CN109709095A - 一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，通过采用多级骨架嵌挤设计法设计水泥稳定碎石混合料的粗集料、采用骨架填充的方法设计混合料的细集料；采用5％的42.5级早强水泥替代缓凝水泥拌和水泥稳定碎石混合料；密封试件后在95℃恒温水浴中养生1‑6小时，包裹后切割避免掉角。本发明克服了水泥稳定碎石混合料凝结时间长、强度上升速度慢、切割时边角掉料的问题，可在当天级配设计后，及时得出骨架嵌挤状态，为水泥稳定碎石混合料试验、设计人员提供很好的辅助作用。该处理方法简单、有效，可大面积推广使用。

Description

一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法

技术领域

本发明属于水泥检测技术领域，特别涉及一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法。

背景技术

随着水泥稳定碎石基层在工程中的广泛使用，发现水泥稳定碎石基层早期出现了比柔性基层沥青路面多而密的裂缝。裂缝的存在会使水危及整个路基路面结构，还会引起沥青面层较快出现网裂、坑槽等病害。因此，对水泥稳定碎石基层铺装的路面造成了潜在危险。水泥稳定碎石在温、湿变化作用下产生较大的收缩变形是导致基层裂缝及反射裂缝的主要原因。为了改善水泥稳定碎石基层抗裂性能，采用密实骨架结构水泥稳定碎石基层将具有良好抗裂性能。

在传统的沥青混合料设计方法中，通常用压实密度评价压实效果，比较各种压实方法之间的差异，压实密度是一个统计概念下的平均数值，无法用来精确地分析判断压实过程中集料颗粒的排列状况，众所周知，经典的集料级配设计依赖于堆积与填充的理论假设，颗粒被段定为均匀粒径的球体，而集料的实际形状接近于立方体的多面体。混合料的压密过程是集料在压力作用下紧密排列的过程，按照填充理论，几何形状不规则的粗集料多为长形颗粒，存在一个最大“长轴”，集料颗粒只有在长轴取向排列状态下才有可能获得最大填充率，集料排列才能够进入“稳定状态”。水泥稳定碎石路面的碾压过程与车量交通补充压实具有明确的方向性，集料颗粒的长轴排列取向程度将直接影响材料密实度和稳定性。研究表明，粗集料构成混合料的骨架结构，其排列取向是重要因素。

日本北海道大学在上世纪80年化进行过类似研究，其研究目的是分析车辙形成过程中集料排列的变迁，并采用手工计数，工作量大而不准，以后未见相关报道，美国联邦公路局于90年后期组织SIMAP小组采用辐射成像技术研究，由于获取数字图像手段不同，目前仅限于分析沥青混合料中空隙的分布排列。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，解决水泥稳定碎石混合料骨架嵌挤状态不能当天测试并评价的问题，可避免水泥稳定碎石混合料在铺筑过程中级配嵌挤状态7天后方可确定而导致延迟严重的问题。

一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，包括以下步骤：

(1)采用多级骨架嵌挤设计法设计水泥稳定碎石混合料的粗集料、采用骨架填充的方法设计混合料的细集料；

(2)采用5％的42.5级早强水泥替代缓凝水泥拌和水泥稳定碎石混合料；

(3)用塑料袋对试件打包密实以避免养生用高温水进入试件；

(4)在95℃恒温水浴中养生1-6小时，水位高度以全部浸没试件高2cm为准；

(5)采用切割机以最大面切开试件，切割试件时，以布条包裹试件，以防止试件切割表面掉粒或掉边；

(6)观察试件截面粗集料的骨架嵌挤情况，用照相机拍摄断面，采用专业分析软件分析粗集料的分布，分析粗集料的分布状态。

优选的，步骤(1)中，粗集料设计时采用骨架嵌挤的设计方法逐级振实试验，得出各档集料间的最佳骨架比例，再通过骨架空隙填充原则设计3-5mm、0-3mm集料的掺配比例。

优选的，步骤(5)中，采用顶到底切割，必须对切割面左右侧进行宽布条捆扎，布条宽度不小于2cm，保证在切割过程中水泥稳定碎石混合料的边角不得过多掉角。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1)骨架嵌挤设计法设计水泥稳定碎石混合料的粗集料：避开了捣实、松装级配设计方法设计的水泥稳定碎石混合料与实际铺筑的水泥稳定碎石混合料级配相差较大的问题，运用粗集料振实密度与路面压实后粗集料密度相近和粗集料间非填充、实为嵌挤的原理，采用最大粒径集料与次大一级集料进行振实嵌挤，建立两档集料合成密度与较小一级集料掺配比例的曲线关系，找出最大密度时对应的较小一级集料的掺量，以此两档集料按最佳质量混合后，作为一档集料，再以再小一级集料嵌挤，求出再小一级集料最佳掺量，以此类推，最终求出5-10mm以上各档集料的最佳密实级配比例。由于3-5mm集料具有很小的粒径，无法在粗集料中合理的嵌挤，存在3-5mm集料在粗集料中“下漏”的特性。

2)采用5％的42.5级早强水泥替代缓凝水泥拌和水泥稳定碎石混合料：水泥稳定碎石混合料一般采用4％～5％的32.5级缓凝水泥，本发明采用高剂量的42.5级早强水泥拌和的水泥稳定碎石混合料具有早期强度高、试件切割抵抗啃边掉角能力强的特点。

3)用塑料袋对试件打包密实：使水泥稳定碎石试件在养生过程中不被水浸泡，保证养生时传热割水。

4)采用95℃恒温水浴养生时，既具有很高的养生温度，又可使热水不至于沸腾，可使试件在1～6小时内养生强度达到5～7MPa的设计要求。(特重交通基层无侧限抗压强度要求为5～7MPa)

5)切割试件时，以布条包裹试件，以防止试件松散：在切割试件时，采用顶到底切割，必须对切割面左右侧进行宽布条捆扎，布条宽度不小于2cm，保证在切割过程中水泥稳定碎石混合料的边角不得过多掉角。

6)观察试件截面粗集料的骨架嵌挤情况，用照相机拍摄断面，采用专业分析软件分析粗集料的分布，分析粗集料的分布状态，必要时可在设计当天对骨架进行调整。”其特征在于，级配是水泥稳定碎石混合料的重要指标，通过照片对混合粗集料骨架间隙、骨架干涉、骨架接触度的分析，得出骨架的嵌挤状态优劣。本方法可实现水泥稳定碎石混合料级配不超6个小时检验、调整，避免了水泥稳定碎石试件养生7天切割后，观察级配时，因时间过长无法实现级配及时断面控制的缺陷。

附图说明

图1是基层用水泥稳定碎石合成级配图。

图2是水泥稳定碎石试件绑扎方法示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

(1)选用20-25mm、10-20mm、10-15mm、5-10mm、3-5mm石灰岩碎石、0-3mm石屑，采用骨架嵌挤设计法设计水泥稳定碎石混合料的粗集料、采用骨架填充的方法设计混合料的细集料。骨架嵌挤设计法设计时采用骨架嵌挤的方法逐级振实试验，得出各档集料间的最佳骨架比例，再通过骨架空隙填充原则设计3-5mm、0-3mm集料的掺配比例。集料筛分结果见表1，骨架振实设计集料比例为见表2，合成级配图见图1。

表1集料筛分结果

表2骨架振实设计集料比例

试验次数	集料比例	振实后最佳比例
			1	20-25mm：10-20mm	1：0.92
2	20-25mm+10-20mm：10-15mm	1：0.76
			3	20-25mm+10-20mm+10-15mm：5-10mm	1：0.32

(2)采用5％的42.5级早强水泥拌和水泥稳定碎石混合料。拌和用水泥采用42.5级早强水泥代替32.5级缓凝水泥，保证混合料快速的凝结。

(3)用塑料袋对试件打包密实，不得使养生用高温水进入试件。

(4)采用95℃恒温水浴养生N、N+1、N+2小时；水位高度全部浸没试件高出2cm为准。为保证养生试件在特重交通等级下，满足5～7MPa的强度要求，先取部分试件进行无侧限抗压强度试验，平行试验13个，试验结果见表3。

表3养生N、N+1、N+2小时后试件抗压强度结果

养生时间(h)	平均最大荷载(KN)	抗压强度(MPa)
			N	81.0	4.6
N+1	88.0	5.1
			N+2	126.6	7.2

为防止试件强度的变异，产生不满足强度要求的试件，结合不过度增加试验时间的原则，养生时间选择N+1.5即可。

(5)采用切割机切开试件，检验试件内部骨架嵌挤情况和密实情况。切割时，用布条包裹切割面的两端，以防止切割过程中表面掉粒、掉边。切割可横向、纵向均可，建议纵向切割，纵向切割面略大。切割见图2。

(6)分析试件截面粗集料的骨架嵌挤情况，同时采用照相机拍摄断面，采用专业分析软件分析粗集料的分布，通过照片对混合粗集料骨架间隙、骨架干涉、骨架接触度的分析，得出骨架的嵌挤状态优劣。可在设计当天对集料的比例进行合理微调。

本发明是在水泥稳定碎石配合比设计过程中，对级配状态进行进一步检验，解决了水泥稳定碎石混合料级配嵌挤状态检验等待时间过长的问题(等待7天养生期)，可在4小时内完成试件成型、养生、切割、级配嵌挤状态验证，具有及高的时效性，克服了水泥稳定碎石混合料凝结时间长、强度上升速度慢、切割时边角掉料的问题，可在当天级配设计后，及时得出骨架嵌挤状态，为水泥稳定碎石混合料试验、设计人员提供很好的辅助作用。该处理方法简单、有效，可大面积推广使用。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用多级骨架嵌挤设计法设计水泥稳定碎石混合料的粗集料、采用骨架填充的方法设计混合料的细集料；

(2)采用5％的42.5级早强水泥替代缓凝水泥拌和水泥稳定碎石混合料；

(3)用塑料袋对试件打包密实以避免养生用高温水进入试件；

(4)在95℃恒温水浴中养生1-6小时，水位高度以全部浸没试件高2cm为准；

(5)采用切割机以最大面切开试件，切割试件时，以布条包裹试件，以防止试件切割表面掉粒或掉边；

(6)观察试件截面粗集料的骨架嵌挤情况，用照相机拍摄断面，采用专业分析软件分析粗集料的分布，分析粗集料的分布状态。

2.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，其特征在于，步骤(1)中，粗集料设计时采用骨架嵌挤的设计方法逐级振实试验，得出各档集料间的最佳骨架比例，再通过骨架空隙填充原则设计3-5mm、0-3mm集料的掺配比例。

3.根据权利要求1或2所述的水泥稳定碎石混合料快速养生级配嵌挤状态评价方法，其特征在于，步骤(5)中，采用顶到底切割，必须对切割面左右侧进行宽布条捆扎，布条宽度不小于2cm，保证在切割过程中水泥稳定碎石混合料的边角不得过多掉角。