黑龙江西部地区水泥稳定砂砾基层混合料组成设计

赵文美，程培峰

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.东北林业大学)

黑龙江西部地区水泥稳定砂砾基层混合料组成设计

赵文美1，程培峰2

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.东北林业大学)

半刚性基层材料以其优越的路用性能成为我国高速公路基层结构的主要形式，但路面的冰冻强度损失一直是影响其品质的重大问题。针对黑龙江省寒冷的气候特点，通过冻融循环试验对水泥稳定砂砾材料特性影响的研究，表明适当增加水泥剂量能够提高混合料的抗压、抗冻性能，骨架密实结构类型的混合料的抗冻性能最优，综合考虑试验室及现场混合料强度形成条件的差异，推荐该地区采用天然砂砾、1～3碎石、2～4碎石质量比为70∶10∶20的骨架密型基层配比方案，水泥剂量依据工程实际情况和具体要求确定。

水泥稳定砂砾;组成设计;抗压强度;冻融循环

1 绪论

1.1 问题的提出

随着公路建设的不断深入，国内外对半刚性基层在公路工程中的应用也越来越重视。而半刚性基层的材料组成是影响其使用性能的主要因素，国内外的专家学者对水泥稳定类材料已经做了大量的实验研究，但是对于水泥稳定粒料在低温条件下的强度及收缩性能的试验研究，尚处于研究阶段，因此，进一步研究低温条件水泥稳定粒料的强度及收缩性能，并提出一个较为完善的路面基层材料组成设计方案，对该地区的公路建设事业具有重要的意义。

1.2 研究内容及方法

1.2.1 主要研究内容

(1)搜集并分析国内外相关资料，确定研究方案和试验方法;(2)原材料性质的测定与分析;(3)水稳砂砾配合比设计;(4)冻融循环试验及抗冻性能分析。

1.2.2 技术路线

研究采用理论分析与试验研究相结合、室内试验与现场试验相结合的方法。

2 原材料性能及指标

2.1 集料

根据《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)对集料压碎值性能指标的要求，进行集料压碎值试验，所得性能指标如表1所示。

表1 集料技术指标值

2.2 水泥

水泥采用哈尔滨生产的天鹅牌32.5普通硅酸盐水泥，主要技术性质如表2所示。

表2 水泥的技术性质

3 水泥稳定砂砾配合比设计室内试验

3.1 筛分试验

设计通过调整混合料的级配，配制出四种级配的混合料，级配组成见表3。

表3 级配组成

3.2 击实试验

根据初步确定的集料级配，分别计算出基层在不同级配、不同水泥剂量下的最佳含水率与最大干密度，以骨架密实结构为例，结果见表4和图1。

表4 击实结果

图1 含水量—干密度曲线图

3.3 无侧限抗压强度试验

根据击实试验所确定的最大干密度和最佳含水率，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)所规定的方法静压成型制件。将饱水 24 h后的试件以约1 mm/min的等加载速率进行抗压强度试验。

3.3.1 集料级配对水泥稳定砂砾强度的影响

表5 集料级配与无侧限抗压强度

3.3.2 水泥剂量对水泥稳定砂砾强度的影响

由已确定的最优级配—骨架密实结构级配，分别进行击实试验以得到水泥剂量分别为4.5%、5.0%、5.5%、6.0%时的最佳含水率和最大干密度，并按最佳含水率和计算干密度制备试件。试件标准养生6 d并浸水24 h后进行无侧限抗压强度试验，最后按平均抗压强度不小于设计强度的要求确定最优级配的水泥剂量。各项试验结果如表6。

表6 水泥剂量与无侧限抗压强度

结果显示，随着水泥用量的增加，其7 d无侧限抗压强度和28 d无侧限抗压强度都有所提高，可见适当的提高水泥剂量可增加混合料的抗冻性能。

3.3.3 密实度对水泥稳定砂砾强度的影响

选取抗压性能较好的GM结构水泥剂量为6%，制备压实度分别为K=100%、K=98%、K=95%、K=90%的试件，并观测其7 d和28 d无侧限抗压强度。

从表7可以直观看出，试件强度随着压实度的增加而增加，在K=98%之前，随压实度的增加，强度增加较为迅速;随着压实度的增加，超过K=98%之后，强度增加较为缓慢。

表7 压实度与无侧限抗压强度强度

另外，在压制试件的过程中，K=100%是试件需要较大压力才能压制成型。可见，工程中采用98%的压实度具有实际可行性的。

7 d无侧限抗压强度推荐级配是GM结构级配，无侧限抗压强度随龄期的变化有以下规律:不同级配的水泥稳定砂砾基层材料的强度均随龄期的增加而增长，但增长的曲线是不相同的。当未达龄期时，强度增长幅度较大;在达到龄期之后，强度的增长变缓。

4 结论

(1)水泥稳定砂砾混合料的无侧限抗压强度随着龄期、水泥剂量、压实度的增长而增加;相比同龄期下的悬浮密实、骨架空隙结构，骨架密实结构的7 d和28 d无侧限抗压强度最高。

(2)水泥剂量的增加能够提高水泥稳定砂砾混合料的抗冻系数以及其经受5次冻融循环后的强度等抗冻性能，骨架密实、悬浮密实、骨架空隙三种结构中，骨架密实型结构的BDR值最高为91.5%，因而，骨架密实结构的抗冻性能最优。

(3)根据冻融循环试验分析结果，推荐黑龙江地区采用m天然砂砾∶m1～3碎石∶m2～4碎石=70∶10∶20 的骨架密实结构结构类型的基层配比方案，水泥剂量依据工程实际情况和具体要求而确定。

［1］中华人民共和国交通运输部.公路路面基层施工技术规范(JTG 034-2000)［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］张登良，郑南翔.半刚性材料抗裂性能研究［J］.中国公路学报，1991，4(1):16-21.

［3］李成河.水泥稳定砂砾半刚性基层材料冰冻耐久性的研究［J］.黑龙江工程学院学报，2006，20(3):14-16.

U416.217

C

1008-3383(2012)04-0001-01

2011-12-19

赵文美(1964-)，女，黑龙江绥棱人，高级工程师，从事公路勘察设计工作。