首先根据水泥稳定混合料最大干密度以及项目规范对材料碾压密实度的最低要求，求得工程施工时材料干密度所需达到的最小值；其次利用材料的最优含水率，求得该干密度所对应的湿密度；然后用这个湿密度乘以试块模具的容积可得到制作一个试块所需的水泥稳定混合料的量；最后结合配合比例、最优含水率、天然含水率等相关数据可求出水、水泥、砂石料的用量。这样，根据试拌过程中各项试验所需试块的个数就可以算出各种材料的最少用量。
二、试拌和相关参数的检测
无论是厂拌法试拌还是试验室试拌都应该严格遵照试配方案中拟定的配合比例来进行，为了监控配料精确度，还可以取混合料样品进行含水量以及水泥含量的检测。试拌过程中需要制作试块对材料的工作性能以及强度性能进行测定。
1、水泥稳定混合料的试拌：根据预定的配合比例拌合出足够用于试块和试验的混合料。厂拌法试拌时出于精确度考虑，最少拌合量一般不少于设备单次拌合能力的一半，而且，取样时应尽量取中心、均匀的拌合料。天气、温度、设备、仪器等情况，以及拌合过程中的各种影响因素要进行详细记录。
2、制作试块：根据试验方案中求出的每个试块所需水泥稳定混合料的重量，用电子秤称出适量材料，分三层填满试模并每层用捣棒捣实。试块的最终成型可以使用震击锤也可以使用压力机，期间要监测已填混合料的重量，确保混合料的密实度等于项目规范对材料碾压密实度的最低要求值。为了检测水泥稳定混合料的工作性能，需要在拌合完成后0小时、0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时等不同时间制作试块，并进行详细的记录和标识。在等待制作试块的期间，应对水泥稳定混合料采取一定的保湿措施，防止水分过快损失。
3、试块养护和检测：试块制作完成后即可脱模，在对重量、尺寸进行测量后放入标准养护室进行养护，养护6天浸水1天后进行抗压强度检测。检测前对试块的重量、尺寸进行复测，对于重量损失偏大的试块应予弃用。试块检测的数据要进行详细记录并与试块的档案资料对应起来，避免张冠李戴。
4、试拌检测数据整理
首先，收集每种试配方案所有试块的检测结果，绘制出试块延迟制作时间与试块强度的关系曲线，了解各种水泥稳定混合料的成品强度随延迟时间逐渐降低的趋势。同时，结合施工现场实际情况制定适宜的水泥稳定混合料工作时间，根据经验一般不超过2小时。
其次，根据每种试配方案在确定的工作时间点上所能得到的抗压强度值，绘制出这一组试配方案中水泥含量与试块强度的关系曲线。如果项目规范所要求的材料强度值恰好在该曲线上某一点，则可求得该点对应的水泥含量值。如果项目规范所要求的材料强度值不在该曲线上，则可将曲线随其变化趋势进行延长，以便找到该值所对应的点，求得相应的水泥含量值。但如果所求得的水泥含量值超出试配方案中最低水泥含量值或最高水泥含量值太多（一般以二者之差的五分之一为限），则需重新拟定试配方案，重做所有试拌、检测工作。
然后，考虑一定的安全保证系数，确定配合方案中水泥用量，一般在试验所确定的水泥含量的基础上增加一到二个百分点，特别是在采用路拌法施工的情况下由于拌合不均匀等问题的存在将不得不使用更多的水泥。如：试验确定的水泥用量为7%的话，在实际施工过程中则可采用8%～9%的水泥用量，具体用量可视现场试块强度情况来进一步确定。
最后，针对确定好水泥用量的水泥稳定混合材料进行击实试验，求得材料的最优含水率。在实际生产时，考虑到水分蒸发等因素，水泥稳定混合料的加水量要适当增加一至二个百分点。当然，原材料中的天然含水也应计算在内。
5、配合比的检验：为了最终确认水泥稳定混合料配合比的各项性能指标能够达到预期要求，可用设计好的配合比参数进行试拌并检测、核实其工作性能和抗压强度。
三、需要注意的问题
1、制作试块时，要确保试块的密度等于规范所要求的最低压实度条件下的材料干密度。不能随意改变试块的密实度，否则每组试拌所做的各个试块就会失去比较意义，所得出的结论也会产生很大偏差。
2、水泥稳定混合料的养护工作非常重要，养护温度对试块强度的影响也非常大，严格进行标准养护才能使得检测结果具有较高的精确性。
3、水泥用量应按干集料的重量百分比来计。一般经验认为，硅酸盐水泥的稳定效果较好，钙酸盐水泥的稳定效果较差。
4、在满足道路结构强度要求的情况下，尽量用最小的水泥含量，以防止路基施工时出现干缩裂缝。
5、水泥稳定混合料要随拌随铺，然后尽快碾压成型，以减少延迟时间和材料强度损失。同时要时刻关注天气情况，避免材料在碾压成型之前淋到雨水。
6、水泥稳定混合料中的砂石料最大粒径不宜超过31.5毫米，否则材料在摊铺过程中容易产生离析现象，并且，大粒径材料会影响到路基表面的平整度。
7、水泥稳定混合料路基施工尽量选择气温较高的季节，日最低气温低于5摄氏度时不宜施工。
8、摊铺和碾压施工中的各种参数可以通过试验段的试铺和试压来确定，避免发生铺筑高程不准确和浪费碾压设备的形象。
结语
水泥稳定混合料具有强度高、稳定性好、整体性好、承载能力强等优点。同时，各种土石材料都可以用水泥进行稳定，取材方便、工艺简单、成本低廉，既可以在公路上就地拌合也可以集中厂拌。水泥稳定混合料将在公路建设领域发挥更为广泛的效用。