CN102019645A

CN102019645A - 一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法

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Publication number: CN102019645A
Application number: CN 201010287219
Authority: CN
Inventors: 周卫峰; 张周平; 郑同才; 魏如喜; 周浩
Original assignee: TIANJIN MUNICIPAL ENGINEERING INST
Current assignee: TIANJIN MUNICIPAL ENGINEERING INST
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明涉及一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法，步骤为：(1)配制优化的骨架密实型级配集料；(2)在级配集料中加入水泥，制得水泥稳定碎石混合料；(3)将所得水泥稳定碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度；(4)在确定的最大干密度和最佳含水量下，按压实度98％，采用振动成型试验法制备水泥稳定碎石圆柱形试件；(5)将所得的水泥稳定碎石圆柱形试件进行无侧限抗压强度试验，根据抗压强度试验结果确定水泥剂量。本发明设计的水泥稳定碎石混合料具有强度高、抗裂能力强、施工简便、造价低的特点，从材料设计指导思想上对半刚性材料设计进行创新。

Description

一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别是一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法。

背景技术

我国绝大部分高速公路采用半刚性基层沥青路面结构形式。一方面以水泥碎石为代表的已建半刚性路面早期破坏现象比较严重，另一方面，在对这些破坏现象的产生原因还没有深刻认识及解决措施还不十分有效的情况下，新建的半刚性路面仍以每年几千公里的建设里程增长。从应用效果来看，基于传统材料设计方法提出的研究成果对缓解或消除半刚性路面早期破坏现象并不明显(比较一致的观点认为半刚性基层裂缝在所难免)，致使国内许多公路工作者对半刚性路面结构是否适合于中国国情产生了怀疑。

以水泥稳定粒料为代表的半刚性基层，目前，传统的设计方法在材料设计方面存在的主要问题是：

①室内成型方式与现场碾压方式不匹配

室内试验要准确、有效地控制现场施工质量，首先要求试件成型方式能够模拟基层施工条件，使室内成果与实际应用效果有可比性；其次要求各种性能评价指标切实反映基层在其服务环境下的服务质量。如今施工现场大量使用振动压路机及轮胎压路机，而室内却采用重型击实法确定最佳含水量及最大干密度，用静压法试件强度作为设计标准控制水泥剂量。由此导致室内试验结果难以指导现场生产，甚至严重影响了工程质量。

②质量控制指标单一

规范对半刚性材料路用性能要求简单。除原材料性质外，要求无侧限抗压强度达到要求及现场钻芯完整即可，而对混合料抗裂能力既无标准试验方法，也没有评价标准，这就使得设计或施工时只注重提高强度，甚至有可能导致强度过大；而由此造成的许多负面影响(刚度过大、抗裂能力差等)却很少引起重视。

③压实标准偏低

压实度达到较高标准对水泥稳定碎石混合料强度、抗裂能力及抗疲劳能力的提高均有显著作用。且压实度标准的适当提高目前有坚实的物质基础，与以前的压实施工机械相比，如今的施工压实设备在性能及压实功能上有质的飞跃。因此有理由认为用性能大幅度提高的压实设备应该铺筑出压实度更高的、质量更好的基层。但如室内成型条件不加改变，还沿用重型击实法，只能导致现今的筑路机械修筑出与以前相差无几的半刚性基层，更严重的是，室内试验标准已严重阻碍了科技进步及生产的发展，使得承包商对使用新工艺、新设备没有积极性。

④规范规定的级配范围太宽，难以保证工程质量

规范规定的混合料级配范围太宽。此范围内，不同级配的混合料其力学性能有很大差异，因此不同级配的水泥碎石混合料各种力学指标即使全部满足规范要求，也很难说符合规范级配要求的混合料具有良好的抗裂能力。

如上所述，水泥稳定碎石混合料出现早期破坏与室内成型方式的不合理及标准单一导致水泥剂量过高、压实度标准偏低、级配不良等有密切关系。因此，选择和现场压实方式相近的室内振动成型方式，基于此进行水泥稳定碎石的配合比设计，从而大幅度减少因基层开裂导致的路面早期破坏，延长路面使用寿命，降低养护费用。对于提高我国半刚性基层沥青路面质量将有积极作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法，该设计方法基于振动成型方法，以强度满足要求、抗裂能力最佳为目的，得到更为优化的水泥稳定碎石配合比，采用本设计方法得到的水泥稳定碎石具有强度高、抗裂能力强、施工简便、造价低的优点。

一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法，其特征在于：该设计方法的步骤为：

(1)、配制优化的骨架密实型级配集料，该优化的骨架密实性级配集料的级配为：集料粒径小于31.5mm的集料占级配集料总质量的100％；集料粒径小于19mm的集料占级配集料总质量的75～85％；集料粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的42～54％；集料粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的25～35％；集料粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的16～26％；集料粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的8～15％；集料粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0～5％；

(2)、在步骤(1)的级配集料中加入水泥，水泥加入量为级配集料质量的3～4％，制得水泥稳定碎石混合料；

(3)、将步骤(2)所得水泥稳定碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。

(4)、在步骤(3)确定的最大干密度和最佳含水量下，按压实度98％，采用振动成型试验法制备水泥稳定碎石圆柱形试件，该水泥稳定碎石圆柱形试件的尺寸为Φ15cm×15cm；

(5)、将步骤(4)所得的水泥稳定碎石圆柱形试件在20℃条件下湿养6天，浸水1天，进行无侧限抗压强度试验，根据抗压强度试验结果确定水泥剂量。

而且，所述步骤(2)中水泥采用不低于32.5级的普通硅酸盐水泥和矿渣水泥，初凝时间不小于3小时，终凝时间不小于6小时。

而且，所述步骤(4)中振动成型试验法制备水泥稳定碎石圆柱形试件参数为：振动频率30～40Hz，偏心块夹角30°，激振力7610～7650N，静面压力140～180kPa，振幅1.4～2.0mm，振动总时间2～3min。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

本发明的优点和有益效果为：

1.采用本发明设计方法所制得的水泥稳定碎石混合料可应用于现场施工，且有良好的路用性能，根据试验工程检测结果，本发明提出优化的水泥稳定碎石混合料更容易在振动作用下被压实。

2.本发明的用本方法设计的水泥稳定碎石混合料具有强度高、抗裂能力强、施工简便、造价低的特点，从材料设计指导思想上对半刚性材料设计进行创新。其应用于高速公路半刚性基层，能大幅度减少因基层开裂导致的路面早期破坏，延长路面使用寿命，降低养护费用。对于提高我国半刚性基层沥青路面质量将有积极作用。

3.本发明采用振动法修筑水泥稳定碎石基层、底基层与传统法相比，每公里增加费用为26754元，但是采用振动法延长了使用寿命，减少了基层、底基层的维修费用。提高通行能力及安全服务的水平，提高公路使用者的满意度，并可在一定程度上提高交通行业在人民群众中的威信。具有显著的经济及社会效益。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法，其具体步骤为：

(1)、配制优化的骨架密实型级配集料，该优化的骨架密实性级配集料的级配为：集料粒径小于31.5mm的集料占级配集料总质量的100％；集料粒径小于19mm的集料占级配集料总质量的75～85％；集料粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的42～54％；集料粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的25～35％；集料粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的16～26％；集料粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的8～15％；集料粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0～5％。矿料筛分结果及集料的级配配合比计算结果如表1中所示。

表1矿料筛分结果及级配配合比计算结果

(2)、在步骤(1)的级配集料中加入水泥，获得水泥稳定碎石混合料。水泥加入量为级配集料质量的3～4％。水泥采用不低于32.5级的普通硅酸盐水泥和矿渣水泥，初凝时间不小于3小时，本实施例中初凝时间3.5小时，终凝时间不小于6小时，本实施例终凝时间7小时。本实施例中，将剂量为3.3％、3.5％、3.8％的水泥分别加入到步骤(1)的级配集料中。

(3)、将步骤(2)所得水泥稳定碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度，如表2所示。振动击实试验按按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)击实试验丙法进行。

表2不同水泥剂量的最佳含水量及最佳干密度

水泥剂量(％)	最佳含水量(％)	最大干密度(g/cm³)
			3.3	5.2	2.373
3.5	5.2	2.374
			3.8	5.2	2.377

(4)、在步骤(3)确定的最大干密度和最佳含水量下，按压实度98％，采用振动成型试验法制备水泥稳定碎石圆柱形试件，该水泥稳定碎石圆柱形试件的尺寸为Φ15cm×15cm。振动成型试验按照《公路半刚性材料多指标控制组成设计方法》试验方法进行。其中，振动频率30～40Hz，偏心块夹角30o，激振力7610～7650N，静面压力140～180kPa，振幅1.4～2.0mm，振动总时间2～3min。

(5)、将步骤(4)所得的水泥稳定碎石圆柱形试件在20℃条件下湿养6天，浸水1天，进行无侧限抗压强度试验，如表3所示。根据抗压强度试验结果确定水泥剂量。其中，无侧限抗压强度试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)试验方法进行。

表3 7天无侧限抗压强度试验结果

由实验结果可以看出，当水泥剂量为3.3％时，抗压强度就符合要求，因此，确定水泥剂量为3.3％。

(6)、性能比较验证：以步骤(1)的优化的级配和步骤(5)确定的3.3％水泥剂量，应用振动成型和静压成型两种成型方式，进行以下性能比较：试件干缩抗裂系数，如表4中所示；温缩抗裂系数，如表5中所示；90天劈裂强度，如表6中所示；抗压回弹模量，如表7中所示。

表4水泥稳定碎石混合料表

表5水泥稳定碎石混合料温缩抗裂系数表

表6水泥稳定碎石90天劈裂强度试验结果

表7抗压回弹模量试验结果

通过比较可以看出，较之静压成型而言，基于振动成型的水泥稳定碎石的干缩抗裂系数、温缩抗裂系数、90天劈裂强度及抗压回弹模量的表现要优越。

Claims

1.一种基于振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法，其特征在于：该设计方法的步骤为：

(3)、将步骤(2)所得水泥稳定碎石混合料进行振动击实，在振动击实试验方式下确定水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度；

2.根据权利要求1所述的基于GTM的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中水泥采用不低于32.5级的普通硅酸盐水泥和矿渣水泥，初凝时间不小于3小时，终凝时间不小于6小时。

3.根据权利要求1所述的基于GTM的沥青混合料配合比设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中振动成型试验法制备水泥稳定碎石圆柱形试件参数为：振动频率30～40Hz，偏心块夹角30°，激振力7610～7650N，静面压力140～180kPa，振幅1.4～2.0mm，振动总时间2～3min。