水泥稳定碎石配合比设计.docx
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水泥稳定碎石配合比设计
水泥稳定碎石配合比设计
1.概述
在半刚性材料中，水泥稳定混合料是一种经济实用的筑路材料，用于各类道路的基层和底基层。
以水泥为胶结材料的混合料，具有良好的力学性能和板体性。
与其它半刚性材料相比，有早期强度高、强度增长快、抗冲刷性能好、原材料来源广泛等优点，非常适应现代交通需求。
2.设计依据：
2.1《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000；
2.2《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-94；
2.3《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999
2.4《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-2001
2.5《公路工程集料试验规程》JTJ058-2000
2.6《公路土工试验规程》JTJ051-93；
2.7S351六安段改建工程两阶段施工图设计；
3.设计资料：
3.1S351六安段改建工程K0+650~K8+880，长8230米。
基层水泥稳定碎石厚为36cm（两层18cm），7天无侧限（浸水）抗压强度要求值为3.0~4.0Mpa。
3.2水泥要求强度等级为32.5Mpa（初凝时间宜3h以上，终凝时间宜6h以上）复合水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥；碎石压碎值小于30%；集料中小于0.5mm颗粒材料的液限小于28%，塑性指数小于7；集料级配应符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000如表1
适宜用水泥稳定颗粒组成范围表1
结构层
通过下列方孔筛（mm）的质量百分率
液限
塑性
指数
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
（%）
基层
100
90‐100
72-89
47-67
29-49
17-35
8-22
0-7
<28
<7
注：
集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075mm颗粒含量不应超过5%；细粒土无塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过7%。
3.3施工时混合料采用厂拌，铺筑现场采用摊铺机摊铺，一层碾压成型，基层压实度指标按98%控制。
4.设计步骤
4.1原材料选定及检验
4.1.1水泥：
采用海螺六安水泥厂生产的海螺牌复合水泥，强度等级为32.5Mpa，经检验各项技术指标均满足规范和图纸设计的要求，可以采用。
其主要技术指标试验结果如表2。
水泥材料试验结果汇总表表2
检验项目
规定值
检验结果
细度（%）
<10.0
4.2
安定性（沸煮，雷氏夹法）
合格
合格
初凝时间
>45min
3h25min
终凝时间
<10h
6h11min
抗压强度（Mpa）
3d
11.0
18.0
28d
32.5
42.0
抗折强度（Mpa）
3d
2.5
4.2
28d
5.5
6.8
4.1.2粗、细集料：
采用兴瑞石料场生产的碎石，规格为：
９.5～31.5（mm）、4.75～9.5（mm）和0.075～4.75（mm）石屑；碎石集料压碎值为21.3%，石屑中小于0.5（mm）粒料中液限为14.5%，塑性指数为2.0;含泥量：
9.5～31.5（mm）为0.7%；4.75～9.5（mm）为2.2%;。
对三种碎石材料进行筛分试验，根据筛分结果经计算级配满足设计要求，配制结果如表3。
石料筛分和集料级配计算结果表表3
集料
（mm）百分率
（%）筛孔（mm）
各级集料分计筛余百分率（%）
组成后级配
规定级配范围
通过率
（%）
（一）
（二）
（三）
分计筛余
（%）
累计筛余
（%）
通过率
（%）
9.5-31.5
4.75-9.5
0.075-4.75
30
38
32
31.5
0
0
0
0
0
100
100
26.5
6.5
0
0
1.9
1.9
98.1
90-100
19
46.8
0
0
14.1
16.0
84.0
72-89
9.5
45.8
25.0
0
23.2
39.2
60.8
47-67
4.75
0.7
64.4
1.7
25.2
64.4
35.6
29-49
2.36
0
9.5
28.1
12.7
77.1
22.9
17-35
0.6
0
0
31.7
10.6
87.7
12.3
8-22
0.075
0
0
36.2
11.6
99.3
0.7
0-7
4.2确定水泥剂量的掺配范围
水泥稳定碎石路面基层，设计要求7天无侧限饱水抗压强度不小于4.0Mp根据经验水泥剂量按4.5%、5.0%、5.5%三种比例配制混合料，即水泥：
碎石为；4.5:
100；5.0：
100；5.5：
100；
4.3确定最佳含水量和最大干密度
对三种不同水泥剂量的混合料做标准击实试验，确定出不同水泥剂量混合料的最大干密度和最佳含水量；结果见表4
混合料标准击实试验结果表表4
水泥剂量（%）
4.5
5.0
5.5
最佳含水量（%）
4.9
5.1
5.2
最大干密度（g/cm3）
2.36
2.37
2.37
4.4测定7d无侧限抗压强度
4.4.1制作试件：
按规范规定采用一个水泥剂量的水泥稳定碎石混合料按9个试件配制，工地压实度按98%控制，现将制备试件所需的基本参数叙述如下：
配制一种水泥剂量一个试件所需要各种原材料数量
成型一个试件按6500g混合料配制，取碎石和水泥的含水量为0%，先计算水泥剂量为5.0%的各种材料用量：
水泥：
6500*[5/（100+5）]=310g
集料：
6500*[100/（100+5）]=6190g
需要加水：
6500*5.1%=332g
4.4.2制备一个试件需要混合料的数量：
m=vρdk（1+w0）=2651×2.37×98%（1+5.1%）=6471g
4.4.3用同样方法对水泥剂量为4.5%、5.5%的混合料制备参数进行计算，计算结果列入表5中；
混合料试件制作计算汇总表表5
水泥剂量（%）
4.5
5.0
5.5
试件干密度（g/cm3）
2.36
2.37
2.37
一个试件所需材料质量
（g）
水泥
264
293
321
碎
石
9.5～31.5mm（30%）
1760
1759
1751
4.75～9.5mm（38%）
2230
2229
2217
0～4.75mm（32%）
1878
1876
1868
需加水数量
300
314
320
一个试件混合料数量（g）
6432
6471
6477
附注
（1）试件制作要求
1试件规格Ф150mm高１50mm；
2最少试件数量：
CV小于（10%—15%）时9个试件；
3试验项目：
3.1水泥必试项目；3.4含泥量；
3.2粗、细集料的筛分；压碎值；3.5击实试验；
3.3石屑的液塑限及塑性指数；3.6无侧限抗压强度试验；
4.试验仪器和设备：
均符合标准、规范、试验规程要求，全部经过计量标定；
5.报告中的有关数据：
5.1配合比设计试验结果汇总表中的计算数据均为试验结果的算术平均值；
5.2配合比设计中，有关数据是经过多次试验通过优选确定，试配强度是以CV小于（10%—15%）确定；
4.4.4测定饱水无侧限抗压强度，试件经6d标养1d浸水，按规定方法测得7d饱水无侧限抗压强度；结果见表6。
抗压强度试验结果汇总表表6
水泥剂量（%）
4.5
5.0
5.5
强度平均值R（Mpa）
4.3
4.9
5.2
强度标准差σ（Mpa）
0.33
0.42
0.41
强度偏差系数CV（%）
7.7
8.5
7.8
RC0.95（=RC-1.645*S）（Mpa）
3.8
4.2
4.5
是否满足公式RC0.95（=RC-1.645*S）
否
是
是
4.4.5按《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000要求，依据本配合比试验数据配制的水泥稳定混合料,进行了混合料延时成型试验；在延时两小时情况下强度和干密度损失后均满足设计要求。
结果见表7
延时2h最大干密度与抗压强度损失对照表表7
项目
延时前
延时后
损失量（%）
水泥剂量（%）
5.0
干密度（g/cm3）
2.37
2.32
3
RC0.95（=RC-1.645*S）（Mpa）
4.2
4.0
5
是否满足公式RC0.95（=RC-1.645*S）
是
是
附注
（2）
1养生条件：
试件养生温度25±20C;相对湿度≥95%；标准养护6d，并在试验前浸水24小时；
2抗压试验：
加荷速度1mm/min；
4.5确定试验配合比（目标配合比）：
通过以下方法确定水泥最佳剂量。
4.5.1比较强度平均值和设计要求值，根据试验结果，水泥剂量为5.0%，5.5%试件强度代表值均满足且不低于4.0Mpa设计值要求。
4.5.2考虑到试验数据偏差和施工中的保证率，对水泥剂量5.0%，5.5%时强度数据通过公式：
Rc0.95（=RC-1.645*S）验算，水泥剂量为5.0%和5.5%的强度均能够满足设计强度指标要求。
4.5.3从工程经济性考虑，5.0%的水泥剂量为满足设计强度指标的最小水泥用量;满足规范规定的路面基层抗压强度及压实度的要求，故为此配合比的最佳水泥用量。
4.5.4试验室目标配合比综合确定为：
水泥：
集料=5.0：
100，混合料的最佳含水量为5.1%，最大干密度为2.37g/cm3,施工时压实度按98%控制。
4.6确定生产配合比：
依据：
《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000要求，对试验室确定的配合比进行调整，对集中厂拌法施工，水泥剂量要增加0.5%，对粗粒土拌和，含水量要较最佳含水量增大0.5%～1.0%，所以经调整后得到的生产配合比为：
水泥：
集料=5.5：
100，混合料最佳含水量5.6%，最大干密度为2.37g/cm3，施工时压实度按98%控制。
附注（3）：
在配合比设计计算时对集料含水量按烘干至恒重时零计，但在工地施工时集料的含水量要根据实际情况，对上述生产配合比进行调整，得出最终的施工配合比。
附注（4）：
此次配合比设计原材试验和配合比试验报告后附。
5.配合比设计中应注意的问题：
5.1骨架材料的要求：
基层强度取决于材料的质量。
主要是碎石本身的硬度和强度，公路等级越高，对材料的要求亦相应提高，尤其是整合材料的合理级配以提高混合料的整体强度。
所以，集料颗粒的最大粒径必须有限制（最大粒径不应超过31.5mm），颗粒愈大在拌合、整平和摊铺时机械容易损坏，混合料更容易产生离析，平整度也难以控制。
因此，基层需采用最大粒径较小的材料。
但对低等级公路限制适当放宽宽。
对一级公路和高速公路，由于其使用性能要求高和投资大，应采用最大粒径较小的集料，以适应大规模机械化施工、保证施工质量和延长使用寿命。
5.2收缩性控制：
对高等级公路要注意水泥稳定碎石混合料这种半刚性材料早期产生的收缩性，一是水份蒸发而产生的干缩，二是温度升高或降低而产生温度收缩。
水泥稳定碎石基层铺筑成型后，在还没有铺筑沥青面层就产生了干缩裂缝，即使按标准及时养护到期后没及时铺筑沥青面层，在阳光暴晒下2-3d同样会产生干缩裂缝，这种裂缝危害性会向上扩展到面层，造成面层开裂。
所以在铺筑沥青面层前采取措施防止或延缓半刚性材料的干缩裂缝十分有必要。
半刚性基层材料的温缩性与干缩性有着相同的规律，水泥稳定碎石中细粒土含量愈多，混合料的温缩系数愈大。
为此应控制小于0.075mm的颗粒含量以及集料中的粘土含量。
应尽量不采用含有塑性指数的细集料。
从而控制混合料的收缩系数。
水泥稳定粒料的水泥剂量在（5.0‐6.0）%时，其收缩系数最小；超过6%后，混合料的收缩系数增大。
为减少混合料的收缩性应控制水泥剂量不超过6%。
采取改善粒料级配，可以明显减少因水泥造成的干缩，增加混合料强度和耐久性。
5.3养生温度和延迟时间
5.3.1由于温度对水泥稳定土的强度影响很大，不合格的材料，因养生温度过高而变的合格，合格的材料因养生温度过低而试验不合格。
因此必须在规定的温度下养生，夏季和冬季都必须采取必要的措施控制标养室的标准规定温度和湿度。
5.3.2延迟时间的影响：
所谓延迟时间是指混合料从加水到路面碾压终了的时间，延迟时间对水泥稳定混合料的强度和所能达到的干密度有明显的影响。
延迟时间愈长，混合料的强度和干密度损失越大，试验证明延迟2h，水泥稳定混合料干密度损失和抗压强度损失与延时前相比都有明显的下降。
故应采用终凝时间长的水泥，又能保证规定施工的延迟时间。
规范制定了延迟时间3-4h。
为了确定延迟时间,JTJ034-2000施工技术规范第2·7·2条规定在施工前必须做延迟时间对混合料强度的影响试验，并通过试验确定应控制的延迟时间。
5.4拌合用水：
凡人、畜的饮用水均可用于水泥稳定混合料的施工，遇有可疑水源时，应通过试验鉴定。
6.结论
据配合比设计结果，取5%的水泥剂量，水泥稳定碎石的强度已满足规范和设计要求，考虑到在实际施工中水泥的自然损耗以及水泥剂量的离散对水泥稳定碎石强度整体效果的影响。
故在施工中增加了0.5%的水泥剂量，为了减少集料的离析采取了下料斗二次筛分，提高了混合料级配的合理性。
同时又减少了原材料中粘土的含量，降低了＜0.075mm的颗粒含量。
采用标定后标准流量计添加拌合水，禁止超延时混合料上路等充分减少水泥稳定混合料强度影响的诸多因素。
使该配比在应用中得到理想的效果。
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