高等级公路水泥稳定碎石基层配合比的优化设计摘要:水泥稳定碎石现已被广泛用于高等级公路的基层及底基层,但其最突出的缺点是,当配合比选择不合理等原因时,水泥稳定碎石基层易产生收缩形成收缩裂缝,进而导致沥青路面出现反射裂缝,造成路面破坏。本文结合室内试验对高速公路水泥稳定碎石配合比的优化设计进行探讨。关键词:水泥稳定碎石;配合比;延迟时间;干缩1.混合料组成设计1.1原材料的质量要求(1)碎石和石屑一般要求碎石的最大粒径为31.5mm,压碎值≤28%,针片状含量小于15%,对集料中<0.6mm颗粒的液限及塑性指数严格要求,这两个指标主要考虑了集料中粘粒成分较多,会对水稳碎石混合料的用水量和干缩性能产生较大的影响。试验采用的是大碎石10~30mm、中碎石10~20mm、小碎石5~10mm及0~5mm石屑。经取样试验,碎石压碎值结果为18.3%,针片状为9%,均符合规范要求。(2)水泥:普通硅酸盐水泥,强度等级为P.O32.5,经检验,其物理及力学性能均符合规范要求。水泥作为稳定剂,其质量至关重要。不同的水泥其干缩性能也不同。选用干缩性较小的水泥,可以降低裂缝产生的机率。除了尽量使用水化热低的、终凝时间较长的水泥外,要选用抗折强度较大的水泥,因为抗折强度越大,混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大,就越不易产生温缩裂缝。1.2室内配合比确定(1)碎石和石屑级配合成级配合理与否,直接影响到水稳碎石基层质量,粗集料比例不恰当,会给碾压带来困难,使基层难以成型并影响强度,反之,随着细集料的增加,将会使基层产生裂缝。通过对各粒级碎石进行筛分,初步选定了三种级配,级配1为10~30mm:10~20mm:5~10mm:石屑=21%:25%:21%:33%;级配2为19%:33%:21%:27%;级配3为32%:34%:7%:27%.混合料的合成级配见
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1。从表1可以看出:级配1接近规范中值,级配2中4.75mm以下细集料含量较少;级配3中粗料含量最多,9.5mm以上含量最多,4.75mm以下细集料含量最少。(2)水泥掺量水泥用量是影响强度的主要因素,水泥剂量太小,不能保证基层的强度,而剂量太大,既不经济,还会增加基层的裂缝,从而引起面层的反射裂缝。对于底基层,选定两种水泥掺量3%、4%。,试件按照96%压实度成型。对于基层,选定掺量4%、5%、6%,试件按照98%压实度成型。通过击实和无侧限抗压强度试验结果优选出最佳级配。(3)击实试验根据选定的3种碎石级配及4种水泥掺量,按照《公路工程无机结合料稳定材料试验中要求丙法进行击实试验。确定其最大干密度及最佳含水量。击实试验结果见表2由表2可以看出:级配3的最大干密度与最佳含水量最小,最佳含水量随着水泥剂量的增加逐渐增加。级配2比级配1的最佳含水量小。最大干密度值接近。(4)无侧限抗压强度试验:对于底基层,选定水泥掺量3%、4%的水泥稳定混合料按照96%的压实度成型试件;对于基层,选定水泥掺量为4%、5%、6%,试件成型压实度为98%。试件按照《公路工程无机结合料稳定材料试验》T0805-94成型。在规定温度下保湿养生6天,浸水1天后进行无侧限抗压强度实验。结果见表3.由表3可知:随着水泥剂量的增加,无侧限抗压强度值明显增加。对于底基层,三种级配的强度结果中,水泥掺量3%、4%均已达到规范要求,从经济方面考虑,选择3%水泥剂量;且级配2的强度值比级配1与级配3明显较高,故底基层选择级配2,水泥掺量为3%。对于基层,4%水泥剂量级配3不符合规范要求,级配1及级配2强度值勉强符合规范要求,比规范要求的最低值只分别高出0.5MPa、0.1MPa。5%、6%水泥掺量三种级配均符合规范要求,从经济方面考虑,选择5%水泥剂量,三种级配中,级配2强度值较高,故选择级配2,水泥掺量为5%。(5)干缩性能的实验干缩是半刚性基层材料内部含水量变化(水分蒸发)而引起的体积收缩现象,其基本原理是由于水的减少而产生的毛细管张力作用,吸附作用,分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用以及碳化收缩作用引起的体积收缩。室内根据三种级配,采用3%、5%水泥剂量成型试件,标准养生7天后进行干缩试验,其试验参数是干缩系数和失水率。检测结果见表4由表4可知:在同等条件下,级配2的干缩系数和失水率最小。(6)不同延迟时间对干密度和强度的影响用级配2水泥剂量5%水泥碎石配合比做1h、2h、4h、6h延迟时间下的击实试验和7天无侧限抗压强度试验,延迟时间对干密度和强度的影响见下图。从图中可以看出:不同延迟时间下,7天无侧限抗压强度和最大干密度随延迟时间的增加而逐渐下降,但下降幅度不大。随着水加入水泥稳定碎石混合料中的时间延长,会与水泥开始水化,使水泥稳定粒料产生部分结硬作用,碾压时,为了破坏已经形成的水泥的这种胶结作用,就要花费额外的压实功能,如果以即时干密度为标准,很难达到规定的压实度。所得的强度值不能反映真实情况,不能以此来确定延迟时间。由于水泥的水化和结硬作用进行的比较快,因此要求在较短的时间内(一般规定在2h内)完成从加水拌合到碾压成型的几个主要工序。2.结论通过对水泥稳定碎石基层的配合比设计,为了有效地减少基层的开裂。建议:(1)在设计强度达到设计要求强度的条件下,选择最小水泥剂量。一般剂量不超过6%。(2)在水稳碎石的配合比设计中,各粒组的级配选择至关重要,对于19mm、4.75mm、0.075mm筛孔粒径的通过率更应严格控制。(3)在水泥稳定碎石基层的施工中,严格控制原材料的用量和质量、施工工艺、控制好含泥量和混合料的含水量。另外,施工时要从严从紧安排工序,避免延迟时间过长造成混合料强度的损失。参考文献:[1]JTJ057-1994公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S][2]JTJ034-2000公路路面基层施工技术规范[S][3]沙庆林高等级公路半刚性基层沥青路面[M]北京人民交出版社1999
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