水泥穩定碎石基層配合比設計分析

張 文 霞

(山西施宇公路工程質量檢測有限公司，山西 大同 037011)

1 材料性能的分析

水泥穩定碎石材料的性能直接影響著水泥穩定碎石的使用壽命，對材料的分析有助于提高配合比設計的合理性和實用性。

1.1 水泥的性能

采用山西省潞城市卓越水泥有限公司生產的礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5，技術指標見表1。

從表1中可以看出終凝時間為380 min，規范要求大于360 min且小于600 min[1]。終凝時間的長短對施工過程中的水泥穩定碎石是有一定的影響。這主要是考慮當地的施工環境，最遠施工距離造成的最大施工時間以及特殊情況下施工時間的長短。由于本工程只屬于改擴建工程，施工道路相對順暢、施工干擾較少。在滿足施工質量的前提下，可以與水泥廠結合確定終凝時間。結合當地的類似工程的經驗，確定終凝時間為380 min，屬于合理數據，便于施工。

水泥采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5，本身此種水泥與水反應的時候產生的水化熱較少，對于減少路面的裂縫是有利的一面。

水泥的3 d 抗壓強度為17 MPa,對水泥穩定碎石成型的時間有一定的影響。采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5，3 d膠砂強度在20 MPa～27 MPa之間，水泥劑量一般在3.8%左右的時候，7 d無側限抗壓強度一般在4.0 MPa～4.5 MPa附近，路面最早成型的時間一般為2.5 d～3 d。而采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5水泥劑量一般在4.0%左右的時候，7 d無側限抗壓強度一般在4.0 MPa～4.5 MPa附近，路面最早成型的時間一般為3 d。二者成型的時間大致相等。但是在路面產生裂縫的數量和成本造價方面，采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5具有一定的優勢，因此綜合考慮采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A32.5是有一定的合理性。

表1 水泥物理力學性能試驗結果

1.2 碎石的分析

該工程采用粗集料為潞城市鑫光工貿有限公司生產的19 mm～26.5 mm，9.5 mm～19 mm，4.75 mm～9.5 mm碎石；細集料采用潞城市鑫光工貿有限公司生產的0 mm～4.75 mm石屑；水采用飲用水。碎石的壓碎值為21.5%，石灰巖碎石的壓碎值一般為17%～19%之間，說明此種巖石在施工過程中容易產生一些碎末。針片狀為9.8%，說明顆粒比較方正。粗集料小于0.075 mm顆粒含量最大為0.8%。說明粗集料比較潔凈，細集料塑性指數為3，說明材料的雜質較少。小于0.075 mm顆粒含量為10.8%，粉塵含量也符合規范要求，屬于較好的材料。綜合分析碎石的質量比較穩定，唯一的缺陷就是粗集料碎石的壓碎值偏大一些，因此在施工過程中要考慮碾壓工藝的影響。

2 目標配合比設計的分析

根據JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則和《山西省黎城(冀晉界)至長治公路改擴建工程兩階段施工圖設計(第一冊)》的要求，上基層水泥穩定碎石目標配合比為碎石混合料中外摻4.0%水泥劑量，碎石混合料比例為19 mm～26.5 mm碎石∶9.5 mm～19 mm碎石∶4.75 mm～9.5 mm碎石∶石屑=18∶19∶27∶36，其最大干密度為2.350 g/cm3，最佳含水率為5.0%，施工時的壓實度按不小于98%控制。設計的合成級配見表2。

表2 水泥穩定碎石設計的合成級配數據表

以上數據符合常規的實踐數據，級配設計方面19.0 mm篩孔的通過量在82.7%。路面大顆粒不易聚集。4.75 mm，2.36 mm篩孔通過量的數值說明粗細集料搭配合理。0.075 m顆粒的通過量為4.0%，說明粉塵含量較少，有利于減少路面的裂縫，因此設計配合比合理。

3 生產配合比設計的分析

生產配合比是接近生產的最后一步，控制施工參數也是確保生產的關鍵因素。生產配合比階段對材料的穩定性以及上料速率進行標定成為質量控制的第一個基礎要點。調試上料速率的時候注意對拌和機設定的技術參數、輸送帶的輸出量大小進行觀察。對于電機外殼的溫度、皮帶的偏移量、磨損量、上料順序進行監測，以上措施都是保證冷料上料速度的均勻性。第二個基礎要點是控制水泥劑量延遲時間、EDTA消耗量以及最佳水泥劑量強度和干密度的變化情況。根據延遲時間—強度、密度關系曲線，當混合料放置1 h，混合料的強度與干密度的變化不是很明顯。當放置3 h后混合料的強度及干密度有所降低但幅度不大。當放置5 h后混合料的強度及干密度顯著降低。所以施工期間延遲時間應控制在3 h左右。

在施工過程中水泥穩定碎石的含水量要求在最佳含水量±0.5%的偏差，這樣我們是在5.0%的最佳含水量的情況下進行的，因此在施工過程中還要考慮含水量波動的最低和最高限強度和密度的變化情況、車輛的運距的長短、當地的風力以及氣溫狀況。本設計在目標配合比中5%的最佳含水量時混合料無側限抗壓強度代表值為4.6 MPa,在施工的過程中最佳含水量以控制在最佳含水量的下限，但是同時要考慮混合料延遲時間對強度和密度的影響。施工過程中由于施工碾壓機械的壓實功要大于室內實驗的擊實功。另外也要確定施工機械碾壓組合的過程中要考慮石料的壓碎值狀況，因此在施工過程中控制最佳含水量為4.7%～5.1%為宜。

通過以上配合比設計需要在試驗路段上鋪筑試驗段，驗證室內混合料設計的準確性、驗證施工工藝的合理性、驗證機械組合的可靠性。通過試驗段存在的問題進行調整。我們的實驗路段通過質量檢測數據都符合設計要求，施工過程設備運行穩定、材料規格穩定。經過7 d以后路面取芯，芯樣完整。經過6個多月的觀察，路面無明顯裂縫，施工效果良好。同時也證明了設計的水泥穩定碎石配合比的合理性和科學性。

4 結語

本文結合長邯高速公路改擴建工程對水泥穩定碎石配合比進行設計分析，得到以下觀點：

1)結合當地材料的狀況選擇合理的水泥品種。

2)針對當地材料的特點，適當調整施工過程中技術參數減少材料的不利性。

3)目標配合比設計的合成級配以及最佳含水量和最佳灰劑量都符合規范要求，和以往類似的工程配合比比較接近，具有一定的可靠性。

4)生產配合比設計過程中注意拌和樓設備對施工質量的影響，進一步完善施工配合比。

5)通過試驗段完善驗證配合比的可行性。