王曉軍/青海省公路工程檢測(cè)鑒定中心

公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料配合比設(shè)計(jì)的探討

王曉軍/青海省公路工程檢測(cè)鑒定中心

目前我國(guó)新建高等級(jí)公路工程,其基層結(jié)構(gòu)形式主要為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層,之所以廣泛采用無(wú)機(jī)結(jié)合料作為主要建筑材料,是因?yàn)樗哂蟹€(wěn)定性好,抗凍性強(qiáng),結(jié)構(gòu)本身自成板體等優(yōu)點(diǎn)。

公路工程；無(wú)機(jī)結(jié)合料；擊實(shí)、抗壓試驗(yàn)；配合比設(shè)計(jì)

1.公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料設(shè)計(jì)依據(jù)

2.公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料主要試驗(yàn)指標(biāo)

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

2.1.1 試件尺寸對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無(wú)側(cè)限抗壓試件的幾何尺寸對(duì)強(qiáng)度的影響是非常大的，基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)視粒料組成不同,通常采用直徑50mm、100mm、150mm的三種圓柱體試件。試件成型后,應(yīng)用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件的有效尺寸,并精確到0.1mm。實(shí)際制件過(guò)程中，試件高度往往難以達(dá)到這一精度，從而出現(xiàn)實(shí)際試件質(zhì)量與理論試件質(zhì)量存在較大偏差，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差系數(shù)經(jīng)常超出規(guī)定值，而最終造成試驗(yàn)失敗。

2.1.2 試件成型對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

在抗壓試件整個(gè)成型過(guò)程中，無(wú)機(jī)結(jié)合料的最大粒徑、無(wú)機(jī)結(jié)合料的稱量、用水量、拌和均勻性、裝入試模的均勻性、靜壓的速率控制、脫模的手段等這些程序過(guò)程是比較關(guān)鍵的，不得輕視，往往一切的工作目標(biāo)就會(huì)因?yàn)榭箟涸嚰尚瓦^(guò)程中不精細(xì)，就會(huì)造成成型試件的各種偏差，要不是尺寸不合格、要不是無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值偏差過(guò)大，而失敗。作為有經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員或試驗(yàn)室主任應(yīng)加強(qiáng)此項(xiàng)工作的監(jiān)管力度。

2.1.3 養(yǎng)生條件對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。

公路工程進(jìn)行無(wú)機(jī)結(jié)合料的配合比設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的混合料進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求，都對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，這是確定無(wú)機(jī)結(jié)合料抗壓強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)要求的重要因素。

2.2 結(jié)合料劑量

在對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，確定合理的結(jié)合料劑量是保證基層質(zhì)量的關(guān)鍵。眾所周知，無(wú)機(jī)結(jié)合料容易產(chǎn)生干、溫縮裂縫，養(yǎng)生不足及細(xì)料偏多均可造成這一現(xiàn)象。然而，過(guò)大的結(jié)合料劑量，特別是水泥劑量會(huì)直接導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生及造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)；過(guò)低的結(jié)合料劑量則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度不足，離散性偏大后果。

2.3 混合料級(jí)配

混合料級(jí)配對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料的質(zhì)量有著顯著影響。例如：水泥穩(wěn)定粒料如采用級(jí)配良好的碎石，水泥劑量在4%～5%就可達(dá)到規(guī)范要求，同樣用不良級(jí)配的天然砂礫，就需用6%以上水泥劑量方可達(dá)到規(guī)定要求。

2.4 擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定是路面施工的重要技術(shù)指標(biāo)，保證各層的壓實(shí)度對(duì)路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度、對(duì)路面整體的承載能力、使用壽命和使用性能都有重大影響。在施工過(guò)程中，對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料及時(shí)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，可正確地指導(dǎo)生產(chǎn)，保證基層的整體質(zhì)量。

數(shù)學(xué)是一種文化，更是一種精神，數(shù)學(xué)文化通過(guò)其內(nèi)涵極大地影響了人類的道德和社會(huì)生活。人類用這種正能量思維拓寬視野，加強(qiáng)科學(xué)人文精神學(xué)習(xí)。在高職數(shù)學(xué)教學(xué)中融入相關(guān)數(shù)學(xué)史，讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)理性精神，更好地將數(shù)學(xué)與人文融合，使數(shù)學(xué)課不再枯燥，洋溢著濃郁的人文精神。例如在介紹極限概念時(shí)，可介紹我國(guó)古代《莊子》一書(shū)中的“一尺之錘，日取其半，萬(wàn)世不竭”“孤帆遠(yuǎn)影碧空盡，唯見(jiàn)長(zhǎng)江天際流”，把極限的動(dòng)態(tài)過(guò)程及其歸宿描寫(xiě)得十分透徹傳神。將數(shù)學(xué)史內(nèi)容貫穿于課堂教學(xué)，可使數(shù)學(xué)教學(xué)中的德育功能得到更好的發(fā)揮。

3.公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料擊實(shí)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及配合比確定

3.1 準(zhǔn)備工作：（甲法）

3.1.1 備料。

將己篩分的試樣用四分法逐次分小，至最后取出約10～15kg試料。再用四分法將已取出的試料分成5～6份，每份試料的干質(zhì)量為2.Okg(對(duì)于細(xì)粒土)或5.5kg（對(duì)于各種中粒土)。

3.1.2 加水量的控制。

預(yù)定5～6個(gè)不同含水率，依次相差1%～2%,且其中至少有兩個(gè)大于和兩個(gè)小于最佳含水率。天然砂礫土，級(jí)配集料等的最佳含水率與集料中細(xì)土的含量和塑性指數(shù)有關(guān)，一般變化在5%～9%之間。對(duì)于細(xì)土少的、塑性指數(shù)為0的級(jí)配碎石，其最佳含水率接近4%～5%。但摻加無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類料最佳含水率可能較相應(yīng)的材料大上1%～3%。如果采用有天然含水率的集料，天然含水率必須進(jìn)行測(cè)量，否則直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。另通過(guò)混合料實(shí)際含水率的測(cè)定，可以確定施工過(guò)程中水流量計(jì)的設(shè)定范圍。

3.2 加入穩(wěn)定材料時(shí)間的控制

穩(wěn)定材料加水后按規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行浸潤(rùn)，但當(dāng)所用的穩(wěn)定劑為水泥時(shí)，水泥應(yīng)在試樣擊實(shí)前逐個(gè)加入，因水泥遇水就開(kāi)始發(fā)生水化反應(yīng)。從加水拌和到進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)間隔的時(shí)間越長(zhǎng)，水泥的水化作用和結(jié)硬程度就越大。

3.3 擊實(shí)的過(guò)程質(zhì)量控制

試料是一種固、液、氣三相體，土顆粒之間被水和氣體所占據(jù)，裝入擊實(shí)筒的試料必須是拌和均勻，且分層裝入時(shí)保持均勻性。在試料壓實(shí)的過(guò)程中氣體被擠出，部分顆粒被破壞，致使體積縮小，飽和度增加，從而改變了試料的級(jí)配及結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粒徑變細(xì)、比表面積增大。所以，一般情況下試料不得重復(fù)使用，而應(yīng)采用新試料進(jìn)行試驗(yàn)。

3.4 擊實(shí)曲線的繪制

同一試樣需配制成5份以上不同含水量的樣品，分別測(cè)定含水率和相應(yīng)的試件質(zhì)量，從而得到不同含水率下的干密度。以干密度為縱坐標(biāo)，以含水率為橫坐標(biāo)，繪制含水量一干密度的關(guān)系曲線，從而確定無(wú)機(jī)結(jié)合料最大干密度和最佳含水率。擊實(shí)曲線必須為凸形的曲線，如果試驗(yàn)點(diǎn)不足以連成完整的凸形曲線，則應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)。

3.5 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)準(zhǔn)備

抗壓強(qiáng)度試料分樣與擊實(shí)試驗(yàn)相同，對(duì)于同一無(wú)機(jī)結(jié)合料混合料，需要制備相同狀態(tài)的試件數(shù)量(即平行試驗(yàn)的數(shù)量)與土類及操作的仔細(xì)程度有關(guān)。對(duì)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土，至少應(yīng)制6個(gè)試件；對(duì)于無(wú)機(jī)料穩(wěn)定中粒土和粗粒土，至少應(yīng)分別制9個(gè)和13個(gè)試件。

3.6 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件的成型與試驗(yàn)

試件的成型與養(yǎng)護(hù)必須遵循1.1.2、1.1.3的要求，另外在準(zhǔn)備每個(gè)試件用量時(shí)，要考慮設(shè)計(jì)的壓實(shí)度，一般情況下采用擊實(shí)干密度用料的98%，即實(shí)際用試料為最佳干密度的98%。在成型或養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，必須做到精細(xì)、保持試件完整性，避免試件在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的溫度、濕度的變化過(guò)大、以及測(cè)試抗壓強(qiáng)度前出現(xiàn)破損或掉角現(xiàn)象的出現(xiàn)，否則將會(huì)極大影響最終的試驗(yàn)結(jié)果。

將濕養(yǎng)6天、浸水1天的試件從水中取出，用軟布吸去試件表面的水分，測(cè)試質(zhì)量與高度后，放在具有開(kāi)機(jī)停機(jī)均靈活自如，能夠滿足試件噸位要求，且加載速率可以有效控制在1mm/min壓力機(jī)或路強(qiáng)儀上進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.7 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度計(jì)算與最佳結(jié)合料劑量確定

試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度Rc用下列公式計(jì)算：對(duì)于小試件：Rc＝P/A＝0.00051P（MPa）,對(duì)于中試件：Rc＝P/A＝0.000127P（MPa）,對(duì)于大試件：R c＝P/A＝0.000057P（MPa）。同一組抗壓試驗(yàn)的變異系數(shù)CV（%）應(yīng)符合下列規(guī)定：小試件＜10%，中試件10%～15%，大試件不大于15%～20%。計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)有：強(qiáng)度最小值和最大值、平均值標(biāo)準(zhǔn)差S、變異系數(shù)CV和強(qiáng)度代表值。

4.結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今時(shí)代，公路行業(yè)從業(yè)人員都在努力尋找更經(jīng)濟(jì)的材料，掌握嫻熟施工方法，從而減少工期，獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益。而無(wú)機(jī)結(jié)合料這種新型基層材料定會(huì)為每個(gè)施工單位所追逐的質(zhì)量、工期和經(jīng)濟(jì)效益提供更大的幫助,而在公路工程建設(shè)中,配合比設(shè)計(jì)是應(yīng)用最普遍的方法，也是非常重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。

[1]交通運(yùn)輸部.公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則（JTG/T F20-2015）2015.5

[2]交通運(yùn)輸部.公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E51-2009）2009.10

[3]劉雄偉.無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層的施工與質(zhì)量檢測(cè)研究[J].黑龍江交通科技.2013(05)