浅谈市政道路水泥稳定碎石适用的配合比设计

摘要：本文主要针对碎石的化学组成、水泥稳定碎石强度形成机理、配合比设计以及质量保证与控制进行简要分析，仅供参考。

关键词：水泥稳定碎石，配合比，抗压强度

中图分类号：TV42 文献标识码： A

一、碎石的化学组成

碎石中富含的有机质对水泥的胶结是很有害的。富含少数有机质的水泥稳定碎石，前期强度很低，约只有0.2Mpa，一周后强度才逐步增加。而有机质含量低的水泥稳定碎石，其强度前期增长较快，最高可达4.2MP，为富含有机质的水泥稳定碎石的21倍。现行标准规定，在用水泥稳定碎石做基层时，有机质的含量不得超过2%，做底基层时，有机质的含量不得超过0.5%。

有些地区的石材以及工业废材富含硫酸盐，而硫酸盐能与水泥中的铝酸三钙反应而产生具有膨胀性的硫酸铝酸钙，使原体积增大，然后破坏水泥稳定碎石的胶结，影响水泥稳定碎石的强度。所以当硫酸盐含量达到一定的程度，就不能用水泥安稳。现行标准中规定硫酸盐的含量不得超过0.25%。对原材料实验中在“有必要时”才进行有机质含量和硫酸盐含量进行测定，对什么情况下进行或不进行有机质含量和硫酸盐含量测定没有清晰阐明。各地对集料中有机物的含量和硫酸盐的含量都没有进行测定，那么硫酸盐的含量是不是超支就无法确定。因此在选用水泥稳定粒料前对硫酸盐的含量进行测定，关于硫酸盐含量超越0.25%的石料，不应用水泥安稳。

二、水泥稳定碎石强度形成机理

1、机械作用

水泥稳定碎石水泥的水化和硬化的过程，本质上和水泥混凝土相似，不同在于水泥用量较少，其强度就必须主要靠颗粒之间的挤压、冲突和水泥胶结来补偿。水泥稳定碎石混合料前期经压实和拌合，颗粒之间变得紧密，水泥硬化也就更充分，强度显著提高，以反抗荷载和温度应力。

在使用水泥来安稳碎石的过程中，水泥、碎石和水之间发生了多种复杂的作用，包含物理作用、物理化学作用以及化学作用，然后使碾压前的水泥、碎石松散体逐步构成整体性资料，即强度逐步构成。其间，物理作用包含碎石与碎石的嵌挤作用，混合料的搅拌、压实作用等。物理化学作用包含碎石颗粒与水泥及水泥水化产品之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产品的扩散、浸透作用，水化产品的溶解、结晶作用等。

2、化学作用

化学作用主要有水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用等。

三、配合比设计

1、水泥

水泥品种及强度等级：矿渣硅酸盐水泥PS32.5。水泥采用某厂生产的矿渣硅酸盐水泥（强度等级为32.5MPa，生产批号D3-068，出厂日期2014.5.27），水泥质量试验项目以及其标准要求见表1。

表1水泥质量试验项目及标准要求

判定依据 GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》

结论 将检测，该水泥所检项目符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》中关于P.S 32.5的相关要求。

2、碎石

2.1集料（10mm～30mm碎石∶5mm～20mm碎石∶石屑）试验项目中的表观相对密度，石料压碎值（%），针片状颗粒含量（%），含水量（%）等必须符合规范要求。

2.2高速公路和一级公路集料的压碎值应不大于30%，二级和二级以下的公路集料的压碎值应不大于35%。

2.3颗粒最大粒径，高速公路和一级公路不大于31.5mm，二级和二级以下公路不大于37.5mm。

2.4对以上三种规格碎石材料进行筛分试验，碎石集料级配应符合表2规定的级配要求。

表2碎石集料级配要求

3、确定最大干密度和最佳含水量

根据市政道路设计部门给定的水泥稳定碎石中的水泥计量，按拟定的水泥剂量4%为中档，另增上下5%和3%的水泥剂量两个档次，采用同一种集料级配按JTG E51-2009 规定的方法，分别确定出最大干密度和最佳含水量。

4、实验室确定7d无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度

制作成型试件：实验室进行现场试配混合料强度试件，一组（一种水泥剂量）按13个试件制作，压实度按98%计，现将制备试件所需的基本参数叙述如下：

4.1配制一种水泥剂量（例如3%）一个试件所需要的各种原材料数量，试件制作要求：试件规格为直径150mm高150mm。成型一个试件按6500g混合料配制，取水泥和碎石材料的含水量为0，先计算水泥剂量为3.0%的各种材料数量：

水泥：6500×3÷（100+3）=189.3g。

集料：6500×100÷（100+3）=6310.7g。

需加水量：6500×5.3%=344.5g。

4.2制备一个试件需要混合料的数量：

m=vρk（1+w）=3.14×15×15×15÷4×2.32×98%×（1+5.3%）=6342.9g。

4.3以（底）基层水泥剂量3.0%无机结合料无侧限抗压强度试验为例见表3。

试件按在规定温度下保湿养生6d，浸水1d后，按照JTG E51-2009进行无侧限抗压强度试验。

表3水泥剂量3%无机结合料无侧限抗压强度试验

根据设计强度的标准要求，考虑到试验数据的偏差，计算试验结果的平均值Rd和偏差系数Cv。平均抗压强度R应满足下列要求：

从工程经济性考虑，3.0%的水泥剂量为满足设计强度指标的最小水泥用量，满足规范规定的路面底基层抗压强度及压实度的要求，故为此配合比的最佳水泥用量。

4.4实验室目标配合比综合确定为：水泥∶集料=3.0∶100，混合料的最佳含水量为5.3%，最大干密度为2.32g/cm3，压实度按98%控制。

4.5确定生产配合比。

依据《公路路面基层施工技术规范》的要求，视施工现场情况，对试验室确定的配合比来进行调整，对集中厂拌法施工，水泥剂量需要增加0.5%，含水量要较最佳含水量增大0.5%～1%，所以经过调整后得到的生产配合比为：水泥∶集料=3.5∶100，混合料最佳含水量为5.8%，最大干密度为2.32g/cm3，压实度按98%控制。

5、配合比设计中应注意的问题

5.1骨架材料的要求

骨架材料的强度主要是取决于基层材料的质量。其公路等级越高，对材料的要求也相应的提高，主要是碎石本身的硬度和强度，更主要的是调整合理的级配以提高混合料的整体材料的强度。

5.2集料颗粒的最大粒径必须有限制（最大粒径不应超过37.5mm），颗粒越大，在拌合、整平和摊铺时机械越容易损坏，混合料更容易产生离析现象，平整度也难以达到更高的要求。因此，在现今普遍采用最大粒径较小的基层材料。

四、质量保证与控制

没有合格的原材料，就不能生产出合格的产品。质量保证与控制的基本目的就是“达到规定的质量标准，确保质量的稳定性”。

水稳拌合过程中质量控制的主要项目有集料级配，水泥剂量，含水率，拌合均匀性等。

由于原材料的变异性，在生产之前对其质量进行试验，得出数据对施工质量评价是否符合指标要求，合格的进行检查验收，不合格的责令退场。

集料级配的准确性，良好的级配，既可节约水泥，也可取得满意的效果。

水泥剂量的检测应在水稳拌合过程中取样，用滴定法试验，严格控制在规范允许的范围内，如达不到要求的，应立即检查原因，进行调查整改。

含水量宜略大于最佳含水率，使混合料运到工地现场摊铺后碾压时的含水量不小于最佳含水率。

拌合均匀性，在生产过程中要随时观察，无粗细集料离析现象，使混合料的湿度均匀。

结束语

从该配合比设计实验结果观察，取3.5%的水泥剂量，水泥稳定碎石的强度已经满足规范以及设计要求，并且成本比较低。在设计中为了满足规范要求，考虑到在实际施工中水泥的自然损耗以及水泥剂量的离散对水泥稳定碎石强度整体效果的影响。所以，在施工中增加了0.5%的水泥剂量，更好的控制了混合料级配的合理性，从而使该配合比在应用中得到了理想的质量以及经济效果。