水泥稳定碎石参考配合比设计.doc

水泥稳定碎石配合比设计

1.概述
四川毛滩电站在四川夹江县顺河乡境内青衣江干流上，是千佛岩电站至青衣江汇口河段推荐两级计划方案中第一级。采取河床式长尾水渠开发方法，工程开发任务为发电，兼顾浇灌、防洪、城镇工业、生活及景观用水。
左岸防洪堤道路沥青路面工程施工桩号为左防K2+101.7～K6+574.76，全长4473米，路面宽度为5～9.3米。道路设计采取水泥稳定碎石基层厚20cm、面层采取沥青混凝土路面，厚度为10cm，分两层施工，用摊铺机摊铺，压路机碾压、成型。
2. 配合比设计依据：
2.1《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-；
2.2《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-94；
2.3《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999
2.4《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346-
2.5《公路工程集料试验规程》JTJ058-
2.6《公路土工试验规程》JTJ051-93；
2.7《高速公路路面工程施工设计图》要求；
3. 设计资料：
3.1 左岸防洪堤顶道路是该电站物质运输通道和库区景观道路。基层水泥稳定碎石厚为20cm，7天无侧限（浸水）抗压强度要求值为3.0Mpa（A级交通道）。
3.2 水泥要求强度等级为32.5Mpa（初凝时间要求3h以上，终凝时间要求6h以上）一般硅酸盐水泥为宜；碎石集料压碎值小于30%；碎石集料中小于0.5mm颗粒材料液限小于28%，塑性指数小于9；碎石集料级配应符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-要求；如表1
适宜用水泥稳定颗粒组成范围 表1
结构层
经过下列方孔筛（mm）质量百分率
液限
塑性指数
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
（%）

基 层
100
90-100
72-89
47-67
29-49
17-35
8-22
0-7
<28
<9
注：集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075mm颗粒含量不应超出5%；细粒土无塑性指数时，小于0.075mm颗粒含量不应超出7%。
3.3 施工时混合料采取厂拌，铺筑现场采取摊铺机摊铺，一层碾压成型，基层
压实度指标按98%控制。
4.设计步骤
4.1原材料选定及检验
4.1.1水泥 ：采取铜陵水泥厂生产陵沪牌一般硅酸盐水泥，强度等级为32.5Mpa，经检验各项技术指标均满足相关规范和图纸设计要求，能够采取。其关键技术指标试验结果列入表2中。
水泥材料试验结果汇总表 表2
检验项目
要求值
检验结果
细度（%）
<10.0
4.2
安定性（沸煮，雷氏夹法）
合格
合格
初凝时间
>45min
3h25min
终凝时间
<10h
6h11min
抗压强度(Mpa)
3d
11.0
18.0
28d
32.5
42.0
抗折强度（Mpa）
3d
2.5
4.2
28d
5.5
6.8
4.1.2 粗、细集料 ：采取兴瑞石料场生产碎石，规格为：９.5～31.5(mm)、4.75～9.5(mm)和0～4.75(mm)石屑；碎石集料压碎值为21.3%，石屑中小于0.5(mm)粒料中液限为14.5%，塑性指数为2.0;含泥量：9.5～31.5(mm)为0.7%；4.75～9.5(mm)为2.2%;。对三种碎石材料进行筛分试验，依据筛分结果经计算级配满足设计要求，试算调整结果如表3 。
石料筛分和集料级配计算结果表 表3
集料组成

规格（mm）
拟用百分率
（%）
筛孔 （mm）
各级集料分计筛余百分率（%）
组成后级配
要求级配范围
经过率
（%）
(一)
（二）
（三）
分计筛余
（%）
累计筛余
(%)
经过率
（%）
9.5-31.5
4.75-9.5
0-4.75
30%
38%
32%
31.5
0
0
0
0
0
100
100
26.5
6.5
0
0
1.9
1.9
98.1
90-100
19
46.8
0
0
14.1
16.0
84.0
72-89
9.5
45.8
25.0
0
23.2
39.2
60.8
47-67
4.75
0.7
64.4
1.7
25.2
64.4
35.6
29-49
2.36
0
9.5
28.1
12.7
77.1
22.9
17-35
0.6
0
0
31.7
10.6
87.7
12.3
8-22
0.075
0
0
36.2
11.6
99.3
0.7
0-7
4.2 确定水泥剂量掺配范围
水泥稳定碎石路面基层，设计要求7天无侧限饱水抗压强度大于4.0Mpa，依据经验水泥剂量按4.5%、5.0%、5.5%三种百分比配制混合料，即水泥：碎石为； 4.5:100；5.0：100；5.5：100；
4.3 确定最好含水量和最大干密度
对三种不一样水泥剂量混合料做标准击实试验，确定出不一样水泥剂量混合料最大干密度和最好含水量；结果见表4
混合料标准击实试验结果表 表 4
水泥剂量（%）
4.5
5.0
5.5
最好含水量（%）
4.9
5.1
5.2
最大干密度（g/cm3）
2.36
2.37
2.37
4.4 测定7d无侧限抗压强度
4.4.1制作试件：水泥稳定碎石路面基层混合料强度试件制备，按现行技术规范要求采取一个水泥剂量水泥稳定碎石混合料按9个试件配制，工地压实度按98%控制，现将制备试件所需基础参数叙述以下：
配制一个水泥剂量一个试件所需要多种原材料数量
成型一个试件按6500g混合料配制，取碎石和水泥含水量为0%，先计算水泥剂量为5.0%多种材料用量：
水泥：6500*[5/（100+5）]=310g
集料：6500*[100/（100+5）]=6190g
需要加水：6500*5.1%=332g
4.4.2制备一个试件需要混合料数量：
m=vρdk(1+w0) =2651×2.37×98% (1+5.1%)=6471g
4.4.3用一样方法对水泥剂量为4.5%、5.5%混合料制备参数进行计算，计算结果列入表5中；

混合料试件制作计算汇总表 表5
水泥剂量（%）
4.5
5.0
5.5
试件干密度(g/cm3)
2.36
2.37
2.37
一个试件所需材料质量
(g)
水泥
264
293
321
碎
石
9.5～31.5mm(30%)
1760
1759
1751
4.75～9.5mm(38%)
2230
2229
2217
0～4.75mm(32%)
1878
1876
1868

需加水数量
300
314
320
一个试件混合料数量（g）
6432
6471
6477
附注 (1) 试件制作要求
1 试件规格Ф150mm 高１50mm；
2 最少试件数量：CV小于（10%—15%）时9个试件；
3 试验项目：
3.1 水泥必试项目； 3.4含泥量；
3.2粗、细集料筛分；压碎值； 3.5击实试验；
3.3石屑液塑限及塑性指数； 3.6无侧限抗压强度试验；
4. 试验仪器和设备：均符合标准、规范、试验规程要求，全部经过计量标定；
5. 汇报中相关数据：
5.1 配合比设计试验结果汇总表中计算数据均为试验结果算术平均值；
5.2配合比设计中，相关数据是经过数次试验经过优选确定，试配强度是以CV小于（10%—15%）确定；
4.4.4测定饱水无侧限抗压强度，试件经6d标准养生1d浸水，按要求方法测得7d饱水无侧限抗压强度；结果见表6。
抗压强度试验结果汇总表 表6
水泥剂量(%)
4.5
5.0
5.5
强度平均值R (Mpa)
4.3
4.9
5.2
强度标准差σ(Mpa)
0.33
0.42
0.41
强度偏差系数CV (%)
7.7
8.5
7.8
RC0.95(=RC-1.645*S) (Mpa)
3.8
4.2
4.5
是否满足公式RC0.95(=RC-1.645*S)
否
是
是

4.4.5 按《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-要求，依据本配合比试验数据配制水泥稳定混合料,进行了混合料延时成型试验；在延时两小时情况下强度和干密度损失后均满足设计要求。结果见表7
延时2 h最大干密度和抗压强度损失对照表 表7
项 目
延时前
延时后
损失量（%）
水泥剂量(%)
5.0
干密度(g/cm3)
2.37
2.32
3
RC0.95(=RC-1.645*S) (Mpa)
4.2
4.0
5
是否满足公式RC0.95(=RC-1.645*S)
是
是

附注(2)
1 养生条件：试件养生温度25±20C;相对湿度≥95%；标准养护6d，并在试验前浸水二十四小时；
2 抗压试验：加荷速度1mm/min；
4.5 确定试验配合比（目标配合比）：
经过以下方法确定水泥最好剂量。
4.5.1比较强度平均值和设计要求值，依据试验结果，水泥剂量为5.0%，5.5%试件强度代表值均满足且不低于4.0Mpa设计值要求。
4.5.2考虑到试验数据偏差和施工中确保率 ，对水泥剂量5.0% ，5.5%时强度数据经过公式 ：Rc0.95(= RC-1.645*S)验算，水泥剂量为5.0%和5.5%强度均能够满足设计强度指标要求。
4.5.3从工程经济性考虑，5.0%水泥剂量为满足设计强度指标最小水泥用量;满足规范要求路面基层抗压强度及压实度要求，故为此配合比最好水泥用量。
4.5.4试验室目标配合比综合确定为：
水泥：集料=5.0：100，混合料最好含水量为5.1%，最大干密度为2.37g/cm3,施工时压实度按98%控制。
4.6 确定生产配合比：
依据：《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-要求，视施工现场情况，对试验室确定配合比进行调整，对集中厂拌法施工，水泥剂量要增加0.5%，对粗粒土拌和，含水量要较最好含水量增大0.5%～1.0% ，所以经调整后得到生产配合比为：
水泥：集料=5.5：100，混合料最好含水量5.6%，最大干密度为2.37g/cm3，施工时压实度按98%控制。
附注 (3) ：在配合比设计计算时对集料含水量按烘干至恒重时零计，但在工地施工时集料含水量要依据实际情况，对上述生产配合比进行调整，得出最终施工配合比。
附注 (4) ：此次配合比设计原材试验和配合比试验汇报后附。
5. 配合比设计中应注意问题：
5.1骨架材料要求：强度关键是取决于基层材料质量。公路等级越高，对材料要求对应提升，关键是碎石本身硬度和强度，更关键是调整合理级配以提升混合料整体材料强度。
所以，集料颗粒最大粒径必需有限制（最大粒径不应超出31.5mm），颗粒愈大在拌合、整平和摊铺时机械轻易损坏，混合料更轻易产生离析现象，平整度也难以达成更高要求。所以，在现今普遍采取最大粒径较小基层材料。不过，给石料加工带来了难度，对应也增加了经济支出。所以，中国对低等级公路限制较宽。
但对一级公路和高速公路，因为对其使用性能要求高和投资大，应采取最大粒径较小集料，以适宜于大面积机械施工、确保施工质量和延长使用寿命。
5.2收缩性控制： 对高等级公路要注意水泥稳定碎石混合料这种半刚性材料早期产生收缩性，首先是水份蒸发而产生干缩程度，二是温度升高或降低而产生温度收缩程度。
水泥稳定碎石在基层铺成后，在不注意情况下还没有铺筑沥青面层就产生了干缩裂缝，就是按标准立即养护到期后没立即铺筑沥青面层，在太阳光下暴晒2-3d一样会产生干缩裂缝，这种裂缝危害性会向上扩展到面层，造成面层开裂。所以在铺筑沥青面层前采取方法预防半刚性材料干缩是个十分关键问题。半刚性基层材料温缩性大小大致和干缩性大小有相同规律，水泥稳定碎石中细粒土含量愈多，混合料温缩系数愈大。为此应控制小于0.075mm颗粒含量和集料中粘土含量。应尽可能不采取含有塑性指数细集料。达成控制混合料收缩系数增大目标。
水泥稳定粒料水泥剂量在（5.0-6.0）%时，其收缩系数最小；超出6%后，混合料收缩系数增大。为降低混合料收缩性应控制水泥剂量不超出6%。采取改善粒料级配，能够显著降低因水泥造成干缩，增加混合料强度和耐久性。
5.3 养生温度和延迟时间
5.3.1因为温度对水泥稳定土强度影响很大，原本不合格材料，因为养生温度过高而变合格，原本合格材料，因养生温度过低而试验不合格。所以必需在要求温度下养生，夏季和冬季全部必需采取必需方法控制标养室标准要求温度和湿度。
5.3.2延迟时间影响：所谓延迟时间是指混合料从加水到路面碾压终了时间，延迟时间对水泥稳定混合料强度和所能达成干密度有显著影响。延迟时间愈长，混合料强度和干密度损失越大，试验证实延迟2h，水泥稳定混合料干密度损失和抗压强度损失和延时前相比全部有显著下降。
所以应采取终凝时间长水泥，又要要求施工延迟时间。规范依据中国国情制订了延迟时间3-4h。为了能适宜确实定延迟时间,JTJ034-施工技术规范第2·7·2条要求在施工前必需做延迟时间对混合料强度影响试验，并经过试验确定应该控制延迟时间。
5.4拌适用水：凡人、畜饮用水均可用于水泥稳定混合料施工，遇有可疑水源时，应经过试验判定。
6. 结论
　　从该配合比设计结果观察，取5.5%水泥剂量，水泥稳定碎石强度已满足规范和设计要求，且成本较低。在设计中为了满足规范要求， 考虑到在实际施工中水泥自然损耗和水泥剂量离散对水泥稳定碎石强度整体效果影响。所以，在施工中增加了0.5%水泥剂量，同时为了降低集料离析采取了下料斗二次筛分，愈加好控制了混合料级配合理性。又严控原材料中粘土含量，尽可能降低小于0.075mm颗粒含量。采取标定后标准流量计添加拌合水，严禁超延时混合料上路等；充足降低了对水泥稳定混合料强度影响很多原因。从而使该配合比在应用中得到了理想质量和经济效果。
存在问题讨论
　　 这次试验是一次尝试，在现场试验室条件差、人员少情况下，怎样利用常规水泥稳定混合料试验器械进行沥青路面基层材料配合比设计，并使试验结果最大可能地靠近于实际施工结果，这将是我们深入研究问题。从而有利于优选施工配合比，节省施工成本、改善施工条件、提升施工速度，使水泥稳定混合料在公路基层施工中得到更广泛应用。

[参考文件] 公路工程混合料配合比设计和试验技术手册（）
作者：徐培华 王安玲

目 录

一、 概述
二、 配合比设计依据
三、 设计资料
四、 设计步骤
五、 配合比设计中应注意问题
六、 结论

水泥稳定
碎石配合比设计

工作单位： 北京城建道桥工程
作者姓名： 邱 冠 修
编制日期： 1月18日