水泥稳定类结合料配合比设计方案


水泥稳定类混合料配合比设计方法

一、   材料规格及技术要求
水泥稳定类材料适用于各级公路的基层、底基层。包括水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾、水泥土等。
（一）、材料要求：
1、       集料压碎值要求：
1 ）、基层：  
高速公路、一级公路       不大于 30%
二级和二级以下公路       不大于 35%
2 ）、底基层：
高速公路、一级公路       不大于 30%
二级和二级以下公路       不大于 40%
2、       集料级配要求：
高速公路、一级公路基层材料的集料最大粒径不应大于 31.5mm ，底基层最大粒径应不大于 37.5mm ，集料级配范围宜符合表 1 的级配范围。
表 1   水泥稳定类混合料集料的级配范围
筛孔 40 31.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075 液限 塑性指数
基层 ― 100 88~99 57~77 29~49 17~35 8~22 0~7 ＜ 28 ＜ 9
底基层 100 93~98 74~89 49~69 29~52 18~38 8~22 0~7 ＜ 28 ＜ 9

3、       水泥的要求：
水泥稳定类混和料可以选用普通硅酸盐水泥（ P.O ）、矿渣硅酸盐水泥（ P.S ）、火山灰硅酸盐水泥（ P.P ），但初凝时间应在 4h 以上，终凝时间应在 6h 以上。不得使用快硬水泥、早强水泥、以及受潮变质的水泥。强度等级为 32.5 或 42.5 的水泥。
二、   水泥稳定类混合料组成设计方法
（一）       泥稳定类混合料配合比设计应根据重型击实标准试件，在非冻区 25 ± 2 ℃条件下湿养 6d ，浸水 1d ，进行 7d 龄期的无侧限抗压强度试验，其试件压实度和 7d 无侧限抗压强度代表值应满足表 2 要求。
表 2   水泥稳定类混合料压实度及 7 天抗压强度值
混合料类型 层位 类别 高速公路、一级公路 其他公路
压实度（ % ） 抗压强度（ Mpa ） 压实度（ % ） 抗压强度（ Mpa ）
水泥稳定类混合料 基层 粗粒土
中粒土 ≥ 98 3~4 ≥ 97 2~3
 
细粒土 ― ≥ 95
底基层 粗粒土
中粒土 ≥ 96 ≥ 2.0 ≥ 95 ≥ 1.5
细粒土 ≥ 95 ≥ 93

（二）       泥稳定类混合料组成设计主要是根据强度标准，通过试验选取合适的集料，确定必需的或最佳结合料剂量，以及确定混合料的最佳含水量和最大干密度。
（三）原材料试验
1 、在水泥稳定类基层、底基层施工前，应取所定料场有代表性土样按《公路工程土工试验规程》（ JTJ051-93 ）进行试验，包括颗粒分析、液塑限和塑性指数、相对密度、击实试验、碎石或砾石的压碎值、有机质含量（必要时做）、硫酸盐含量（必要时做）。
2 、对级配不良的碎石、碎石土、砂砾土等，应采取必要的措施改善其级配。可以采用几种料掺配来达到其级配要求。
3 、应检验水泥的强度等级和初终凝时间等技术指标。
（四）混合料的设计步骤
1、       根据设计图纸要求的水泥剂量和土的种类，分别按表 3 所列的 5 种水泥剂量配制同一种土样、不同水泥剂量的混合料。（根据实际情况，可以以图纸设计剂量及其± 0.5% 配制三组混合料）
土类 中粒土和粗粒土 塑性指数
小于 12 的细粒土 其他细粒土
层位
基层 3% 4% 5% 6% 7% 5% 7% 8% 9% 11% 8% 10% 12% 14% 16%
底基层 3% 4% 5% 6% 7% 4% 5% 6% 7% 9% 6% 8% 9% 10% 12%
表 3   混合料的配制水泥剂量表
2、       确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少应做 3 个不同水泥剂量混合料的击实试验、即最小剂量、中间剂量、最大剂量。其他 2 个剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。（因为水泥的含量对最大干密度和最佳含水量影响不是特别的大，所以根据实际情况可以只做设计（估计）水泥剂量混合料的击实试验）。
3、       按规定压实度标准值分别计算不同水泥剂量的试件应有的干密度（即预定干密度ρ，ρ =K 0 ×ρ d ）。
4、           试件制备
1 ）、将风干试样按规定过筛，筛除超粒径颗粒（对基层过 31.5 mm 筛；底基层过 37.5mm 筛），并测定其风干含水量。
2 ）、按最佳含水量和计算得到的干密度计算每个试件的水泥用量和土样用量。对细粒土，可以一次称取 6 个试件的土；对中粒土，一次可以称取 3 个试件的土；对于粗粒土，一次只能称取一个试件的土。
3 ）、将称好的土样放入长方盘内，向土中加水，对细粒土使其含水量较最佳含水量小 3% ，对于中、粗粒土可按最佳含水量加水。（水泥的剂量按干土质量的百分率计）。拌和均匀后浸润备用。
注：应加水量可按下式计算：
Q w = （ Q n /(1+0.01w n )+ Q c /(1+0.01w c ) ）× 0.01w-Q n /(1+0.01w n ) × 0.01 w n - Q c /(1+0.01w c ) × 0.01wc
式中： Q w   ――混合料中应加的水量（ g ）；
Q n   ――混合料中集料的质量（ g ）；其原始含水量为 w c （ % ）（水泥的 w c   通常很小，也可忽略不计）；
W   ――要求达到的混合料的含水量（ % ）
4 ）、将称量好的水泥加入浸润好的混合料中，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（ JTJ057-94 ）的要求方法制作无侧限抗压强度试件（应在 1h 内制作完成，对超过 1h 的混合料应该作废）。作为平行试验的最少试件数量应不少于表 4 的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定值，应重新试验，并找出原因，加以解决。如不能降低偏差系数，则应增加试件数量。
注：制作成型后试件的质量与所称混合料的质量之差应满足下列规定：
对于大试件（φ 150 × 150mm ）不得超过 5g ；对于中试件（φ 100 × 100mm ）不得超过 2g ；对于小试件（φ 50 × 50mm ）不得超过 1g 。
表 4   混合料的最少试件数量
偏差系数 ＜ 10% 10%~15% 15%~20%
土类
细粒土 6 9 ―
中粒土 6 9 13
粗粒土 ― 9 13

5、   试件在规定温度下（ 25 ± 2 ℃）保湿养生温度 6d ，浸水 24h 后，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（ JTJ057-94 ）进行无侧限抗压强度试验。
注：养护时水深以高过试件 2.5cm 以上，养生期间（即浸水之前）试件质量损失应符合下列规定：
对于大试件（φ 150 × 150mm ）不得超过 10g ；对于中试件（φ 100 × 100mm ）不得超过 4g ；对于小试件（φ 50 × 50mm ）不得超过 1g 。
6 、计算若干个结果的最大值、最小值、平均值、标准差 S 、偏差系数 C v 和 95% 概率的值 Rc 0.95 =R c － 1.645S
7 、根据表 2 的强度标准值，选定合适的水泥剂量，此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度 R 应符合式（ 1-1 ）的要求：
R ≥ R d / （ 1 － Z a C v ）                         （ 1-1 ）
8 、工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多 0.5%~1.0% 。采用集中厂拌法施工时可增加 0.3%~0.5% ；采用路拌法施工时，宜增加 1% 。
9 、水泥最小剂量应符合表 5 的规定。
表 5   混合料的水泥最小剂量
拌和方法 路拌法 集中厂拌法
土类
中粒土和粗粒土 4% 3%
细粒土 5% 4%

10 、水泥改善土的塑性指数应不大于 6 ，承载比应不小于 240 。
（五）、配合比的确定
根据无侧限抗压强度值，以达到设计文件文件所要求的强度值的材料比例为最终配合比。
结语：从经济方面考虑，所选定配合比的强度值不要比设计值高太多，一般高出 0.5~1.0MP a 左右即可。原因是试验室选配合比时称量的精确度要比施工时拌和机械的称量精度高的多，为了防止拌和机械间歇性称量不准确，导致无侧限抗压强度不够，应事先予以考虑。而且在施工时水泥剂量要比试验室配合比的水泥剂量提高 0.5 个百分点。这样就起到了双保险的作用。

参考资料：
［ 1 ］   公路工程基层施工技术规范           JTJ034-2000     交通部公路科学研究所
［ 2 ］   公路工程无机结合料稳定材料试验规程     JTJ057-94       交通部公路科学研究所
［ 3 ］   公路土工试验规程                 JTJ051-93       交通部公路科学研究所
［ 4 ］   公路工程集料试验规程             JTG E42-2005     交通部公路科学研究所
［ 5 ］   路基路面试验检测技术                     交通部基本建设质量监督总站