水泥稳定混合料的配合比设计

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摘 要： 水泥稳定混合料的配合比设计在技术方面和经济方面对路面工程影响深远。通过对原材料的选取、制备试样、击实试验和制备试件以及养生还有强度等方面的详细介绍和描述论述了水泥稳定混合料配合比设计过程，从而指出了配合比设计过程中需要注意的问题和水泥混合料对路面结构可能造成的问题，并且针对这些问题提出了相应的解决措施。

关键词： 配合比；混合料；设计

中图分类号： F2

文献标识码： A

文章编号： 16723198（2013）13019402

1 前言

当今，水泥稳定碎石结构层在道路工程设计中作为沥青混凝土面层的下承层被广泛采用，这是因为城市道路和高速公路都在追求铺装结构使用的长寿命化。水泥稳定土是混合料的一个广义的名称，是用水泥做结合料而得到的。水泥稳定土包括水泥稳定砂砾。将足量的水和水泥掺入原本松散的或是经过粉碎土中经拌和得到混合料，然后将这种混合料压实并养生，若它的抗压强度符合规定的要求则称其为水泥稳定土即半刚性材料。基层的好坏和强弱对整个路面的使用质量和强度以及使用寿命都产生很大的作用，因为它是沥青路面的主要承重层。基层必须要具备足够的抗冲刷能力、足够的水稳定性和冰冻稳定性、足够的平整度、足够的强度和刚度且收缩性小及面层结合良好等基本条件。在施工过程中施工单位必须考虑其有良好的耐久性和足够的强度以及其经济的合理性，因此必须给予水泥的固结作用和骨料的啮合嵌挤作用以足够的重视。我们称在含有一定粗骨料的骨料级配范围内并且水泥的固结作用和骨料的啮合嵌挤作用都可以将作用发挥到最大时的骨料级配为最佳级配，只有在最佳级配的情况下水泥的添加量最少且施工的水泥稳定碎石结构层满足设计强度的要求。水泥稳定混合料是一种基层筑路材料且经济又实用。配合比的设计是保证半刚性基层沥青路面整体质量的关键环节，对基层的性能和混合料的品质都有着重要影响。

2 水泥稳定混合料的配合比设计

指导施工过程中水泥剂量的有效控制则需要通过选择适宜的原材料、级配合成设计、确定不同水泥剂量和最大干密度以及混合料的最佳含水量，然后按照不同水泥剂量下各混合料的最佳含水量和规定压实度制备试件进行无侧抗压强度试验，接着根据设计强度要求，选择合适的水泥剂量，最后建立EDTA消耗量和水泥剂量关系曲线。

2.1 原材料

混合料的技术性受原材料的各项技术参数的直接影响，所以根据施工设计和施工工艺要求选择适宜的原材料很是关键。没有材料就无法施工，因为原材料是工程施工的物质条件，而材料质量必须要符合施工要求，因为工程质量的基础是原材料的质量，一旦材料质量不符合要求，那么工程质量就无法得到保证。因此一定要加强原材料的试验检测工作。而确保混合料具有良好性能的前提是合格的原材料因此必须在使用前测试原材料的各项基本性能指标。集料的粒径越大，拌和机和平地机以及摊铺机等施工机械就越容易损坏混合料，甚至可能使粗细集料产生离析现象所以必须对集料颗粒的最大粒径加以限制，一般粒径为19～20mm。粒料中不含塑性指数的土时，其收缩性小，含有塑性指数的土时其收缩性大。集料中不宜含有塑性指数小的土因为这样不利于减少基层裂缝和基层材料的收缩性。火山灰质硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以及矿渣硅酸盐水泥均可用于水泥稳定碎石，优先选用初凝时间不少于3h，终凝时间在6h以上的水泥。且应采用标号为32.5的水泥，而不应使用受潮变质的水泥和早强水泥以及快硬水泥。水泥和小粒径集料在水泥稳定碎石混合料中一同起粘结作用和填充空隙的作用而大粒径集料起骨架支撑作用，控制集料压碎值在30%以下。在我国，重要的控制指标为含泥量，多采用石灰岩作为水泥稳定碎石集料，压碎值几乎都能满足要求。

2.2 确定矿质混合料掺配比例和最大干密度与最佳含水量

良好的级配组成可使基层混合料有较大的密实度。级配组成良好的混合料只需少量的水泥就能达到强度要求，因为它的表面积较小。混合料的密实度越大基层混合料的各项技术性能就越好，即基层的密实度与混合料的强度和密度以及抗变形能力与稳定性成正比。路面的主要承重层是基层，它的好坏和强弱对整个路面的使用质量和整体强度以及和使用寿命的影响很重要，而混合料的级配组成对基层的强度也具有深远的影响。所以也应对基层级配予以重视。

至少应做三个不同水泥剂量即最小剂量和中间剂量以及最大剂量的混合料的击实试验才能确定各种混合料的最大干密度和最佳含水量，而对于其他两个剂量混合料的最大干密度和最佳含水量则通过内插法来确定。试件的干密度=击实试验所得最大干密度×现场要求压实度，这是按工地预定达到的压实度计算不同水泥剂量的试件干密度的计算公式。在按计算得的干密度和最佳含水量制备试件进行强度试验时，平行试验的试件数量应符合规定。如若试验结果的偏差系数大于表中的规定值，则需要重新做试验并找出其原因和解决方式予以解决。重新做试验后若还是不能降低偏差系数，那么就应该增加试验数量，通过多次试验来解决这一问题。由混合料矿料质量控制和级配设计知强度等各项指标受混合料的密度的影响，若确定的最大干密度偏小则会对基层的强度产生直接影响，从而导致基层强度不符合设计要求进而影响基层质量，故试验确定混合料的最大密度是很重要的质量控制点。除此之外最佳含水量的确定也是重要的质量控制点。寻求混合料最大干密度的过程也可以说是寻求混合料最佳含水量的过程因为基层混合料获得最大干密度的前提条件是必须要有合适的含水量。最佳含水量既可为水泥稳定碎石基层混合料提供足够的水，供水稳混合料水化形成强度又可使其获得混合料的最大干密度。基层级配确定后要经多次平行试验来确定基层的最大干密度和最佳含水量，试验中，要重视试验数据的分析、剔除不可靠数据从而使试验数据的准确性得以保证。

3 探讨路面基层水泥稳定碎石混合料级配

3.1 水泥添加量与无侧限抗压强度的关系

强度随着混合料随水泥含量的增加而增加所以水稳混合料的强度也随水泥含量的增加而增高。在相同水泥添加量的情况下随混合料级配组成的不同，强度的增加量也不同。通过试验，根据各种配合类型混合料的水泥添加量与无侧限抗压强度之间的回归方程式不但可以算出对应2.36mm以下细粒成分（对水泥固化效果起主要作用）含量时的水泥用量而且可以算出对应无侧限抗压强度时对应的混合料全部干质量的水泥用量。

3.2 最佳级配选择和水泥剂量的确定

大量试验表明随2.36mm通过质量百分率减少混合料全部质量的水泥用量也随之减少，通过对对应2.36mm以下细粒成分质量的水泥用量的分析发现2.36mm通过质量百分率在50%以下的配合类型随2.36mm通过质量的减少水泥用量逐渐增多；2.36mm通过质量百分率在50%以上的配合类型的水泥用量相差无几。因此水泥稳定碎石混合物的强度形成受2.36mm以下细粒成分的含量大小的影响很大。接近低限对最大限度地减少水泥用量和发挥碎石之间的啮合嵌挤作用非常有利。

在确定基层混合料级配最佳含水量和最大干密度后，影响基层质量的重要因素和影响基层混合料强度的直接因素为水泥用量多少。水泥用量多则基层混合料强度高，反之则相反。但水泥用量也不宜过多，水泥用量过多水泥剂量超过一定剂量不但会增加混合料的收缩性，增加成型的水稳基层的裂缝率，从而使结构层的整体性受到影响并且使沥青面层上产生反射裂缝的可能性增大，而且很不经济。故选择适宜的水泥剂量是配合比质量控制中质量控制点之一，在配合比设计中应反复优选水泥剂量，并且以保证设计强度为前提来确定最适宜的水泥剂。

3.3 水泥剂量与EDTA消耗量曲线标定

水泥剂量与EDTA消耗量关系曲线也是配合比设计质量控制中的主要控制点。水泥剂量与EDTA消耗量关系曲线是监控施工过程中水泥剂量是否符合设计要求的工具，是施工过程中必不可少的，水泥剂量的准确性受水泥剂量与EDTA消耗量关系曲线准确度的直接影响，进而影响混合料的强度。

4 总结

根据设计要求是水泥稳定碎石基层混合料配合比设计的目的，通过试验来选取最适宜的原材料来确定混合料的最适宜的水泥剂量和最优级配以及最佳含水量，从而使得混合料的各项技术性都能满足规范要求。合理适用的配合比直接影响基层的质量，所以配合比做得不好即使有符合要求的原材料也会出现不符合规范要求的工程实体的情况。所以混合料配合比设计在施工质量控制过程中至关重要。要达到更有效地指导生产和控制生产并使路面基层的工程质量得到最有力的保障的目的就必须要只有确定一个经济可靠的配合比。

参考文献

[1] 石勤学，关于地下建筑抗浮设计探讨[J].中国建筑科学，2012.