水泥稳定碎石强度级配影响因素试验分析
时间：2021-01-09 20:02:35 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：采用几种不同级配且具有代表性的碎石进行组成设计试验，主要分析强度和级配的变化规律。并用方差分析法来判定强度被水泥级配和剂量以及相互作用影响时的程度， 通过这样来判断水泥稳定碎石的强度是否受众多因素影响
关键词：分析；强度；试验；水泥剂量；公路工程
水稳水泥的用量一般为混合料的3%～7%，较其它路基材料高，所以一周无侧限抗压强度可达到1.5～4.0MPa，作为以级配碎石为骨料的水泥稳定碎石，它的压实度接近于密实度，应采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积对骨料的空隙进行填充，并按嵌挤原理进行摊铺压实。因为它的初期强度高，具有良好的抗冻性和抗渗度，所以靠碎石间的嵌挤锁结原理，水稳成活后表面坚实，遇雨水不泥泞，强度会随龄期的增加很快结成板体。因此成为高级路面理想的基层材料。同时水泥稳定级配碎石还具有耐久性、强度高和抗裂性的特点， 因而在工程中会广泛使用水泥稳定碎石基层。水泥剂量、级配的组成、粘粒含量和粉粒含量以及施工养护这些因素都会影响水泥稳定材料的强度。一般不会考虑水泥稳定碎石中的粘粒含量。但是多年来人们一直有个误区，就是常把收缩开裂和半刚性基层强度高这两个问题相联系， 因为当均匀材料的内部收缩应力变大、强度变高时， 其抵抗收缩应力的能力就会提升， 高强度材料以及同类低强度这两者中哪个容易产生收缩裂缝也是不可预知的。会出现这种现象的原因就是水泥剂量因素影响规律虽已经得到公共认可， 但对于级配等因素还需要再度考察研究。对水泥稳定碎石组成设计的现行规范中，没有明确规定级配因素的颗粒组成要在规定范围内， 相关资料中也只是表明可以适当增加0.075mm 以下的粉粒含量，并没有明确的方案说明如何去调整， 而是强调了水泥剂量的因素， 不良的级配改善即可。因此对有必要分析级配因素，它对完善相关内容会有借鉴意义。矿料之间骨架的结构和水泥水化反应后的粘结材料决定了水泥稳定碎石的强度。一般地， 为获得较高的强度，人们会提高水泥稳定碎石中水泥的含量。当客观工程要求粗集料和水泥稳定中具有较高强度时， 应严格控制矿料级配。但提高水泥剂量就易产生严重的收缩裂缝，因为水泥碎石和砂砾都明显小于水泥的温缩系数以及干缩应变和干缩系数， 所以为保证路面具有较高的强度、减少裂纹、提高路面抗裂能力，就不应只增加水泥剂量来提高强度， 更应从严格控制原材料级配均匀性和技术指标入手， 有效控制集料在施工中的变化。在施工中要求加强计划管理和施工组织设计，加快施工进度，增加施工人员的责任感和紧迫感，加大机械化施工进成，提高机械效率。工程实践表明，规范确定级配范围相对较宽的要求，所以不同级配的水泥稳定碎石混合料与其抗裂能力会有很大的不同。因为在水稳中含有水泥等胶凝材料，所以在施工过程中水泥要在终凝前一次性达到质量标准，否则不容易整平修理。水稳的施工方法与大规模现代化、机械化发展方向相同，所以水稳的应用在公路工程中会得到更快的推广。公路行业喜欢使用水泥稳定碎石基层，是因为它具有有效提升路面承载能力、为面层提供稳定支撑以及水稳性好等优点。同时，实际工程也表明：保证混合料高抗裂能力、高强度的有效措施之一就是良好的矿料级配。但是，经过来往车辆的挤压，在沥青面层形成反射裂缝，雨水从裂缝中通过面层和基层进入底基层，水泥稳定碎石基层材料就很容易使基层开裂，造成路基唧泥和路面坑槽，加快了对路面的破坏。因此让集料级配靠近规范级配上限，混合料收缩量就会变大，集料偏细就是明显表现。为了实现对裂缝和强度的双层控制，在工程实际操作时通过改变水泥用量对干缩特性试验以及混合料强度的影响，并采用接近规范下限两种级配和中值的方法。
1 水泥稳定碎石组成设计
1.1 原材料试验
本次试验采用工程中拟用强度等级为325MPa的水泥， 分别对三种不同的碎石集料进行颗粒组成筛分试验，经试验测得其初凝到终凝时间在 3h到6h以上，完全符合规定的试验要求。
1.2 级配的设计
为了使试验正常进行，选取四种不同级配并进行分析。第一种是采用上边界值的中值与规范中值所得的偏上级配：第二种是采用所要求的规范的级配中值所得的中值级配：第三种是采用下边界的中值与规范中值所得的偏下级配：第四种是工程级配， 采用工程上的图解法得出合成级配。水稳基层由砂、碎石、石屑和水泥以及粉煤灰等组成，为了改变沥青路面在行车荷载反复作用下，被面层材料啃噬成的粉末极易被渗进的水混合成泥浆流走，使面层脱空，造成油面龟裂、脱落和沉陷等病害，弥补灰土基层的缺陷，使用具有水稳定性和抗冻性好、面层薄、强度高以及板体性较好等特性的水稳基层，这样能够使沥青混凝土道路的使用寿命大大提高。
1.3 确定最佳的水泥用量
根据最优级配分别选取3%～6%之间符合级配要求的3个水泥用量，标准试件需要养6 个小时的养生、24小时的浸水后进行无侧限抗压强度试验。为得到不同水泥用量时的最大干密度和最佳含水率，使用不同水泥用量的水泥稳定碎石混合料进行击实试验，，确定出不同水泥用量的最大干密度、最佳含水率，以及无侧限抗压强度试验，从而得出水泥稳定碎石上、下基层的参考水泥用量，并用干密度进行计算，制备试件。
2 含水率对强度的影响
为满足水泥压实和水化的需要，水泥稳定类材料要有足够的水分。上基层的级配抗压强度小于5.5%左右时的最佳含水率为6%。如果混合料的含水率大，则水泥容易获得水分。但如果混合料的水量不足，水泥就要与粒料类材料争水分。为满足水泥水化的需要，水泥稳定类中和粗粒料类材料要用重型击实试验来确定。对于一定的压实能力，水泥稳定类材料的干密度与含水率中，存在一个能达到最大干密度的最佳含水率的关系。水泥完全水化需要的水量约为水泥重量的20%。如果粒料材料有很高的吸水力，对水有更大的亲和力，水泥就不会完全水化，就不会导致水泥稳定类材料的强度降低。结合其它的击实试验结果，最高的含水率并非就是最大干密度时的最佳含水率抗压强度。对于水泥稳定类中和粗粒料类材料，用重型击实试验方法确定的最佳含水率大于抗压强度最高的含水率。含水率在4%～6%范围内，均可保证抗压强度值不小于最佳含水率时的抗压强度值。实践证明，适合的压实水分，只要在养生过程中不损失，同样能够适合水泥的水化。
3 结语
综上所述，在对工程实践进行组成设计时， 采用调整水泥级配或剂量的方法对强度进行较大调整， 因为水泥剂量和级配以及水泥剂量因素相互作用时对强度的影响十分显著；但如果只进行微调整，便可以使用将级配向中值或偏向下靠拢，在水泥剂量保持不变时往上提高的处理方法。对于水泥稳定碎石的级配设计，为使基层形成较大的强度，既要有充足的水泥砂浆粘结集料。还要有用一定的级配粗集料来形成坚实的骨架。通过研究发现，粗粒料类材料在水泥稳定类中，最佳含水率大于抗压强度最高的含水率，这要通过重型击实试验的方法来确定的。本文提出了研究优化级配和优化级配范围的方法，并根据最佳级配，通过改变水泥稳定碎石的结构来确定水泥的含量。解决半刚性基层裂缝的有效措施就是对水泥稳定碎石混合料中的级配变异性有效控制。在施工过程中，提高道路质量的重要途径就是合理有效地规范水泥稳定碎石的质量要求、允许偏差和抽检频率以及评价方法。为使路面的质量得到根本保证，就要科学合理地量化评价集料的离析，通过从现场生产铺筑的全过程以及对室内配合比设计的级配控制，可以看出路面良好的均匀性对提高道路路用性能起到了一定的促进作用。由此可以得出，良好的矿料级配是保证混合料高抗裂能力和高强度的重要措施之一。
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