趙文美，程培峰

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院;2.東北林業(yè)大學(xué))

黑龍江西部地區(qū)水泥穩(wěn)定砂礫基層混合料組成設(shè)計

趙文美1，程培峰2

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院;2.東北林業(yè)大學(xué))

半剛性基層材料以其優(yōu)越的路用性能成為我國高速公路基層結(jié)構(gòu)的主要形式，但路面的冰凍強(qiáng)度損失一直是影響其品質(zhì)的重大問題。針對黑龍江省寒冷的氣候特點(diǎn)，通過凍融循環(huán)試驗對水泥穩(wěn)定砂礫材料特性影響的研究，表明適當(dāng)增加水泥劑量能夠提高混合料的抗壓、抗凍性能，骨架密實結(jié)構(gòu)類型的混合料的抗凍性能最優(yōu)，綜合考慮試驗室及現(xiàn)場混合料強(qiáng)度形成條件的差異，推薦該地區(qū)采用天然砂礫、1～3碎石、2～4碎石質(zhì)量比為70∶10∶20的骨架密型基層配比方案，水泥劑量依據(jù)工程實際情況和具體要求確定。

水泥穩(wěn)定砂礫;組成設(shè)計;抗壓強(qiáng)度;凍融循環(huán)

1 緒論

1.1 問題的提出

隨著公路建設(shè)的不斷深入，國內(nèi)外對半剛性基層在公路工程中的應(yīng)用也越來越重視。而半剛性基層的材料組成是影響其使用性能的主要因素，國內(nèi)外的專家學(xué)者對水泥穩(wěn)定類材料已經(jīng)做了大量的實驗研究，但是對于水泥穩(wěn)定粒料在低溫條件下的強(qiáng)度及收縮性能的試驗研究，尚處于研究階段，因此，進(jìn)一步研究低溫條件水泥穩(wěn)定粒料的強(qiáng)度及收縮性能，并提出一個較為完善的路面基層材料組成設(shè)計方案，對該地區(qū)的公路建設(shè)事業(yè)具有重要的意義。

1.2 研究內(nèi)容及方法

1.2.1 主要研究內(nèi)容

(1)搜集并分析國內(nèi)外相關(guān)資料，確定研究方案和試驗方法;(2)原材料性質(zhì)的測定與分析;(3)水穩(wěn)砂礫配合比設(shè)計;(4)凍融循環(huán)試驗及抗凍性能分析。

1.2.2 技術(shù)路線

研究采用理論分析與試驗研究相結(jié)合、室內(nèi)試驗與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法。

2 原材料性能及指標(biāo)

2.1 集料

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)對集料壓碎值性能指標(biāo)的要求，進(jìn)行集料壓碎值試驗，所得性能指標(biāo)如表1所示。

表1 集料技術(shù)指標(biāo)值

2.2 水泥

水泥采用哈爾濱生產(chǎn)的天鵝牌32.5普通硅酸鹽水泥，主要技術(shù)性質(zhì)如表2所示。

表2 水泥的技術(shù)性質(zhì)

3 水泥穩(wěn)定砂礫配合比設(shè)計室內(nèi)試驗

3.1 篩分試驗

設(shè)計通過調(diào)整混合料的級配，配制出四種級配的混合料，級配組成見表3。

表3 級配組成

3.2 擊實試驗

根據(jù)初步確定的集料級配，分別計算出基層在不同級配、不同水泥劑量下的最佳含水率與最大干密度，以骨架密實結(jié)構(gòu)為例，結(jié)果見表4和圖1。

表4 擊實結(jié)果

圖1 含水量—干密度曲線圖

3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

根據(jù)擊實試驗所確定的最大干密度和最佳含水率，按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTJ057-94)所規(guī)定的方法靜壓成型制件。將飽水 24 h后的試件以約1 mm/min的等加載速率進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。

3.3.1 集料級配對水泥穩(wěn)定砂礫強(qiáng)度的影響

表5 集料級配與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

3.3.2 水泥劑量對水泥穩(wěn)定砂礫強(qiáng)度的影響

由已確定的最優(yōu)級配—骨架密實結(jié)構(gòu)級配，分別進(jìn)行擊實試驗以得到水泥劑量分別為4.5%、5.0%、5.5%、6.0%時的最佳含水率和最大干密度，并按最佳含水率和計算干密度制備試件。試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6 d并浸水24 h后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，最后按平均抗壓強(qiáng)度不小于設(shè)計強(qiáng)度的要求確定最優(yōu)級配的水泥劑量。各項試驗結(jié)果如表6。

表6 水泥劑量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

結(jié)果顯示，隨著水泥用量的增加，其7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都有所提高，可見適當(dāng)?shù)奶岣咚鄤┝靠稍黾踊旌狭系目箖鲂阅堋?/p>

3.3.3 密實度對水泥穩(wěn)定砂礫強(qiáng)度的影響

選取抗壓性能較好的GM結(jié)構(gòu)水泥劑量為6%，制備壓實度分別為K=100%、K=98%、K=95%、K=90%的試件，并觀測其7 d和28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

從表7可以直觀看出，試件強(qiáng)度隨著壓實度的增加而增加，在K=98%之前，隨壓實度的增加，強(qiáng)度增加較為迅速;隨著壓實度的增加，超過K=98%之后，強(qiáng)度增加較為緩慢。

表7 壓實度與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度

另外，在壓制試件的過程中，K=100%是試件需要較大壓力才能壓制成型?？梢?，工程中采用98%的壓實度具有實際可行性的。

7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度推薦級配是GM結(jié)構(gòu)級配，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化有以下規(guī)律:不同級配的水泥穩(wěn)定砂礫基層材料的強(qiáng)度均隨齡期的增加而增長，但增長的曲線是不相同的。當(dāng)未達(dá)齡期時，強(qiáng)度增長幅度較大;在達(dá)到齡期之后，強(qiáng)度的增長變緩。

4 結(jié)論

(1)水泥穩(wěn)定砂礫混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著齡期、水泥劑量、壓實度的增長而增加;相比同齡期下的懸浮密實、骨架空隙結(jié)構(gòu)，骨架密實結(jié)構(gòu)的7 d和28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高。

(2)水泥劑量的增加能夠提高水泥穩(wěn)定砂礫混合料的抗凍系數(shù)以及其經(jīng)受5次凍融循環(huán)后的強(qiáng)度等抗凍性能，骨架密實、懸浮密實、骨架空隙三種結(jié)構(gòu)中，骨架密實型結(jié)構(gòu)的BDR值最高為91.5%，因而，骨架密實結(jié)構(gòu)的抗凍性能最優(yōu)。

(3)根據(jù)凍融循環(huán)試驗分析結(jié)果，推薦黑龍江地區(qū)采用m天然砂礫∶m1～3碎石∶m2～4碎石=70∶10∶20 的骨架密實結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的基層配比方案，水泥劑量依據(jù)工程實際情況和具體要求而確定。

［1］中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范(JTG 034-2000)［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］張登良，鄭南翔.半剛性材料抗裂性能研究［J］.中國公路學(xué)報，1991，4(1):16-21.

［3］李成河.水泥穩(wěn)定砂礫半剛性基層材料冰凍耐久性的研究［J］.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2006，20(3):14-16.

U416.217

C

1008-3383(2012)04-0001-01

2011-12-19

趙文美(1964-)，女，黑龍江綏棱人，高級工程師，從事公路勘察設(shè)計工作。