基于试验研究水泥稳定碎石的强度影响因素

李成俊

（贵州省交通建设咨询监理有限公司,贵州 遵义 563100）

0 引言

近年来，随着社会经济的发展，公路建设也取得飞跃式发展，道路中的基层作为路面结构的承重层，其使用材料的好坏会影响路面的质量和使用性能。水泥稳定碎石材料在我国是使用较多的路基材料，专家学者们对其展开了许多研究，其中在振动成型方法方面的研究有沙爱民[1-2]等人通过试验对振动参数的设置、振动法成型的试件方法进行研究，提出四种骨架结构。蒋应军[3]等人对振动法形成的水泥稳定碎石强度影响因素进行研究，得出龄期及水泥剂量对强度的影响规律。张立明[4]对水泥稳定全部再生骨料基层的路用性能进行研究，结果表明水泥稳定全部再生骨料基层具有良好的路用性能。许海云[5]等人对水泥稳定碎石的混合料进行设计，通过实际应用表明其施工应用性。还有需要研究学者[6-8]通过工业CT断层扫描计算对基层材料的内部构造进行研究。现有的研究已取得一定的成果，但在试验研究上还存在不足。

为此该文在现有的研究成果基础上，通过室内试验的方法进行研究，主要的研究内容包括试件制备、成型方式对无侧限抗压强度影响分析、振动成型条件下水泥剂量及振动时间对无侧限抗压强度的影响分析。希望该文的研究能促进行业的发展。

1 试件制备

1.1 原材料

该次试验所采用的原材料主要包括水泥、水和集料，以下对原材料的基本性能进行分析。

1.1.1 水泥

该次试验所采用的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥。其基本性能指标如表1所示。

表1 水泥的基本性能指标表

从表1中可知，该次使用的水泥符合规范要求。

1.1.2 集料

该次试验所用材料的集料按粒径的大小分为四种，其中1#集料的粒径为20~30 mm，2#集料的粒径为10~20 mm，3#集料的粒径为5~10 mm，4#集料的粒径为0~5 mm。其基本性能指标如表2所示。

表2 集料的计算指标试验结果表

从表2中可知，该次试验的集料符合规范的要求。

1.1.3 级配设计

该文设计的级配曲线如图1所示。

图1 试验级配曲线图

1.1.4 试件的成型与养护

该文为研究不同成型方式的影响，分别采用旋转压实法、振动压实法和重型击实法三种压实方法进行试件成型，其中旋转压实成型是采用旋转压实法得到的，通过旋转压实得到相应的最大干密度和最佳含水率，该次旋转压实成型试验中所采用的压实度为98%，基座旋转压实的角度为1.30°，所施加的压头压力为650 kPa，旋转的速度为35 rpm，压实的次数为250次，通过SGC旋转压实仪进行试件的压实成型；振动压实法是采用振动压实仪进行试件的成型，该次的振动压实试验所采用的压实度为98%，振动的工作频率为30 Hz，名义的振幅为1.5 mm，成型的过程中将拌制均匀的水泥稳定碎石混合料分3次装入试模中，随后启动仪器进行振动压实成型，振动压实的时间分别设置为30 s 、60 s、90 s和120 s；重型击实法下得到试件属于静压成型试件，通过配合比计算得到试件所需要的石料、水泥及水的用量，通过混合搅拌得到尺寸为150 mm×150 mm的圆柱形试件；待试件成型后，将重型击实法和振动压实度得到的试件在初凝4 h后进行脱模，旋转压实法的试件需要在终凝8 h后再进行实际的脱模，将脱模后的试件放入养护室中进行养护，标准养护室的养护温度为18~22 ℃，相对的湿度大于95%。

2 成型方式对无侧限抗压强度的影响分析

根据不同成型方法得到的试件进行无侧限抗压强度试验，该次试验中试件的水泥剂量为5%，结果如表3所示：

表3 不同成型条件下水泥稳定碎石的无侧限抗压强度结果表

从表3中可以看出，在相同的级配和相同的水泥剂量下，重击压实成型的试件无侧限抗压强度最小，旋转压实成型的试件无侧限抗压强度次之，振动压实成型的试件无侧限抗压强度最大，振动时间越长，振动压实成型的试件无侧限抗压强度越大，并且可以发现随着龄期的延长，不同成型条件下的试件抗压强度逐渐增大。

在细级配中，当龄期为7 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.54倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.17倍；在龄期为28 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.66倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.36倍；在龄期为60 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.76倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.31倍。

在中级配中，当龄期为7 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.53倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.24倍；在龄期为28 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.59倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.41倍；在龄期为60 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.70倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.52倍。

在粗级配中，当龄期为7 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.39倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.26倍；在龄期为28 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.39倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.39倍；在龄期为60 d时，旋转压实车型的试件抗压强度为重击压实成型的1.54倍，120 s振动成型的试件抗压强度为重击压实成型的2.54倍。

3 振动成型下水泥剂量的影响分析

该文设置不同掺量水泥剂量的实验组进行对比试验，分析在振动成型条件下水泥剂量对试件无侧限抗压强度的影响。水泥剂量分别为4.5%，5.0%和5.5%三组，试验结果如表4所示：

表4 不同水泥剂量下水泥稳定碎石的无侧限抗压强度结果表

从表4中可以看出，在相同的级配和相同的龄期情况下，当水泥剂量相同时，随着振动压实时间的增加，试件的无侧限抗压强度越高；相同振动时间情况下，随着水泥剂量的增加，试件的无侧限抗压强度也随之增大。

在细级配中，当龄期为7 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.073倍；当龄期为28 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.074倍；当龄期为60 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.078倍。

在中级配中，当龄期为7 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.083倍；当龄期为28 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.091倍；当龄期为60 d时，在水泥剂量为5.0%时，120s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.084倍。

在粗级配中，当龄期为7 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.082倍；当龄期为28 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.098倍；当龄期为60 d时，在水泥剂量为5.0%时，120 s振动时长下试件的无侧限抗压强度是90 s振动时长的1.079倍。

4 结论

该文通过研究表明：在相同的级配中和相同的水泥剂量情况下，振动压实成型的试件无侧限抗压强度最大，重击压实成型的试件无侧限抗压强度最小，旋转压实成型的试件无侧限抗压强度居中；在振动成型情况下，当水泥剂量相同时，随着振动压实时间的增加，试件的无侧限抗压强度越高；相同振动时间情况下，水泥剂量的增加，试件的无侧限抗压强度也随之增大。