水泥稳定碎石道路基层的试验研究

第2期(总第期)中国市政工程2000年6月25日

表1路面基层及底基层用集料规格

5040

30

20

10

52

1

0.50.25

0.0750.02b 1100

50～100

15～1000～500～30

b 210055～10040～10030～90

18～6810～556～453～360～30b 3100

90～10070～90

50～70

30～5515～3510～200～7b 4

100

90～10060～80

30～50

15～30

10～20

4～7

代号

通过下列筛孔(方孔筛,mm )的质量百分率,%

注:①集料中0.5mm 以下细土有塑性指数时,小于0.075mm 的颗粒含量不应超过5%;细土无塑性指数时,

小于0.075mm 的颗粒含量不应超过7%。②上表中规定的数值为通过方孔筛的数值。若无方孔筛,可采用大体对应的圆孔筛进行变换。

1前言

随着道路交通的不断发展,对道路的质量要求也越来越高。影响道路寿命的主要因素是道路基层的质量及其耐久性问题。在济南市政道路中,基层应用较多的是石灰土,但是当道路面层出现裂缝或其抗掺性较差时,水就会渗入基层和路基,使得石灰土发生软化、唧浆等情况,导致基层强度降低、路面加速破坏。

水泥稳定碎石相对于石灰土是一种良好的基层材料,因为水泥是一种水硬性的胶凝材料,它的强度在基层潮湿的环境中,不但不会降低,而且会随着水泥的不断水化而不断增长。在本文所采用的级配碎石中的细粉,是加工碎石的

矿物粉料,与水泥有良好的粘结性能。水泥稳定碎石具有较高的强度值,并具有良好的整体性和耐水性。

2水泥稳定碎石材料的选择2.1水泥

采用普通325#或425#

水泥即可满足要求,水泥品种不限,但终凝时间一般要大于6小时。2.2碎石

碎石的级配采用《公路工程集料试验规程》(J T J058-94),“路面基层及底基层用集料规格”表3.2.4-2中代号b1-b4项为水泥稳定集料颗粒组成范围。其具体数值见表1。

水泥稳定碎石道路基层的试验研究

济南市政工程设计研究院科研所

庞京春

刘希海

摘要:水泥稳定碎石道路基层是将水泥、

级配碎石和水按一定比例混合后,搅拌、压实成型的一种半刚性的结构层。它具有高强少裂、整体性好、质量稳定、耐久性好的特点。本

文详细介绍了水泥稳定碎石配合比确定的依据、方法和过程。

关键词:水泥稳定碎石无侧限抗压强度重型标准击实级配碎石

Te sts on Cement -stabilized Crushed Stone Ba se

Pen g J in g chun/Liu Xihai

Abstract :T he cem ent -stabilized crushed stone base is a half ri g id structural la y er form ed b y cem ent ,g raded crushed stone and w ater m ixed at a certain ratio ,and stirred and com p acted.It features hi g h stren g th ,crackin g resistance ,hi g h inte g rit y ,reliable q ualit y ,hi g h endurance ,etc.T his p a p er covers the base ,m ethod and p rocess to determ ine the m ix ratio of this m ixture.

K e y Words :cement -stabilized crushed stone ;unconfined com p ressive stren g th;heav y t yp ical com p action ;g raded crushed stone

9

从表1可看出,列出的集料规格级配范围,现有的一种碎石很难满足要求,必须采用几种碎石进行级配调整,方可达到表1规定要求。2.3水

拌合水泥稳定碎石的水采用自来水即可。

3配合比确定的依据

一个配合比应当满足工程施工和设计要求,即要有一定的强度和适合施工的工作度。因此,它应具有以下指标:

(1)强度:应满足设计要求的强度值,一般7天无侧限抗压强度不低于2～3MPa 。

(2)工作度:即满足施工工艺要求的拌合物的施工性能。它包括拌合物的粘聚性、流动性和保水性。它取决于单位体积的加水量。

(3)经济性:即满足上述两项要求的情况下,最少的水泥用量。

4试验过程4.1碎石级配的调整

碎石级配的调整就是采用一定的方法将几种粒级的碎石按照一定的比例混合,使形成的混合料具有最小的空隙率。此时各集料颗粒排列紧密,形成了一个多级空间骨架结构,具有最大的摩擦力和承载力。但是由于各种粒级的碎

石在制备过程中产生的不均匀性和不稳定性以及在混合料拌制过程中造成的误差等因素的影响,所配置的混合料不可能达到最佳密实状态,因此允许配置的合成级配在适当的范围内波动,如表l 所示。

在进行级配调整时,先确定拟采用的级配规格代号,或者根据工程所选用的材料的最大粒径来确定规格代号。再将各种粒级的碎石进行筛分,根据其筛分情况,用数解法或图解法调整合成级配的组成,使符合所选级配规格代号中的数值范围要求。

数解法是在决定各种不同粒级碎石在混合料中的比例时,先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的碎石所组成,而其他各种碎石不含这种粒径。这样根据各个主要粒径去试算各种碎石在混合料中的大致比例,然后将各粒级碎石折算成混合料级配,与表1中相应筛孔的通过率相对照。若不相符,则稍加调整,这样逐步接近,最后达到符合混合料级配要求的各种碎石配合比例。

在本次试验中,根据济南市碎石的情况、设计要求及施工意见选用16～31.5mm 单粒级碎石、5～10mm 连续粒级碎石及5mm 以下石粉三种材料。集料规格选用表1中b 3项。三种材料在进行筛分后得到表2的筛分结果。

表2

三种材料筛分情况和级配碎石级配要求

分计筛余%累计筛余%通过率%分计筛余%累计筛余%通过率%分计筛余%累计筛余%通过率%累计筛余%累计筛余中值%分计筛余

中值%

40001000003033970～1055204952480010010～2517.512.51048

100

33970010030～504022.55565941779345～7057.517.5241

100

22297166～887517.50.537663480～9085100.075

31

97

3

93～100

96.5

11.5

16～31.5mm 碎石

5～10mm 碎石

石粉级配碎石要求

筛孔尺寸

(mm )从上表中看出。16～31.5mm 碎石在20mm 筛孔上

的筛余量占总量的49%,故表l 中b 3项中20mm 筛孔的筛余量可视为全部由16～31.5mm 碎石组成,故16～31.5mm 碎石所占比例为12.5%/49%=0.26;同理

5mm 筛孔上的筛余量可视为由5～10mm 碎石组成,

其含量为0.31;剩余的部分为石粉,其含量为0.43。将上述三种材料按照各自的比例折算后其混合料的筛分情况列成表3。

10

表3级配碎石筛分情况

筛孔尺寸40302010520.50.075标准要求%10090～10075～9050～7030～5515～3510～200～7实际数值%

100

99

85

69

53

31

15

1

各筛孔尺寸(mm )的质量通过率,%

由此可见,按照数解法得出的各种碎石的百分含量满足水泥稳定碎石的级配要求。同样

,按照图解法也可以确定各种材料的用量,在此不再叙述。4.2用水量的确定

水泥稳定碎石的施工方法是现场将碎石、水泥和水搅拌后,摊平在路底基层上,然后用压路机碾压密实成型。鉴于此,要求混合料的流动性不宜过大。过大后,则易使水泥浆夹裹石子细粉流走,一则影响拌合物的密实度,二则降低了硬化后的结构物的强度;若用水量少,则不宜碾压密实,同样会降低强度。故在水泥稳定碎石中存在一个最佳用水量。最佳用水量可以采用重型标准击实的方法来确定。

选一个水泥用量(占级配碎石的质量百分比),假定一个最大干密度(水泥和碎石的质量和),按照下表中各用水量(占水泥和级配碎石的质量百分比)进行击实,结果见表4。

表4击实试验材料用量及试验结果

材料名称

水泥%16～31.5mm 碎石,g 5～10mm 碎石,g 石粉%

用水量

%干密度

k g /m

3

321404

2250材料用量618722232309652370623707

2360

从上表中可以看出,在其他材料用量不变时,当用水量低于5%时,随着用水量的增加,干密度在不断增大;当用水量高于5%后,干密度则停止增长;当用水量超过7%时,拌合物的浆体已经开始流出,导致击实的干密度降低。故按照上述的施工方法,水泥稳定碎石的用水量可确定为5%。

通过对其他水泥用量的击实试验,用水量也在5%左右。由此可见,其用水量与混凝土的用水量类似,与水泥用量无关。4.3水泥用量与强度的关系

按照5%的用水量,分别取占级配碎石用

量的4%、5%、6%、7%的水泥用量进行试验,

分别成型7天无侧限抗压强度试件,第二天脱模后,放入室温20℃+3℃,空气相对湿度不低于90%的养护室中养护至规定龄期进行试验,结果如表5所示。

表5无侧限抗压强度试验结果

序号

水泥用量,%

7天无侧限抗压强度,MPa

14 3.4225 4.3536 5.524

7 6.72

将强度值试验结果绘制成图1。从中可以看出,水泥稳定碎石的无侧限抗压强度值与水泥用量有相当好的线性关系。通过上图,根据不同

的强度要求,可选取相应的水泥用量。

通过上述试验,确定了水泥稳定碎石的级配碎石、用水量和水泥用量。这样水泥稳定碎石的配合比设计也就完成了。

5工程应用

水泥稳定碎石在1999年首次在济南市政道路工程中应用,即取得了较好的效果。六里山路首先应用,随后又在舜湖社区道路工程中大面积使用。其中舜湖社区是在水泥稳定碎石路基成型硬化、其上加铺40m m 中粒式沥青混合料后开放交通,各种大型运输车在其上运行,距今已有一年之久。现在路面平整、完好、无沉陷、起包等现象。在水泥稳定碎石摊铺一个月后,利用取芯机进行钻芯取样,然后测定其强度值,均在5.0M Pa 以上,满足设计要求,达到预期的目的。