周永軍

(四川交投建設工程股份有限公司)

水泥穩(wěn)定級配碎石最大干密度影響因素研究

周永軍

(四川交投建設工程股份有限公司)

最大干密度是水泥穩(wěn)定級配碎石施工過程中質(zhì)量控制的重要參數(shù)，直接決定基層壓實度的大小，而壓實度是反映基層內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵性指標。本文研究了材料密度、含水率、混合料級配對最大干密度的影響，為提高水穩(wěn)基層施工質(zhì)量提供了重要依據(jù)。

基層；最大干密度；影響因素

1、引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，交通組成復雜化，交通量也越來越大，這對道路施工質(zhì)量的要求也越來越高。底基層、基層是高級路面主體，是路面抵抗車輛荷載作用的主要承重層。底基層、基層施工質(zhì)量好壞對路面的使用壽命及服務水平將起決定作用。為了滿足高速公路重交通的使用要求,路面底基層、基層必需具備抗壓強度高,整體穩(wěn)定性好,抗疲勞能力強的特點。實踐證明用水泥穩(wěn)定級配碎石、二灰碎石鋪筑的路面基層、底基層都具備抗壓強度高整體穩(wěn)定性好，抗疲勞、壽命長的優(yōu)點。因此水泥穩(wěn)定級配碎石、二灰碎石已成為我國高速公路路面工程中理想的基層、底基層材料。最大干密度是水泥穩(wěn)定級配碎石、二灰碎石施工過程中質(zhì)量控制的重要參數(shù)，其直接決定了基層壓實度的大小，是反映基層內(nèi)在質(zhì)量的一項重要技術(shù)指標，因此在施工中必須嚴格控制。若基層壓實度不夠，會導致基層的抗壓能力不足，影響其路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗疲勞性，主要表現(xiàn)基層開裂，裂縫反射到瀝青面層上，導致瀝青路面開裂，大大降低瀝青路面的使用性能。本文以遂寧至廣安高速公路項目為依托，通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場施工檢測等技術(shù)手段，研究了材料密度、含水率、混合料級配對最大干密度的影響。

2、原材料技術(shù)指標

本項目基層集料采用涪江5cm以上卵石經(jīng)顎破、反擊破和沖擊破后，然后依次通過28mm、22mm、16mm、11mm、6mm、3mm的振動篩篩分成。

碎石采用遂寧涪江卵碎石，分 19-26.5mm、13.2-19mm、9.5-13.2mm、4.75-9.5mm、2.36-4.75mm和0-2.36mm六種規(guī)格，均水洗，其中0-2.36mm為機制砂。水泥均采用四川蓬溪青山水泥建材有限公司生產(chǎn)的緩凝P.C32.5水泥。各級碎石經(jīng)篩分后，級配見表1。

各級集料篩分級配 表1

3、混合料組成設計

根據(jù)各級集料的篩分結(jié)果，參照相關(guān)規(guī)范及以往施工的成功經(jīng)驗，經(jīng)摻配設計后，確定基層材料的比例為 19-26.5mm:13.2-19mm:9.5-13.2mm:4.75-9.5mm：2.36-4.75mm:0-2.36mm=18:18:13:14:11:26，合成級配如表2及圖2-1所示。

集料合成級配 表2

圖2-1 設計礦質(zhì)混合料級配組成曲線

4、最大干密度的確定

采用上述摻配的級配碎石，按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》的規(guī)定制備樣品，摻入水泥，采用振動成型方法進行室內(nèi)試驗。初定水泥劑量分別為2.8%、3.2%、3.5%（外摻），水的摻量從小至大依次采用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%。經(jīng)試驗、計算和制圖可獲得不同水泥劑量下最佳含水率，以及所對應的最大干密度。圖4-1至4-3為水泥劑量分別為2.8%、3.2%、3.5%的兩組平行試驗含水率與干密度曲線圖。3種不同水泥劑量下的最佳含水率及最大干密度結(jié)果見表3。

圖4-1 水泥劑量為2.8%兩組平行試驗含水率與干密度曲線

圖4-2 水泥劑量為3.2%兩組平行試驗含水率與干密度曲線

圖4-3 水泥劑量為3.5%兩組平行試驗含水率與干密度曲線

不同水泥劑量下最佳含水率及最大干密度 表3

從表 3可以看出，隨水泥劑量的增大，所對應的最佳含水率相應的增大，而混合料的最大干密度也增大，三者表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。在往水泥碎石混合料中加水時，水一部分用來參加了水化反應，一部分作為各顆粒之間的潤滑劑，同時在操作過程中蒸發(fā)損失部分水，因此隨水泥劑量的增加，最佳含水率增大。水泥的比重大，同時水泥作為填料填入混合料縫隙，成型試件的空隙減小，密度增大。由上可知試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果一致。

為了研究現(xiàn)場施工工藝對成型后水穩(wěn)混合料最大干密度的影響，并驗證現(xiàn)場的最大干密度與室內(nèi)結(jié)果是否一致，采用室內(nèi)設計的混合料及試驗確定的最佳含水率（施工時，水泥劑量采用3.2%，含水率比最佳含水率大0.5-1.0%）鋪筑試驗路。對試驗路實際鋪筑的混合料級配、水泥劑量及最大干密度進行了檢測。試驗路實測混合料級配見表4。

試驗路實測混合料級配 表4

經(jīng)檢測，3次取樣采用EDTA滴定法進行滴定試驗，獲得混合料的灰劑量分別為3.3%、3.1%、3.1%，與設計水泥劑量基本一致。對各碾壓遍數(shù)下混合料的干密度進行了檢測，結(jié)果見表5所示。

碾壓遍數(shù)與干密度 表4

從表4可看出，開始階段，水穩(wěn)混合料干密度隨振動碾壓遍數(shù)的增加而變大，在第 5遍達到最大值，繼續(xù)碾壓干密度下降。據(jù)此可確定該基層試驗段的最大干密度為 2.363g/cm3，最佳含水率為 4.6%，作為本合同段底基層施工時的壓實度控制標準。

試驗段混合料的級配、灰劑量和室內(nèi)振動壓實試驗的結(jié)果基本一致，但是干密度相差很大，主原因是現(xiàn)場的碾壓功超過室內(nèi)振動壓實試驗的壓實功。為了切實控制現(xiàn)場的施工質(zhì)量，因此采用試驗路現(xiàn)場的干密度作為最大干密度作為施工過程的壓實控制標準。

5、最大干密度的影響因素

下面將通過對遂寧至廣安高速公路施工現(xiàn)場及室內(nèi)試驗的數(shù)據(jù)進行分析，主要從材料密度、含水率、混合料級配等方面研究最大干密度的影響因素。

5.1 材料密度對干密度的影響

水泥穩(wěn)定級配碎石是由碎石和水泥、水組合而成，其干密度的大小取決于材料的密度和其組成比例。本次研究采用了甲、乙2種碎石材料，設計同樣的級配，并使用同一水泥進行試驗。試驗結(jié)果見表5。

甲、乙類集料最大干密度對比 表5

從表 5可知，在相同的結(jié)合料劑量條件下，甲類碎石混合料材料密度普遍低于乙類碎石混合料材料密度，最終乙類混合料得到的最大干密度大于甲類混合料得到的最大干密度。因此混合料材料密度越大、比例越高，最終的干密度也就越大。

5.2 混合料含水率對干密度的影響

為獲得水泥混合料含水率對其干密度的影響規(guī)律，通過室內(nèi)試驗對不同水泥劑量下的混合料采用振動成型法進行了試驗，并對不同水泥劑量混合料的含水率與干密度進行統(tǒng)計，結(jié)果見表6。

不同水泥劑量的含水率與干密度關(guān)系 表6

從表 6知：當水泥混合料的含水率未達到最佳含水率時，干密度隨含水率的增加，但當水泥混合料的含水率達到最佳含水率后，隨著混合料含水率的增加，干密度會有所降低。從機理上分析：碎石的填充效果是要通過壓路機的碾壓來實現(xiàn)，在碾壓過程中，合理的含水率，可以對石料外表面起到較好的潤濕，具有一定的潤滑作用，便于現(xiàn)場壓實；當含水率較大時，碾壓石料時，又會產(chǎn)生相對滑移，壓實效果又會降低，如施工過程中出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。因此在實際工程中，要得到最大干密度、最大壓實效果，應在最佳含水率下進行壓實。

5.3 混合料級配對最大干密度的影響

從室內(nèi)試驗和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析來看，混合料級配對干密度的影響也比較明顯。級配理論可將水泥穩(wěn)定級配碎石密實的原理解釋為大料的空隙用小料填充，小料之間的空隙用更小的料填充，碎石的級配合理時，其填充的比較密實，干密度會變大。室內(nèi)試驗及現(xiàn)場檢測表明2.36-4.75mm碎石、小于0.075mm顆粒（粉塵）的含量對水泥穩(wěn)定級配碎石干密度的影響比較其它各級料更為明顯。當合成級配中 2.36-4.75mm碎石含量較小時，碎石的嵌擠效果明顯增強，干密度也會隨之增大。在本項目的施工中，在水泥穩(wěn)定級配碎石合成級配中 2.36-4.75mm的碎石只有8%左右，其干密度達到2.382g/cm3，現(xiàn)場的施工質(zhì)量也明顯增強，骨架作用提高，強度增大。小于0.075顆粒（粉塵）含量增大，粉塵的填充效果增強，干密度也會增大。而水泥穩(wěn)定級配碎石合成級配中2.36-4.75mm的集料超過12%時，成型后的混合料干密度明顯下降，2.36-4.75mm含量為14%的混合料對應的干密度為2.347g/cm3。

6、結(jié)論

通過對設計水泥穩(wěn)定碎石的室內(nèi)試驗及試驗鋪筑研究，獲得如下結(jié)論：

1）碎石材料的密度越大，成型后混合料的最大干密度越大。

2）當混合料處于最佳含水率時，其干密度為最大干密度。因此施工時含水率應該嚴格控制。

3）混合料的級配越接近骨架密實型級配，合成級配減少2.36-4.75mm集料的的含量，所得的干密度越大，基層的壓實度越大。

4）現(xiàn)場施工時存在最合理的碾壓遍數(shù)，此時混合料的干密度達到最大，其值大于室內(nèi)試驗所獲的最大干密度。

[1]《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）

[2]《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）

[3]唐建亞.水泥穩(wěn)定碎石基層壓實度影響因素的試驗研究.公路工程.2013.(12)

[4]熊向輝.高速公路瀝青路面半剛性基層研究.長安大學.2007.(06)

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1007-6344（2017）02-0012-03