CN105403688A - 用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法及设备，具体是先准备好符合道路设计要求的水泥碎石的混合料；再将其中一部分的混合料使用大厚度振动击实仪击实压紧，测量计算出达到设计要求总高度需再次加入的混合料的质量；称取需再次加入的混合料的质量，将该混合料一次或分为两次使用大厚度振动击实仪击实压紧，待混合料成型后，将混合料从钢模中取出在养生室中进行养生，最后进行抗压强度测定；得到抗压强度最好的混合料，该混合料的配比为最佳的水泥稳定碎石基层的配合比。本发明能够很好地模拟现场碾压工艺，且试验仪器简单、操作方便，易于推广应用；得到的最佳配合比用于实体道路工程时，路面的使用寿命显著增长0.5倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程的试验技术领域，具体是一种用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法及设备，该设备是模拟现场大吨位振动压路机的室内大厚度振动击实仪。
背景技术
水泥稳定碎石基层是水泥稳定类路面的半刚性基层，具有良好的强度、整体性、水稳定性、抗冻性以及经济效益显著等众多的优点，广泛应用于我国各等级公路建设中。但早期裂缝的出现，以及由此引起的沥青面层反射裂缝的出现，严重影响道路的平整度和行驶的舒适性，加大了养护资金投入，对道路耐久性构成了威胁。
水泥稳定碎石基层的厚度通常在25～36cm之间，有的甚至达到40cm以上。在实际施工过程中一般分为两层进行摊铺、碾压。分层压实施工造成的问题主要有：整体性差，工期长，基层易产生早期损伤，增加工程造价，以及上下基层裂缝相互反射。因此，有必要开展水泥稳定碎石基层大厚度的一次成型技术研究，而现有室内振动击实仪器进行水泥稳定碎石的配合比设计是建立在对现场小吨位振动压路机(20-22t)的模拟，模具的高度比较小，只能对基层厚度为22cm的水稳层进行室内模拟碾压。随着大厚度水泥稳定碎石基层的出现以及与之施工相对应的大吨位振动压路机的出现，有必要开发新的振动击实仪器（模具增加到40-44cm），使之对现场大吨位振动压路机进行准确的室内模拟，设计出最佳配合比。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法及设备，采用该方法及设备能实现实验室对现场大吨位振动压路机碾压水泥稳定碎石基层一次成型的模拟，实现设计水泥稳定碎石基层最佳配合比，使道路更经久耐用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法，包括以下步骤：
（1）、准备好符合道路设计要求的水泥碎石的混合料。
（2）、将击实设备的钢模套接在覆盖有塑料纸的钢模底板上，然后将其放在坚实地面上。
（3）、取适量的混合料并称重得到重量m1，将其倒入钢模内，一边倒一边用直径2-4cm的木棒插捣；倒完后整平其表面并稍加压紧，然后覆盖一张塑料纸。
（4）、将上述装有混合料的钢模和钢模底板固定在击实设备上。
（5）、用击实设备振动击实钢模内的混合料，振动击实时间为3-5分钟。
（6）、振动击实结束后，测量钢模上沿到振动击实后混合料表面的高度h0，然后计算振动击实后混合料的高度h1=h-h0，其中h为钢模的高度。
（7）、然后按照如下公式计算达到设计要求总高度h2需再次加入的混合料的质量m2：m2=m1*(h2-h1)/h1+80g，80g是损失量的经验值。
（8）、称取质量为m2的混合料，将该混合料一次或分为两次加入钢模中，重复上述的振动击实操作，振动击实时间为3-5分钟。
（9）、高度合格的试件用脱模器脱掉，然后将试件打碎取中心料，将其放在110℃烘箱中，测定含水量和干密度。
（10）、采用大厚度振动击实仪分别成型实际设计厚度的不同水泥剂量的水稳基层试件，击实度应为振动击实试验确定的最大干密度的98%，振动击实后静置钢模10-12小时，待混合料成型后，将混合料从钢模中取出放在养生室中进行养生，温度保持在20-25℃，湿度为95-98%，第六天后放在水中浸泡24小时。
（11）、采用切割机对养生后的试件进行切割，切割成Φ150mm×150mm的试件进行试验，因为设计基层的厚度较大，可以对成型的大厚度试件选取几个不同的位置进行切割。
（12）、分别对不同水泥剂量的切割后的试件进行无侧限抗压强度及劈裂强度的试验，每个大厚度基层的试验结果取切割后几个Φ150mm×150mm试件结果的平均值，将几个不同水泥剂量的试验结果进行对比，综合评比下确定出最佳水泥剂量，并最终决定基层的最佳配合比。
上述用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的击实设备是大厚度振动击实仪，其包括：下车系统、上车系统、机架、升降装置和动力传动装置，所述的上车系统通过升降装置安装在机架上，上车系统下部连接有下车系统，上车系统与下车系统之间还安装有减震块，下车系统下部设置有振动压头，振动压头下部的机架上设置有固定钢模底盘的装置，钢模底盘上套接有钢模，下车系统上安装有偏心传动机构，偏心传动机构通过传动轴连接动力传动装置。
所述的钢模上安装有钢模套筒，保证振动压头能准确的压进钢模。
所述的钢模的高度为44cm，满足试验水泥稳定碎石基层40cm大厚度的设计要求。
所述的动力传动装置包括电动机和控制器，控制器控制电动机的工作，从而控制振动压头所需的振动频率和时间以及振动需要的击实压力。
所述的上车系统还通过安装在机架上的导向柱导向。
所述的升降装置为手动葫芦，方便手动调节上车系统的高度，且成本低。
本发明的有益效果为：
1、本发明模拟现场大型振动压路机碾压过程，具有准确性高，操作方便的特点，且振动击实后静置钢模10-12小时，待混合料成型后，将混合料从钢模中取出放在养生室中进行养生，温度保持在20-25℃，湿度为95-98%，第六天后放在水中浸泡24小时；采用该养生工艺，最后得到最佳配合比用于实体道路工程时，路面的使用寿命显著增长0.5倍以上，对于延长我国路面使用寿命具有积极意义，具有广阔的应用前景和显著的经济、社会效益。
2、本发明采用的钢模的高度为44cm，满足试验水泥稳定碎石基层40cm大厚度的设计要求，采用的钢模上安装有钢模套筒，保证振动压头能准确的压进钢模，避免振动压头很快出现损坏。
3、本发明采用的大厚度振动击实仪通过控制器控制击实频率和击实压力以实现了模拟现场大吨位振动压路机对大厚度水泥稳定碎石基层的准确模拟，能够很好地模拟现场碾压工艺，且试验仪器简单、操作方便，易于推广应用。
4、本发明将准备好的混合料分三次装入钢模，每次装入混合料后在振动击实仪上击实，以使钢模中的混合料在振动击实后能达到规定的压实度要求，混合料经三次装入钢模进行振动击实后，最后达到的击实情况能准确模拟现场振动压路机碾压的实际状况，最后达到应模拟的现场水泥稳定碎石基层的高度，通过对不同配合比的混合料进行无侧限抗压强度的测定并通过分析得到水泥稳定碎石基层的最佳配合比。
附图说明
图1为本发明采用的大厚度振动击实仪的结构示意图；
图2为本发明采用的大厚度振动击实仪的钢模的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图中的名称及序号为：
钢模底盘1、钢模2、钢模套筒3、振动压头4、下车系统5、减振块6、偏心传动机构7、上车系统8、导向柱9、机架10、手动葫芦11、传动轴12、电动机13、控制器14。
具体实施方式
为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步说明。
本发明的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法，包括以下步骤：
（1）、准备好符合道路设计要求的水泥碎石的混合料。
（2）、将击实设备的钢模套接在覆盖有塑料纸的钢模底板上，然后将其放在坚实地面上。
（3）、取适量的混合料并称重得到重量m1，将其倒入钢模内，一边倒一边用直径2-4cm的木棒插捣；倒完后整平其表面并稍加压紧，然后覆盖一张塑料纸。
（4）、将上述装有混合料的钢模和钢模底板固定在击实设备上。
（5）、用击实设备振动击实钢模内的混合料，振动击实时间为3-5分钟。
（6）、振动击实结束后，测量钢模上沿到振动击实后混合料表面的高度h0，然后计算振动击实后混合料的高度h1=h-h0，其中h为钢模的高度。
（7）、然后按照如下公式计算达到设计要求总高度h2需再次加入的混合料的质量m2：m2=m1*(h2-h1)/h1+80g，80g是损失量的经验值。
（8）、称取质量为m2的混合料，将该混合料一次或分为两次加入钢模中，重复上述的振动击实操作，振动击实时间为3-5分钟。
（9）、高度合格的试件用脱模器脱掉，然后将试件打碎取中心料，将其放在110℃烘箱中，测定含水量和干密度。
（10）、采用大厚度振动击实仪分别成型实际设计厚度的不同水泥剂量的水稳基层试件，击实度应为振动击实试验确定的最大干密度的98%，振动击实后静置钢模10-12小时，待混合料成型后，将混合料从钢模中取出放在养生室中进行养生，温度保持在20-25℃，湿度为95-98%，第六天后放在水中浸泡24小时。
（11）、采用切割机对养生后的试件进行切割，切割成Φ150mm×150mm的试件进行试验，因为设计基层的厚度较大，可以对成型的大厚度试件选取几个不同的位置进行切割。
（12）、分别对不同水泥剂量的切割后的试件进行无侧限抗压强度及劈裂强度的试验，每个大厚度基层的试验结果取切割后几个Φ150mm×150mm试件结果的平均值，将几个不同水泥剂量的试验结果进行对比，综合评比下确定出最佳水泥剂量，并最终决定基层的最佳配合比。
如图所示，用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的击实设备是大厚度振动击实仪，其包括：下车系统5、上车系统8、机架10、升降装置和动力传动装置，所述的上车系统8通过升降装置安装在机架10上，上车系统8下部连接有下车系统5，上车系统8与下车系统5之间还安装有减震块6，下车系统5下部设置有振动压头4，振动压头4下部的机架10上设置有固定钢模底盘1的装置，钢模底盘1上套接有钢模2，下车系统5上安装有偏心传动机构7，偏心传动机构7通过传动轴12连接动力传动装置。
所述的钢模2上安装有钢模套筒3，保证振动压头4能准确的压进钢模2。
所述的动力传动装置包括电动机13和控制器14，控制器14控制电动机13的工作，从而控制振动压头4所需的振动频率和时间以及振动需要的击实压力。
所述的上车系统8还通过安装在机架10上的导向柱9导向。
所述的升降装置为手动葫芦11。
所述的钢模2采用的高度为44cm。
应用实施例1
1、广西南宁市至某县的二级路，该路段是重型车经常行驶的路段。由于重型车经常行驶，基本上每翻建3年后，路面都变成坑坑洼洼，破烂不堪，每年都需投入一大笔路面维护成本。2012年底，该路段被重新翻建。该路段分为1标和2标段，1标段的基层使用传统的水泥稳定碎石基层的配合比，2标段的基层使用本发明的方法得到的水泥稳定碎石基层的最佳配合比。该路段重新翻建成至今有两年多的时间，1标段的路面出现了很多裂痕和很多坑坑洼洼的地方，而2标段的路面还基本完好，1标段每年的路面养护费是2标段的3倍还多。
Claims (7)
1.一种用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、准备好符合道路设计要求的水泥碎石的混合料；
（2）、将击实设备的钢模套接在覆盖有塑料纸的钢模底板上，然后将其放在坚实地面上；
（3）、取适量的混合料并称重得到重量m1，将其倒入钢模内，一边倒一边用直径2-4cm的木棒插捣；倒完后整平其表面并稍加压紧，然后覆盖一张塑料纸；
（4）、将上述装有混合料的钢模和钢模底板固定在击实设备上；
（5）、用击实设备振动击实钢模内的混合料，振动击实时间为3-5分钟；
（6）、振动击实结束后，测量钢模上沿到振动击实后混合料表面的高度h0，然后计算振动击实后混合料的高度h1=h-h0，其中h为钢模的高度；
（7）、然后按照如下公式计算达到路面基层设计总高度h2需再次加入的混合料的质量m2：m2=m1*(h2-h1)/h1+80g，80g是损失量的经验值；
（8）、称取质量为m2的混合料，将该混合料一次或分为两次加入钢模中，重复上述的振动击实操作，振动击实时间为3-5分钟；
（9）、高度合格的试件用脱模器脱掉，然后将试件打碎取中心料，将其放在110℃烘箱中，测定含水量和干密度；
（10）、采用大厚度振动击实仪分别成型实际设计厚度的不同水泥剂量的水稳基层试件，击实度应为振动击实试验确定的最大干密度的98%，振动击实后静置钢模10-12小时，待混合料成型后，将混合料从钢模中取出放在养生室中进行养生，温度保持在20-25℃，湿度为95-98%，第六天后放在水中浸泡24小时；
（11）、采用切割机对养生后的试件进行切割，切割成Φ150mm×150mm的试件进行试验，因为设计基层的厚度较大，可以对成型的大厚度试件选取几个不同的位置进行切割；
（12）、分别对不同水泥剂量的切割后的试件进行无侧限抗压强度及劈裂强度的试验，每个大厚度基层的试验结果取切割后几个Φ150mm×150mm试件结果的平均值，将几个不同水泥剂量的试验结果进行对比，综合评比下确定出最佳水泥剂量，并最终决定基层的最佳配合比。
2.根据权利要求1所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法，其特征在于：该方法采用的击实设备是大厚度振动击实仪，其包括：下车系统（5）、上车系统（8）、机架（10）、升降装置和动力传动装置，所述的上车系统（8）通过升降装置安装在机架（10）上，上车系统（8）下部连接有下车系统（5），上车系统（8）与下车系统（5）之间还安装有减震块（6），下车系统（5）下部设置有振动压头（4），振动压头（4）下部的机架（10）上设置有固定钢模底盘（1）的装置，钢模底盘（1）上套接有钢模（2），下车系统（5）上安装有偏心传动机构（7），偏心传动机构（7）通过传动轴（12）连接动力传动装置。
3.根据权利要求2所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的设备，其特征在于：所述的钢模（2）上安装有钢模套筒（3），保证振动压头（4）能准确的压进钢模（2）。
4.根据权利要求2所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的设备，其特征在于：所述的动力传动装置包括电动机（13）和控制器（14），控制器（14）控制电动机（13）的工作，从而控制振动压头（4）所需的振动频率和时间以及振动需要的击实压力。
5.根据权利要求2所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的设备，其特征在于：所述的上车系统（8）还通过安装在机架（10）上的导向柱（9）导向。
6.根据权利要求2所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的设备，其特征在于：所述的升降装置为手动葫芦（11）。
7.根据权利要求2或3任一项所述的用于设计水泥稳定碎石基层配合比的方法采用的设备，其特征在于：所述的钢模（2）采用的高度为44cm。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |