水泥稳定性配合比设计

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, 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。
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 [3]
1.2.4．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
6
9
—
中粒
6
9
13
粗粒
—
9
13
1.2.5.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系数。计算公式为：
R =（R1+R2+R3+......+Rn） （1）
Cv = σ/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；
σ—实验结果标准差。[4]
试件的养生规定的温度为：冰冻地区 20±2℃ 非冰冻地区 25±2℃。
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）
2.5~3.0
3.0~5.0
底基层（MPa）
1.5~2.0
1.5~3.0
1.2.7.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抗压强度(R`)公式（3）的要求：
R` ≥ Rd /（1- Zа.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）；
Zа—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Zа=1.645；一般公路取保证率90%，即Zа=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, 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。延迟时间对强度的影响反映在下面3个方面：
① 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；
② 延迟时间对已形成的结构产生了损坏。
③ 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。[7]
3. 水泥稳定混合料对路面结构的影响
3.1.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。[9]
4.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。