水泥稳定河滩料配合比设计研究

【摘要】采用逐级填充振动成型法进行水稳河滩料的目标配合比试验，对所设计的混合料进行了无侧限抗压强度和劈裂强度试验，结果表明，当水泥剂量为4.5%时，水稳河滩料抗压强度和间接抗拉强度均满足现行规范对半刚性基层材料的要求。采用贝雷法对所设计的混合料合成级配进行了分析和评价，最终得到了水稳河滩料基层的推荐级配范围。

【关键词】道路工程；半刚性基层；水稳河滩料；贝雷法；级配范围

河滩料由于自身特性在岩性组成、棱角性等方面与常规破碎集料有明显差异，用于水稳碎石基层时，其混合料组成（级配范围、最佳水泥用量等）及路用性能到底如何，目前尚无相关研究成果。因此，本文主要针对水稳河滩料材料组成、配合比设计（重点是级配组成设计）、路用性能（重点是无侧向抗压强度和抗压回弹模量）等开展试验研究，在此基础上提出适合于水泥稳定基层的河滩料级配范围，最佳水泥用量，以及力学性能指标（强度和模量）。

1. 原材料试验

水稳基层原材料主要包括：水泥、集料（河滩料）、水，主要原材料试验结果如下。

1.1水泥。

采用云南公路科学研究院寄送的普通硅酸盐水泥（425）样品，进行水稳河滩料试验，水泥常规指标试验结果见表1。

从试验结果来看，粗集料各项技术指标能够满足国家规范及相关研究成果所提出的对于水稳碎石基层的技术指标要求。

1.3细集料。

对于细集料，主要进行了含泥量以及塑性指数试验，因为这两项指标会影响到混合料的力学性能及收缩开裂。试验结果见表3。

从试验结果来看，河滩料细集料性能也能够满足国家规范对于水稳基层原材料的技术要求。

1.4水。

水稳基层对水没有特殊要求，一般人畜饮水和自来水都可以用于实际工程。

2. 混合料配合比设计

2.1粗集料级配设计。

（1）第一级填充：将粒径26.5～19mm的粒级粒料按照不同的比例加入31.5～26.5mm的粒级粒料中，考察其振实密度数值的变化，确定26.5～19mm的粒级粒料最佳掺配比例，试验结果如（2）第二级填充：将19～9.5mm粒级粒料加入由31.5～26.5mm和26.5～19mm粒级粒料组成的混合料中，确定粒径19～9.5mm粒级粒料最佳掺配比例，结果如表5所示。

（3）第三级填充：将9.5～4.75mm粒级粒料加入由第三级填充得到的最佳掺配比例混合料中，确定9.5～4.75mm粒级粒料的最佳掺配比例，试验结果如表6所示。

（4）由振动成型按照最大振实密度确定的粗集料级配如表7所示。

2.2细集料级配设计。

（1）将粒径小于4.75mm的颗粒称为细集料，细集料在级配中不起骨架形成的作用，而仅作为骨架的填充物，使得集料达到最大的密实度。粗集料与细集料的掺配比例由表面振动压实得到的最大振实密度值来确定。通过筛分将河滩料分为3档，分别为1#（31.5～9.5mm）、2#（9.5～4.75mm）、3#（4.75～0.075mm），3#料各个筛孔的通过率见表8。

2.4水稳河滩料级配评价。

（1）采用贝雷法对三种不同级配结构类型的破碎河滩砾料水泥稳定碎石混合料嵌挤进行评价，对所选的三种不同级配结构类型的CA值、FAC值和FAf值进行计算，计算结果如表15所示。

（2）计算结果表明，三种级配的CA值均在0.4～0.8之间，集料级配所形成的骨架结构较好，混合料比较容易压实。

（3）其中，级配1的CA值虽然介于推荐值之间，但是接近推荐值的上限，表明集料中较粗的集料没有形成骨架嵌挤结构，而是悬浮于中间粒径集料中。细集料FAC 值和 FAf值分别接近和超过推荐范围上限，表明混合料中含有较多的细料，其容易产生温缩和干缩；级配2的CA值较接近下限，表明粗集料含量较多，粗集料虽然能够形成骨架嵌挤状态，但是粗集料形成骨架后留下的空隙率较大，需要较多的细料来填充，这种混合料较容易出现离析和空隙率偏大（欠密实状态）；级配3的各项指标均满足推荐值范围，粗集料既能形成骨架嵌挤状态，且下一级细料能够有效填充上一级粗集料留下的空隙，更细一级集料进行逐步填充，全部集料形成骨架，且空隙率不至于过大，集料嵌挤强度较大，混合料呈骨架密实结构，达到我们预期要求。

3. 结论

（1）采用逐级填充法进行了水稳河滩料粗细集料的级配组成设计，最终得到了水稳河滩料的推荐级配范围。

（2）运用贝雷法对水稳河滩料级配进行评价，结果表明，在推荐级配范围的三组级配均满足骨架密实型混合料级配要求。混合料易于压实，且具有较强的骨架强度。

（3）提出了水稳河滩料贝雷法级配设计各参数建议取值范围。

（4）本文研究结果为水泥稳定河滩料材料组合设计提供了理论依据，并可供工程参考使用。

参考文献

[1]沙庆林.关于水泥稳定土基层和底基层[J]，人民交通出版社，1981， 13～16.

[2]沙庆林.高等级半刚性基层沥青路面[M].北京：人名交通出版社，1998.

[3]Brzeziciki，Jerzy M.Kasperkieiwicz，Janusz.Automatic image analysis in evaluation of aggreagate shape[J].Journal of Computing in Civil Engineering，1999，（2）：123～129.

[4]Brown Nomma R.Solution for Distressed Pavements and Crac Reflection[A].Eight International Conference on Low-Volume Roads[C].USA：National Research Council，2003.

[5]杨涛.半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生机理及其防治措施[D]，武汉理工大学硕士论文，2005（1）.

[文章编号]1006-7619（2013）08-21-794

[作者简介] 熊勇（1981.09.28-），籍贯：湖北黄冈，工作单位：台州市公路水运工程监理咨询有限公司。