水泥稳定砂砾的击实试验方法研究

摘要：水泥稳定砂砾材料作为基层材料具有强度高、稳定性好、经济实用的特点，在城市道路基层施工中得到了广泛应用。本文通过分析试验击实方法存在问题，并提出水泥稳定砂砾的试验方法。

关键词：水泥稳定砂砾；击实实验；问题及方法

Abstract: the cement stabilized sand gravel material as the basic material high strength, good stability, economic and practical, in urban road base construction has been widely used. In this article, through analyzing the test compaction methods existing problems, and puts forward the test method of cement stabilized sand gravel.

Keywords: cement stabilized sand gravel;tamping experiments; Problems and methods

中图分类号： TU525 文献标识码：A 文章编号：

一、击实方法存在的问题

《公路工程无机结合料稳定材料实验规程》中要求水泥稳定砂砾材料采用的击实方法是标准击实试验的方法，要求通过预定5～6个含水量进行标准击实试验，并最终绘制含水量－干密度曲线，并要求曲线必须为凸型( 以便于拟合得到二次曲线，求解最大干密度与最佳含水量) 。由于砂砾材料为自排水式结构，不具备粘性土的击实特性，而最终根据击实实验的结果绘制的曲线也并非规范定义的凸性曲线，因此也就不存在最佳含水量的概念。

这种现象的存在给试验规程在实际应用中出现较大的困难。很多试验验单位，包括施工与监理单位在实际操作中不得不根据经验来进行修正、修饰曲线，人为地对最大干密度和最佳含水量做出估计。在试验工作如果加入过多的人为因素的话，也就失去了室内试验工作指导施工生产的客观意义，并且由于人为因素的干扰，对于相同的材料，不同的试验单位、试验人员操作，人为估计试验结果，用修饰的数据来得到规范要求的凸型曲线靠拢，造成试验结果千差万别，甚至很多试验结果得到的最佳含水量相差两个百分点，而最大干密度甚至相差0.1g /cm3 ，对应的压实度相差接近5%，压实度不能保证，基层的施工质量也就无从谈起。

二、水泥稳定砂砾的击实方法

1 重型击实方法

重击实验方法的设备与试验方法简单，便于普及使用，但是这种方法与路面振动成形的机理不一致，集料在重击击实过程会被击碎，从而干密度的增大是以改变级配的为代价的，不能反映真实情况。使用重击击实进行水泥稳定砂砾的实际试验，不存在最佳含水量的概念。

2 饱水振动方法

饱水振动方法适用于自由排水的材料。然而，无机结合料稳定材料中的结合料会在饱水振动过程中从击实筒的底部流出，并且数量难以估计，所得到的干密度也不能反映无机结合料填充对自由排水式材料的影响。

3 振动击实方法

我国的《公路沥青路面设计规范》( JTG D50－2006) 中规定: 半刚性基层配合比设计试验，宜采用振动成型的方法，而由于国内采用的振动成型机型号各不相同，参数尚未统一，因为振动成型的方法目前在科研中应用较多，而在实际生产中还没能大规模的使用。

振动成型方法较好的在室内试验的条件模拟了振动压路机作用于材料表面进行压实的工艺，使材料在振动过程中使集料在上振式振动压实仪中偏心轮偏心力的作用下就位，形成稳定密实的结构。通过调节电动机的转速可以改变振动频率，调节偏心质量可以产生不同的离心力，增加与减少配重块可以改变名义振幅。

振动压实仪的振动参数计算公式如下:

(1) 频率。

式中T— 周期。

(2) 离心力幅值。

FO=mrw2

式中m— 偏心总质量;

r— 偏心半径;

ω— 角频率。

(3) 名义振幅。

式中M— 振动部分总质量。

(4) 振动加速度。

ɑ = FoMg

式中g— 重力加速度。

3.1 振动击实的方法

(1) 用四分法准备足够数量的风干试样，每个试样的质量应不小于6000g;

(2) 预计5～7个加水量，将一份试料平铺于金属盘内，将事先计算得到的该份试料中应加水量减去50g 后，将剩余用水量均匀地喷洒在试料上，用小铲将试料充分拌和到均匀状态，然后装入密闭容器或塑料袋内浸润备用。依次完成所有试样的焖料，如当天进行焖料，其浸润时间不少于2 h;

(3) 将一份试料平铺于金属盘内，将所需要稳定的水泥和剩余的50g 水加到浸润后的试料中，并用小铲充分拌和到均匀状态。从加入水泥拌和开始到成型结束测定含水量试样放入烘箱中烘干必须在1 h 内完成，超过1h 的试样，应该作废;

(4) 将钢模套环、钢模及钢模底板紧密连接，然后将其放在坚实地面上，将拌和好的混合料一次倒入钢模，倒入后用直径2 cm 的木棒插捣，整平表面并稍加压紧，然后覆盖一片塑料纸。将钢模连同混合料放在振动压实仪的－20－质底板上;

(5) 将振动压头对准钢模并使振动压头与钢模内的混合料紧密接触。检查振动压实仪上的螺栓及相关连接处，启动仪器振动击实180s;

(6) 振动击实完毕提起振动器，分别从沿筒壁均匀地取四个位置测量筒壁到试样表面的高度H1、H2、H3、H4(mm) ，并取四个高度的均值H，此时试样的高度及为220－H(mm) ;

(7) 击实完毕之后，测量试样与套筒的总质量G1(g) ;

(8) 用脱模器推出筒内试样，擦净试筒，称重得试筒重为G2。在试样内部从上到下取一个具有代表性的样品(可将脱出试件用锤打碎后，用四分法取样，取样的质量不少于1000 g，称重后立即放入已达110 ℃的烘箱中烘干，测定其含水量ω，计算至0.1%;

(9) 计算试样的湿密度与干密度。

湿密度:

式中V— 试样的体积;

干密度:

3.2 水泥稳定砂砾振动击实

选取从莞高速A2 标段、A7 标段及A8 标段送样底基层砂砾按照3.1 所述方法进行振动击实试验。标段送样砂砾的筛分试验结果如表1 所示。

表1 砂砾筛分试验结果

当加水量为7%时已经有部分水泥浆在振动击实的过程中从击实筒的筒底流出; 当加水量为8%时，击实锤上和筒底都开始有较多的水泥浆溅出或者流出。试验的结果如表2。

表2 水泥稳定砂砾击实振动试验结果

根据以上振动击实试验的结果绘制加水量－ 最大干密度之间的关系，如图1。

图1 水泥稳定砂加水量与干密度关系

振动击实试验结果与重型击实的结果大致相同，砂砾材料同样在加水量最多的时候得到较大的干密度。加水量与击实完成之后实测的试样含水量相差较大，水分流失也呈现不规律性，因此对实测含水量与干密度的之间的关系也不做研究。但是试验的结果也显示，砂砾材料在击实之后的含水量仍然比较稳定，加水量在6～8% 之间时，试样击实之后的含水量相差在± 0. 5%的范围内，而解释砂砾材料在干密度随加水量增加而增大的现象。

参考文献:

［1］ 刘增荣．土力学［M］．上海: 同济大学出版社， 2005

［2］ 隋吉军．粗粒土振动压实特性试验研究［D］．大连: 大连理工大学

作者简介：

钟志锋，男，2008年毕业于成都理工大学 材料科学与工程系，主要从事路桥材料试验检测工作。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。