骨架密实型水泥稳定碎石基层压实标准研究

摘要：通过重型击实来确定混合料的最大干密度和最佳含水量，进而控制压实度标准的方式与实际的压实情况差别较大，常出现压实度“超百”等过压现象。为此，基于规范中的骨架密实级配和混合料的理论最大相对密度，将混合料的空隙率作为控制指标，用静压成型试件7d无侧限抗压强度等力学性能进行检验，以期得出空隙率与试件强度的相关关系，直接通过混合料的空隙率来确定需要的最大干密度，用于指导实践。

关键词：水泥稳定碎石骨架密实型最大干密度 无侧限抗压空隙率

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：

1、概述

本文依托于正在建设中的南宁外环公路基层试验段铺筑，对骨架密实型水泥稳定碎石基层压实标准进行研究。骨架密实型结构较以往常用的悬浮密实型具有抗冲刷性能强，水稳定性好，受温湿感应较小而不易产生缩裂等优点，现已经得到较多的推广应用。现行的《公路沥青路面设计规范》（JTJ050－2006）明确规定高速公路、一级公路的基层或上基层宜选用骨架密实型混合料。这种结构的三轴试验表明，此种结构不仅内摩阻角大，而且粘聚力高。从理论上讲，骨架密实型水泥稳定类集料混合料应该具有最优的力学性能，抗收缩性能和冲刷性能。室内试验得出的标准密度是压实度评定的基准值，因此确定标准密度（最大干密度）应原理科学、数据准确性高、操作简便，且试验条件与实际压实工况相接近。然而，现在的水泥稳定碎石标干都由重型击实法得出，数据的离散性较大，难以满足施工要求，使用起来有诸多不便，亟待进行改善。

2、原材料及混合料配合比确定

2.1原材料选取

⑴碎石

本课题采用的碎石材料为石灰岩，石料的破碎方式为反击破形式，产自南宁市武鸣县敢梯山石场。材料的各项性能指标如下表所示：

表1粗集料技术性能

表2石屑技术性能

经检测，所检集料的各项技术性能符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000要求。

⑵水泥

论文所用水泥为P.C32.5复合硅酸盐水泥，产自华润水泥(南宁)有限公司，执行标准：GB175-2007《通用硅酸盐水泥》。各项检测指标均符合相应的技术规范及要求。

2.2混合料配比确定

本文依据《公路沥青路面设计规范》（JTJ050－2006）中的骨架密实型进行级配设计，依据筛分结果进行掺配。通过以上分析试验，本课题集料的级配情况如下，（19-31.5mm）：（9.5-19mm）：（4.75-9.5mm）：（0-4.75mm）=25%：34%：22%：19%。水泥剂量按设计要求，取5%的水泥掺量，即水泥：集料=5：100（此剂量时水泥混合料的密实程度较高）。最佳含水量控制在4.5%左右，从试验中可以发现当含水量较高时，成型试件中会有水溢出，可根据试件成型时是否泌水进行修正最佳含水量。

3、控制指标

3.1最大理论相对密度

参照沥青混合料理论最大相对密度的思想，对水泥稳定碎石混合料相应值计算，如下公式（3-1）：

式中：—理论最大相对密度，无量纲；

—水泥剂量，%；

…各种集料占集料总质量的百分率，%；

…各种集料对水的相对密度，无量纲；

据筛分情况，将各档粗集料中小于4.75mm以下的含量计入到0-4.75mm档石屑中去，各档集料的所占质量分数为Pi*Xi,其中Xi为各档集料大于4.75mm累计筛余率，经换算得混合料的理论最大相对密度γt*=2.708，计算略；为了检验偏差，将混合料按照沥青混合料理论最大相对密度试验方法进行检测。经试验，由理论密度试验仪测出的密度较理论最大相对密度值要小，试验值为2.694，但是相差并不大，只要进行一定的系数修正，采用理论最大密度是可行的。

3.2混合料设计空隙率

在已得的混合料配比下，本论文拟不进行重型击实确定最大干密度和含水量，而是以理论最大相对密度和设计空隙率为控制指标静压成型试件。考虑按重型击实法确定的最大干密度和按98%的压实度标准成型试件的空隙率一般在12%～15%左右，为了更加准确的探讨不同空隙率下成型试件的强度指标，本文对设计空隙率进行了加密。混合料压实空隙率按5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%等进行设计。

表3不同空隙率下混合料的干密度

将以上结果绘成柱状图如下：

图1 混合料干密度随空隙率变化趋势

4、试件成型及强度试验

4.1试件成型

由不同空隙率下的干密度根据最佳含水量换算出湿密度，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009中圆柱形试件成型方法静压成型。制作试件时，要特别注意两端垫块是否均匀进入。如果发现垫块的一侧已进入试模筒内并已与筒顶齐平，而另一侧尚未完全进入筒内，则应解除压力后旋转试模筒，然后继续加压，直到压柱完全进入试模筒内。

本次试验按每组空隙率成型3个试件，从脱模后试件的完整性来看，当混合料的空隙率达到20%时，试件基本很难形成强度，脱模后即破坏，松松较严重。

4.2无侧限抗压强度

将成型后的试件脱模放入养护室养护7d，并在最后1d浸水一昼夜。取出经养护的圆柱形试件，准备无侧限抗压强度试验。试验用压力机为YAW-300微机控制恒加荷速率压力机，符合现行《液压式压力试验机》(GB/T 3722)中的要求。无侧限抗压强度及空隙率的结果如下表6所示：

表4无侧限抗压强度试验

为了更直观的了解空隙率与无侧限抗压强度的关系，如下图4所示：

图2混合料不同空隙率下的无侧限抗压强度值

从结果分析可知，当混合料的空隙率很小时（图表中5%），由于压力破坏了骨架嵌挤结构，反而使得抗压强度值较空隙率为8%时要小；当混合料的空隙率适宜时，试件的无侧限抗压强度有最大值；空隙率继续减小后，结构变得松散，嵌挤程度降低，致使试件的抗压强度逐渐变小；当混合料的空隙率很大时（如表中的20%），已经不能形成整体结构，在脱模时即已经破坏。从无侧限抗压强度与设计空隙率的相关关系：y = -0.3766x2 + 1.7802x + 6.421可以看出，拟合程度还是比较高的，相关系数R达0.9782。因此，可以根据工程实践需要的浸水无侧限抗压强度，选择合适的混合料空隙率而不必做重型击实试验。

5、结语

经过系统的试验和分析，主要得出以下结论：

⑴重型击实方法得出的最大干密度离散型较大，很难与工程实践相结合，适用性有待加强；

⑵混合料的空隙率越大，混合料越难相互嵌挤挤紧，使得试件的无侧限抗压强度较小，甚至不能形成强度；

⑶骨架密实结构水泥稳定碎石试件的无侧限抗压强度与空隙率之间有比较好的相关性，可以通过空隙率指标得到需要的最大干密度，结果较准确，应用于基层压实度评定的基准值更具科学性，而且操作简便。

参考文献：

[1]黄中文.水泥稳定碎石基层压实标准及大厚度压实技术研究.长安大学硕士学位论文.西安,2008

[2]陈拴发，陈华鑫，郑木莲.沥青混合料设计与施工[M].北京：化学工业出版社，2006

[3]中华人民共和国行业标准.公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)，北京.人民交通出版社，2009

[4]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)，北京.人民交通出版社，2006

【作者简介】张福生男民族：汉 中共党员出生年月：1986年7月单位及学历长沙理工大学交通运输工程学院道路与铁道工程专业10级研究生