CN106738205A - 一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，包括以下步骤：1、确定骨架密实型级配；2、向破碎砾石中加入水泥配制水泥稳定破碎砾石混合料，并确定其最大干密度和最佳含水量；3、制作水泥稳定破碎砾石混合料的试件；4、将试件在标准环境下养生6d，浸水1d；5、测试养生后试件的7d无侧限抗压强度与7d劈裂强度，并计算7d无侧限抗压强度强度代表值和7d劈裂强度代表值；6、确定水泥的设计加入量Copt；7、若Copt满足要求，即完成设计。采用本发明方法设计的水泥稳定破碎砾石混合料能较好地成型骨架密实结构且不易离析，节约水泥20～40％，提高强度30％左右，社会经济效益显著。

Description

一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法。
背景技术
破碎砾石或砾石修筑道路路面基层的主要材料。与碎石相比，破碎砾石的破碎面少、表面光滑、棱角性差，导致水泥稳定破碎砾石强度相对较低、且容易离析。为了提高水泥稳定破碎砾石的强度，减弱离析现象，工程实践中提高水泥剂量和采用较细的级配成为最常见的技术手段，水泥剂量应达到5～6％以上几乎成为共识。由此造成的后果是水泥稳定破碎砾石基层出现较为严重的收缩开裂，由此诱发的其他破坏如唧浆、网裂等大大缩短了路面使用寿命。
目前水泥稳定破碎砾石的配合比设计的主要步骤如下：
(1)根据《公路工程集料试验规程》(JTJ 058-2000)筛分粗、细集料，然后根据集料筛分结果与表1中的矿质混合料级配范围，确定各种规格集料的比例。
(2)取水泥剂量3％、4％、5％与6％与矿质混合料混合，加入适量水分，采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中的重型击实法确定不同水泥剂量水泥稳定破碎砾石的最佳含水量与最大干密度。
(3)根据重型击实法所确定的最大干密度与最佳含水量，《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中的静力压实法成型圆柱体试件；然后将试件在温度为(20±2)℃、湿度为95％的标准环境下养生6d，浸水1d。
(4)测试养生浸水后试件的无侧限抗压强度，根据表2中的强度标准确定水泥剂量。水泥剂量一般为4％～6％。
表1水泥稳定类集料的规范级配
表2水泥稳定类材料的压实度及7d无侧限抗压强度规范值
但是上述设计方法存在以下不足：
(1)混合料抗裂性能较差。矿质混合料级配类型对水泥稳定破碎砾石的抗裂性能极重要，其中骨架密室型级配的抗裂性能优于悬浮密实型。表1中骨架密室型型级配，19mm以上集料的含量偏低，不能保证粗集料充分接触形成骨架结构；4.75mm以下集料的含量偏低，不能充分填充粗集料的空隙而达到密实状态；0.075mm以下粉料的含量过低，难以保证混合料在施工状态下具有足够的粘结力，易导致施工离析。
(2)传统的重型击实法是基于12-15吨的静力压路机提出的，与现代20吨以上的重型振动压路机严重不符。
(3)试件静压成型法不能较好地模拟现场实际碾压施工条件，致使室内成型试件内部结构与现场碾压内部结构不吻合，即测试用试件不具有真实性、可靠性和代表性，导致室内性能试验结果与基层实际应用效果出入较大，用于指导材料设计和现场施工及路面设计必然误导工程技术人员。
采用上述方法所设计的水泥稳定破碎砾石级配偏细，水泥剂量偏大，强度偏低，容易开裂。为了提高水泥稳定破碎砾石的强度，减弱离析现象，工程实践中提高水泥剂量和采用较细的级配成为最常见的技术手段，水泥剂量应达到5～6％以上几乎成为共识，不经易导致水泥稳定基层容易开裂，而且水泥剂量大、造价高。
实践表明，采用振动法设计的半刚性基层材料，在降低水泥剂量的同时，具有更好的抗开裂性能，能客服传统设计方法的不足。然而，目前振动法设计水泥稳定破碎砾石仍存在诸多不足：(1)振动试验仪类型多样，其参数设置不尽相同，如何选型是合理应用振动设计法的基础。现有规范仅对工作频率、激振力和静面压力做了相关规定，而对振幅、工作重量、上车与下车系统重量并没有做出规定，导致满足规范要求的试验仪无法精确描述振动仪工作状态，也难以保证与实际施工效果相匹配。(2)相关研究大多是基于水泥稳定碎石展开的，振动试验方法的参数、试验步骤是否适用于破碎砾石，仍需要展开大量研究。(3)目前，关于振动设计法的强度设计标准，绝大地方仍采用的现行规范的半刚性基层材料的强度设计标准，该标准是基于重型击实法与静压法提出的，导致往往设计水泥剂量偏低、且无法保证路面芯样完整。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定骨架密室型级配；
步骤2，向按照所述骨架密室型级配配备的破碎砾石中加入水泥，配制水泥稳定破碎砾石混合料，通过振动击实试验确定所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量；
步骤3，设定预定压实度，按照所确定的所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和预定压实度，采用振动成型试件方法制作所述水泥稳定破碎砾石混合料的试件；
步骤4，将所述试件放置在温度为18-22℃、湿度为95％的标准环境下养生6d，再浸水1d，得养生后试件；
步骤5，测试所述养生后试件的7d无侧限抗压强度和7d劈裂强度，并通过测试结果分别计算7d无侧限抗压强度代表值和7d劈裂强度代表值；
步骤6，绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d无侧限抗压强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d无侧限抗压强度设计标准的最小水泥加入量Cc；绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d劈裂强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d劈裂强度设计标准的最小水泥加入量CS；取Cc和CS中的较大值作为水泥的设计加入量Copt，要求所述水泥的设计加入量Copt不小于3％、且不大于5％；
步骤7，若所述水泥的设计加入量Copt不满足要求，则返回步骤1重新进行设计；若所述水泥的设计加入量Copt满足要求，即完成所述基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比的设计。
优选地，步骤1中，所述骨架密室型级配中，粒径小于37.5mm的破碎砾石的质量占总质量的100％，粒径小于31.5mm的破碎砾石的质量占总质量的88％～100％，粒径小于19mm的破碎砾石的质量占总质量的60％～72％，粒径小于9.5mm的破碎砾石的质量占总质量的42％～52％，粒径小于4.75mm的破碎砾石的质量占总质量的26％～36％，粒径小于2.36mm的破碎砾石的质量占总质量的16％～26％，粒径小于0.6mm的破碎砾石的质量占总质量的9％～15％，粒径小于0.075mm的破碎砾石的质量占总质量的2％～6％。
优选地，步骤2还包括以下子步骤：
子步骤2a，将破碎砾石放置于温度为100-110℃的烘箱中烘干4-6小时至恒重；
子步骤2b，取烘干后的破碎砾石按照设计好的骨架密室型级配配制N份，每份的破碎砾石的总质量为4800-5200g；
子步骤2c，取其中一份配置好的破碎砾石，加入水泥并配制水泥稳定破碎砾石混合料，同时加入试验用水；
子步骤2d，将配制好的水泥稳定破碎砾石混合料分三次加入直径为15cm、高度为15cm的圆柱体试模中，并将装有水泥稳定破碎砾石混合料的圆柱体试模固定在振动击实仪上，开启振动击实仪振动100-120秒；
子步骤2e，用脱模器将试件脱出，用游标卡尺测量所述试件的至少4个点的高度，取平均值，计算试件的体积Vi，称取试件的质量mi，其中i为试件的个数，i＝1，2，3，...，N，N为自然数；
子步骤2f，将所述试件敲碎，用四分法取500g的水泥稳定破碎砾石混合料，并放置在100-110℃的烘箱中6-8小时，测定含水率ω1；
子步骤2g，按照下式计算所述试件的干密度ρdi
其中，mi为试件的质量，单位为g；Vi为试件的体积，单位为cm3；ω1为试件的含水率，单位为％；i为试件的个数，i＝1，2，3，...，N，N为自然数；
子步骤2h，重复子步骤2c-2g，得到一组含水量与干密度的实验数据，并通过所述实验数据计算得所述试件的最大干密度和最佳含水量。
优选地，步骤2中，所述水泥的加入质量为破碎砾石质量的3％～5％。
优选地，步骤3中，所述预定压实度为95-97％。
优选地，步骤3中，所述试件为直径为15cm、高度为15cm的圆柱体。
优选地，步骤6中，所述水泥稳定破碎砾石混合料应用于公路路面基层时，所述7d无侧限抗压强度设计标准大于6.0Mpa，所述7d劈裂强度设计标准大于0.65Mpa。
优选地，步骤6中，所述水泥稳定破碎砾石混合料应用于公路路面底基层时，所述7d无侧限抗压强度设计标准大于5.0Mpa，所述7d劈裂强度设计标准大于0.55Mpa。
优选地，步骤7中，若所述水泥的设计加入量Copt不满足要求，则返回步骤1重新进行设计，所述重新进行设计包括改变骨架密室型级配或者改变水泥的标号。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法中提出的振动试验方法较好地模拟了现场碾压工况，室内试验结果具有代表性和真实性，室内试件与现场芯样的力学相关性高达90％以上，能准确指导水泥稳定破碎砾石设计与施工；
(2)按照本发明的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法配制的水泥稳定破碎砾石混合料能较好地成型骨架密室型结构且不易离析，节约水泥20-40％，提高强度30％左右，具有强度高、抗裂性能与抗冲刷性能好等优点，极大减少甚至基本上解决了水泥稳定基层收缩开裂问题，可应用于高等级公路、干线公路的基层和底基层，社会经济效益显著。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法的流程图；
图2为本发明的实施例1中的水泥加入量为3.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图3为本发明的实施例1中的水泥加入量为3.5％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图4为本发明的实施例1中的水泥加入量为4.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图5为本发明的实施例1中的水泥加入量为4.5％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图6为本发明的实施例1中的水泥加入量为5.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图7为本发明的实施例1中的水泥加入量与7d无侧限抗压强度代表值的关系曲线；图中，横坐标为水泥加入量，单位为％；纵坐标为7d无侧限抗压强度代表值，单位为MPa；
图8为本发明的实施例1中的水泥加入量与7d劈裂强度代表值的关系曲线；图中，横坐标为水泥加入量，单位为％；纵坐标为7d劈裂强度代表值，单位为MPa；
图9为本发明的实施例2中的水泥加入量为3.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图10为本发明的实施例2中的水泥加入量为3.5％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图11为本发明的实施例2中的水泥加入量为4.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图12为本发明的实施例2中的水泥加入量为4.5％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3；
图13为本发明的实施例2中的水泥加入量为5.0％时，水泥稳定破碎砾石混合料的含水量与干密度的关系曲线图；图中，横坐标为含水率，单位为％；纵坐标为干密度，单位为g/cm3。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参照图1，本发明提供了一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，包括以下步骤：
步骤1，确定骨架密室型级配；所述骨架密室型级配中，粒径小于37.5mm的破碎砾石的质量占总质量的100％，粒径小于31.5mm的破碎砾石的质量占总质量的88％～100％，粒径小于19mm的破碎砾石的质量占总质量的60％～72％，粒径小于9.5mm的破碎砾石的质量占总质量的42％～52％，粒径小于4.75mm的破碎砾石的质量占总质量的26％～36％，粒径小于2.36mm的破碎砾石的质量占总质量的16％～26％，粒径小于0.6mm的破碎砾石的质量占总质量的9％～15％，粒径小于0.075mm的破碎砾石的质量占总质量的2％～6％；
步骤2，向按照所述骨架密室型级配配备的破碎砾石中加入水泥，配制水泥稳定破碎砾石混合料，通过振动击实试验确定所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量；
步骤3，设定预定压实度，再按照所确定的所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和预定压实度，采用振动成型试件方法制作所述水泥配制水泥稳定破碎砾石混合料的试件；
步骤4，将所述试件放置在温度为18-22℃、湿度为95％的标准环境下养生6d，再浸水1d，得养生后试件；
步骤5，测试所述养生后试件的7d无侧限抗压强度和7d劈裂强度，并通过测试结果分别计算7d无侧限抗压强度代表值和7d劈裂强度代表值；
步骤6，绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d无侧限抗压强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d无侧限抗压强度设计标准的最小水泥加入量Cc；绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d劈裂强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d劈裂强度设计标准的最小水泥加入量CS；取Cc和CS中的较大值作为水泥的设计加入量Copt，要求所述水泥的设计加入量Copt不小于3％、且不大于5％；
步骤7，若所述水泥的设计加入量Copt不满足要求，则返回步骤1重新进行设计；若所述水泥的设计加入量Copt满足要求，即完成所述基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比的设计。
实施例1
按照本发明提出的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法配制应用于路面基层的水泥稳定破碎砾石混合料，具体按照以下步骤进行：
(1)对不同粒径(19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm和0～4.75mm)的破碎砾石进行筛分，结果见表表3。
根据本发明提出的骨架密室型级配范围的要求，确定破碎砾石的比例为19～37.5mm：9.5～19mm：4.75～9.5mm：0～4.75mm为42：13：13：32，计算见表4。
表3破碎砾石的筛分结果
表4级配计算表
(2)采用42.5普通硅酸盐水泥，选取五种水泥的加入量：3％、3.5％、4％、4.5％与5％进行振动击实试验，振动击实的时间为120s，确定水泥稳定破碎砾石混合料的最佳干密度与最佳含水量，包括如下步骤：
1)将19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm的破碎砾石放置105℃±5℃的烘箱中烘干4～6h，使集料烘干至恒重；
2)取烘干的破碎砾石按照设计好的骨架密室型级配配置5份，每份的破碎砾石的总质量控制在5000g±200g左右；
3)取一份配好的烘干破碎砾石，加入3％的水泥，同时加入试验用水，试验的初次加水量为3％；
4)将拌合好的水泥稳定破碎砾石混合料分三次加入的圆柱体试模中，每次加入水泥稳定破碎砾石混合料后，通过捣棒围绕试模周边和中间插捣2～3圈；
5)将装入水泥稳定破碎砾石混合料的试模固定到振动实仪上，开启振动击实仪振动110s±10s；
6)用脱模器将试件脱出，用游标卡尺测量所述试件的至少4个点的高度，取平均值，计算试件的体积Vi，称取试件的质量mi，其中i为试件的个数，i＝1，2，3，4，5；
7)将试件敲碎，用四分法取一部分水泥稳定破碎砾石混合料，取出的水泥稳定破碎砾石混合料的质量控制在500g，并将其放置在100-110℃的烘箱中6-8小时，测定含水率ω1；
8)按照下式计算所述试件的干密度ρdi
其中，mi为试件的质量，单位为g；Vi为试件的体积，单位为cm3；ω1为试件的含水率，单位为％；i为试验次数，i＝1，2，3，4，5；
9)重复子步骤2)-8)，得到一组含水量与干密度的实验数据，以含水率为横坐标，干密度为纵坐标，绘制含水量与干密度的关系曲线图，如图2所示，并计算水泥加入量为3％时，水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量。
按照上述步骤分别确定水泥加入量为3.5％、4.0％、4.5％、5.0％时，含水量与干密度的关系曲线图，如图3-图6所示，并计算所得到的水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量，结果如表5所示。
表5不同水泥加入量的水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度与最佳含水量
水泥的加入量(％) 最佳含水量(％) 最大干密度(g/cm3)
3.0 4.3 2.423
3.5 4.3 2.425
4.0 4.3 2.427
4.5 4.4 2.429
5.0 4.4 2.432
(3)按照所确定的所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和预定压实度，预定压实度为95％，采用振动成型试件方法制作直径为15cm、高度为15cm的水泥稳定破碎砾石混合料的圆柱体试件，详细制作过程如下：
1)将19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm的破碎砾石放置在105℃±5℃的烘箱中烘干4～6h，使破碎砾石烘干至恒重；
2)通过振动击实试验确定的3.0％的水泥加入量的最佳含水量和最大干密度计算成型一个的试件的干破碎砾石集料的质量，配置一份骨架密室型级配的试件所需的破碎砾石集料，每个水泥加入量成型试件不少于6个；
3)取一份配好的烘干破碎砾石，加入相应3.0％水泥加入量的水泥并拌合；然后向水泥稳定破碎砾石混合料中加入水分，加水质量为振动击实法确定的最佳含水量(4.3％)；
4)将加入水泥与水拌合后的水泥稳定破碎砾石混合料均匀拌合，通过三次装入的圆柱体试模中，每次加入水泥稳定破碎砾石混合料后通过捣棒围绕试模周边和中间插捣2～3圈；
5)将装有水泥稳定破碎砾石混合料的试模固定在振动仪上，开启振动击实仪振动80s±10s；
6)用脱模器将试件脱出，用游标卡尺测得试件至少四个点的高度，其平均高度控制在150mm±0.2mm范围内为合格试件。
(4)将所成型的水泥稳定破碎砾石圆柱体试件放置在温度为(20±2)℃、湿度为95％的标准环境下养生6d、而后浸水1d。
(5)测试浸水后试件的7d无侧限抗压强度与7d劈裂强度，并计算95％保证率下的7d无侧限抗压强度代表值和7d劈裂强度代表值，结果如表6与表7。
表6水泥稳定破碎砾石混合料的7d无侧限抗压强度结果
水泥加入量(％) 平均值(MPa) 偏差系数(％) 代表值(MPa)
3.0 6.3 4.7 6.2
3.5 6.7 5.3 6.6
4.0 7.3 4.9 7.2
4.5 7.9 3.7 7.9
5.0 8.5 4.6 8.4
表7水泥稳定破碎砾石混合料的7d劈裂强度结果
水泥加入量(％) 平均值(MPa) 偏差系数(％) 代表值(MPa)
3.0 0.59 6.4 0.53
3.5 0.64 5.7 0.58
4.0 0.73 6.5 0.65
4.5 0.81 4.8 0.74
5.0 0.86 3.9 0.81
(6)分别绘制水泥加入量与7d无侧限抗压强度代表值的关系曲线、水泥加入量与7d劈裂强度代表值的关系曲线，如图7与图8所示。
(7)计算确定满足7d无侧限抗压强度设计标准(6.0MPa)的最小水泥剂量Cc为3％，满足7d劈裂强度设计标准(0.65MPa)的最小水泥剂量CS为4.0％。取两者的较大者作为水泥的设计加入量Copt为4.0％，满足不大于5.0％、且不小于3.0％的要求。
最终确定水泥加入量为4.0％，完成本实施例的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比的设计，且设计合理，本实施例的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计结果如表8所示。
表8水泥稳定破碎砾石混合料用于公路基层的配合比设计结果
实施例2
按照本发明提出的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法配制应用于路面底基层的水泥稳定破碎砾石混合料，具体按照以下步骤进行：
(1)集料筛分结果同实施例1，见表3。
并根据本发明提出的骨架密室型级配范围的要求，确定破碎砾石的比例为19～37.5mm：9.5～19mm：4.75～9.5mm：0～4.75mm为39：12：13：36，计算见表9。
表9级配计算表
(2)采用42.5普通硅酸盐水泥，选取五种水泥的加入量：3％、3.5％、4％、4.5％与5％进行振动击实试验，振动击实的时间为120s，确定水泥稳定破碎砾石混合料的最佳干密度与最佳含水量，具体步骤同实施例1。
确定水泥加入量为3.5％、4.0％、4.5％、5.0％时，含水量与干密度的关系曲线图，如图9-图13所示，并计算所得到的水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量，结果如表10所示。
表10最大干密度与最佳含水量
水泥加入量(％) 最佳含水量(％) 最大干密度(g/cm3)
3.0 4.4 2.412
3.5 4.4 2.417
4.0 4.4 2.419
4.5 4.4 2.421
5.0 4.5 2.424
(3)按照所确定的所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和预定压实度，预定压实度为97％，采用振动成型试件方法制作直径为15cm、高度为15cm的水泥稳定破碎砾石混合料的圆柱体试件，详细制作过程同实施例1。
(4)将所成型的水泥稳定破碎砾石圆柱体试件放置在温度为(20±2)℃、湿度为95％的标准环境下养生6d、而后浸水1d。
(5)测试浸水后试件的7d无侧限抗压强度与7d劈裂强度，并计算95％保证率下的7d无侧限抗压强度代表值和7d劈裂强度代表值，结果如表11与表12。
表11水泥稳定破碎砾石的7d无侧限抗压强度结果
水泥剂量(％) 平均值(MPa) 偏差系数(％) 代表值(MPa)
3.0 6.1 5.1 6.0
3.5 6.7 4.1 6.6
4.0 7.2 4.3 7.1
4.5 7.9 5.2 7.8
5.0 8.5 3.7 8.4
表12水泥稳定破碎砾石的7d劈裂强度结果
水泥剂量(％) 平均值(MPa) 偏差系数(％) 代表值(MPa)
3.0 0.53 4.5 0.49
3.5 0.63 6.1 0.56
4.0 0.67 3.8 0.63
4.5 0.75 2.4 0.72
5.0 0.87 5.4 0.79
(6)计算确定满足7d无侧限抗压强度设计标准(5.0MPa)的最小水泥剂量Cc为3％，满足7d劈裂强度设计标准(0.55MPa)的最小水泥剂量CS为3.5％。取两者的较大者作为水泥的设计加入量Copt为3.5％，满足不大于5.0％、且不小于3.0％的要求。
最终确定水泥加入量为3.5％，完成本实施例的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比的设计，且设计合理，本实施例的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计结果如表13所示。
表13水泥稳定破碎砾石混合料用于公路基层的配合比设计结果
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定骨架密实型级配；
步骤2，向按照所述骨架密实级配配备的破碎砾石中加入水泥，配制水泥稳定破碎砾石混合料，通过振动击实试验确定所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度和最佳含水量；
步骤3，设定预定压实度，再按照所确定的所述水泥稳定破碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和预定压实度，采用振动成型试件方法制作所述水泥稳定破碎砾石混合料的试件；
步骤4，将所述试件放置在温度为18-22℃、湿度为95％的标准环境下养生6d，再浸水1d，得养生后试件；
步骤5，测试所述养生后试件的7d无侧限抗压强度和7d劈裂强度，并通过测试结果分别计算7d无侧限抗压强度代表值和7d劈裂强度代表值；
步骤6，绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d无侧限抗压强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d无侧限抗压强度设计标准的最小水泥加入量Cc；绘制所述水泥的加入质量与所述养生后试件的7d劈裂强度代表值的关系曲线，并计算确定能够满足7d劈裂强度设计标准的最小水泥加入量CS；取Cc和CS中的较大值作为水泥的设计加入量Copt，要求所述水泥的设计加入量Copt不小于3％、且不大于5％；
步骤7，若所述水泥的设计加入量Copt不满足要求，则返回步骤1重新进行设计；若所述水泥的设计加入量Copt满足要求，即完成所述基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比的设计。
2.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤1中，所述骨架密实型级配中，粒径小于37.5mm的破碎砾石的质量占总质量的100％，粒径小于31.5mm的破碎砾石的质量占总质量的88％～100％，粒径小于19mm的破碎砾石的质量占总质量的60％～72％，粒径小于9.5mm的破碎砾石的质量占总质量的42％～52％，粒径小于4.75mm的破碎砾石的质量占总质量的26％～36％，粒径小于2.36mm的破碎砾石的质量占总质量的16％～26％，粒径小于0.6mm的破碎砾石的质量占总质量的9％～15％，粒径小于0.075mm的破碎砾石的质量占总质量的2％～6％。
3.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤2还包括以下子步骤：
子步骤2a，将破碎砾石放置于温度为100-110℃的烘箱中烘干4-6小时至恒重；
子步骤2b，取烘干后的破碎砾石按照设计好的骨架密实级配配制N份，每份的破碎砾石的总质量为4800-5200g；
子步骤2c，取其中一份配置好的破碎砾石，加入水泥并配制水泥稳定破碎砾石混合料，同时加入试验用水；
子步骤2d，将配制好的水泥稳定破碎砾石混合料分三次加入试模中，并将装有水泥稳定破碎砾石混合料的圆柱体试模固定在振动击实仪上，开启振动击实仪振动100-120秒；
子步骤2e，用脱模器将试件脱出，用游标卡尺测量所述试件的至少4个点的高度，取平均值，计算试件的体积Vi，称取试件的质量mi，其中i为试件的个数，i＝1，2，3，…，N，N为自然数；
子步骤2f，将所述试件敲碎，用四分法取500g的水泥稳定破碎砾石混合料，并放置在100-110℃的烘箱中6-8小时，测定含水率ω1；
子步骤2g，按照下式计算所述试件的干密度ρdi
ρ d i = m i V i · 1 1 + 0.01. ω i
其中，mi为试件的质量，单位为g；Vi为试件的体积，单位为cm3；ω1为试件的含水率，单位为％；i为试件的个数，i＝1，2，3，…，N，N为自然数；
子步骤2h，重复子步骤2c-2g，得到一组含水量与干密度的实验数据，并通过所述实验数据计算得所述试件的最大干密度和最佳含水量。
4.根据权利要求3所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤2中，所述水泥的加入质量为破碎砾石质量的3％～5％。
5.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤3中，所述预定压实度为95-97％。
6.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤3中，所述试件为直径为15cm、高度为15cm的圆柱体。
7.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤6中，所述水泥稳定破碎砾石混合料应用于公路路面基层时，所述7d无侧限抗压强度设计标准大于6.0Mpa，所述7d劈裂强度设计标准大于0.65Mpa。
8.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤6中，所述水泥稳定破碎砾石混合料应用于公路路面底基层时，所述7d无侧限抗压强度设计标准大于5.0Mpa，所述7d劈裂强度设计标准大于0.55Mpa。
9.根据权利要求1所述的基于振动试验的水泥稳定破碎砾石配合比设计方法，其特征在于，步骤7中，若所述水泥的设计加入量Copt不满足要求，则返回步骤1重新进行设计，所述重新进行设计包括改变骨架密室型级配或者改变水泥的标号。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107677797A (zh) * 2017-09-19 2018-02-09 山东东泰工程咨询有限公司 一种水稳基层配合比室内模拟验证试验方法
CN108101450A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 东南大学 一种水泥稳定基层材料及其设计方法
CN108333324A (zh) * 2017-12-22 2018-07-27 神华集团有限责任公司 一种利用泊松效应缓解路基冻胀变形的处治方法
CN109624071A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 中国建筑土木建设有限公司 一种明显减弱振动搅拌法制备水泥稳定碎石无侧限抗压强度混合料的骨料不均的方法
CN110954381A (zh) * 2019-11-19 2020-04-03 河南省公路工程局集团有限公司 一种水泥稳定碎石力学性能试验方法
CN115925342A (zh) * 2022-12-28 2023-04-07 福建省交通科研院有限公司 路面旧水泥混凝土就地破碎再生水稳层配合比优化方法
CN116029021A (zh) * 2022-12-21 2023-04-28 长安大学 基于结构与材料一体化的水泥稳定铁尾矿基层抗裂配合比设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06173210A (ja) * 1992-11-09 1994-06-21 Nippon Hodo Co Ltd 路盤強化方法
CN101653967A (zh) * 2009-09-17 2010-02-24 长安大学 基于振动试验法的抗裂型水泥稳定碎石配合比设计方法
CN104389253A (zh) * 2014-11-07 2015-03-04 长安大学 一种水泥稳定再生集料基层或底基层的设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06173210A (ja) * 1992-11-09 1994-06-21 Nippon Hodo Co Ltd 路盤強化方法
CN101653967A (zh) * 2009-09-17 2010-02-24 长安大学 基于振动试验法的抗裂型水泥稳定碎石配合比设计方法
CN104389253A (zh) * 2014-11-07 2015-03-04 长安大学 一种水泥稳定再生集料基层或底基层的设计方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107677797A (zh) * 2017-09-19 2018-02-09 山东东泰工程咨询有限公司 一种水稳基层配合比室内模拟验证试验方法
CN108101450A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 东南大学 一种水泥稳定基层材料及其设计方法
CN108333324A (zh) * 2017-12-22 2018-07-27 神华集团有限责任公司 一种利用泊松效应缓解路基冻胀变形的处治方法
CN108333324B (zh) * 2017-12-22 2021-04-02 神华集团有限责任公司 一种利用泊松效应缓解路基冻胀变形的处治方法
CN109624071A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 中国建筑土木建设有限公司 一种明显减弱振动搅拌法制备水泥稳定碎石无侧限抗压强度混合料的骨料不均的方法
CN110954381A (zh) * 2019-11-19 2020-04-03 河南省公路工程局集团有限公司 一种水泥稳定碎石力学性能试验方法
CN116029021A (zh) * 2022-12-21 2023-04-28 长安大学 基于结构与材料一体化的水泥稳定铁尾矿基层抗裂配合比设计方法
CN115925342A (zh) * 2022-12-28 2023-04-07 福建省交通科研院有限公司 路面旧水泥混凝土就地破碎再生水稳层配合比优化方法

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