水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度確定的研究

1、水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度確定的研究 摘要：國內(nèi)大部分高速公路路面基層都采用水泥穩(wěn)定類材料，從路面性能來說，水泥穩(wěn)定類基層有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如與柔性基層相比，強(qiáng)度高、承載力大、水穩(wěn)性好、板結(jié)性強(qiáng)、原材料易得、能充分利用當(dāng)?shù)厣笆牧?，近年來設(shè)計(jì)、施工單位都積累了大量水泥穩(wěn)定基層的施工經(jīng)驗(yàn)。半剛性基層材料有突出的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也存在一些不足，突出問題是：當(dāng)原材料選擇不當(dāng)、混合料配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)或水泥用量過大、強(qiáng)度過高、含水量控制不當(dāng)、施工離散性過大等都容易引起半剛性基層出現(xiàn)收縮裂縫，最終導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫，使路面造成損壞。本文對水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度確定進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定；基層；粉煤灰 1 強(qiáng)度確定的

2、原則及方法水泥穩(wěn)定類基層的強(qiáng)度隨水泥強(qiáng)度增長逐漸增高，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值在1Mpa-10Mpa（7d齡期）。水泥穩(wěn)定類基層的強(qiáng)度值選擇，應(yīng)從設(shè)計(jì)方面、路用性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮。1.1 交通部標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及解釋公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范JTJ0342000中關(guān)于水泥穩(wěn)定土7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度規(guī)定見表1表1水泥穩(wěn)定土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)圖片1 對于基層：當(dāng)設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次小于12×106的公路可采用低限值；當(dāng)設(shè)計(jì)累積標(biāo)準(zhǔn)軸次超過12×106的公路可采用中值；主要行駛重載車輛的公路應(yīng)用高限值。某一具體公路應(yīng)采用一個(gè)值，而不用某一范圍。對于底基層：二級以下公路可取低限值；行駛重載車輛的公路

3、，應(yīng)取較高的值；二級公路可取中值；行駛重載車輛的二級公路應(yīng)取高限值。某一具體公路應(yīng)采用一個(gè)值，而不用某一范圍。1.2 路面設(shè)計(jì)參數(shù)與材料組成設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度關(guān)系1.2.1水泥穩(wěn)定類基層的重要特點(diǎn)之一是強(qiáng)度和模量隨齡期的增長而不斷增長，逐漸具有一定的剛性性質(zhì)。由于材料的強(qiáng)度不僅與材料品種有關(guān)而且與養(yǎng)生、齡期、級配組成有關(guān)。根據(jù)公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，材料組成設(shè)計(jì)一般以7d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，而路面設(shè)計(jì)中以齡期為90d的材料抗壓彈性模量，抗彎拉強(qiáng)度或劈裂強(qiáng)度為依據(jù)。材料在標(biāo)準(zhǔn)條件下7d、28d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與抗壓彈性模量Ep，劈裂強(qiáng)度sp劈裂模量Ep參數(shù)之間有何關(guān)系呢？鄧學(xué)均、黃

4、曉明在路面設(shè)計(jì)原理與方法一書中總結(jié)了水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度（R），抗壓回彈模量（Ep）、劈裂強(qiáng)度(sp)和劈裂模量（Esp）與齡期的關(guān)系見表2表2水泥穩(wěn)定碎石與齡期關(guān)系圖片1 按照水泥7d與28d強(qiáng)度增長規(guī)律推定，對于普通水泥一般情況R7/R2860%。使用普硅水泥穩(wěn)定基層7d與28d強(qiáng)度關(guān)系可按混凝土抗壓強(qiáng)度換算公式估算：lg7/lg28=0.584，即對應(yīng)7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值約為4.49×0.584=2.62Mpa。如果使用礦渣水泥，按水泥強(qiáng)度增長規(guī)律推定，則R7/R28=45% ，若按45%計(jì)算時(shí)，其對應(yīng)7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度約為4.49×0.45=2.02Mpa?？梢娫谶M(jìn)

5、行設(shè)計(jì)時(shí)如果取Ep=3097Mpa，sp=0.634Mpa ，Esp=926Mpa。則7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度只需2.02Mpa-2.62Mpa就可以滿足要求。1.2.2 長安大學(xué)張嘎吱、沙愛民關(guān)于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的齡期和強(qiáng)度的研究中，對于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層，給出了幾個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。即7d齡期抗壓強(qiáng)度值、設(shè)計(jì)齡期和設(shè)計(jì)齡期時(shí)的參數(shù)值。選用五種水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層級配見表3圖片1 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層7d齡期抗壓強(qiáng)度值、劈裂強(qiáng)度值及抗壓回彈模值見表4、表5、表6：表4 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層7d齡期抗壓強(qiáng)度值Mpa 圖片1 結(jié)果分析：以上數(shù)據(jù)顯示在給定原材料條件下，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石

6、基層劈裂強(qiáng)度0.95處在0.45Mpa-0.88Mpa之間，因此基層劈裂強(qiáng)度設(shè)計(jì)區(qū)間為0.45Mpa-0.9Mpa；水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層抗壓回彈模量Ep0.95處在1035Mpa-1290Mpa之間，因此基層抗壓回彈模量參考設(shè)計(jì)參數(shù)區(qū)間為100Mpa-1300Mpa。水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R0.95處在2.06Mpa-3.99Mpa之間，因此基層抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)宜取2Mpa-4Mpa。1.2.3選用同一碎石級配進(jìn)行試驗(yàn)配比分別為： 水泥：粉煤灰：碎石=5：10：85和水泥：碎石=5：95 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表7 、表8。表7 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石力學(xué)特性與齡 圖片1 結(jié)果分析： 對

7、于表7水泥粉煤灰碎石如果按7d/28d=45%估算。則7d強(qiáng) 度為5.78×0.45=2.60Mpa。對于表7水泥穩(wěn)定碎石基層如果按lg7/lg28=0.584換算，7d 無限抗壓強(qiáng)度應(yīng)為：4.32×0.584=2.52Mpa?？梢娙绻喾€(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)90d的Ep取1295Mpa，則7d 強(qiáng)度取2.52Mpa就能滿足要求；如果水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)90d的Ep取1028Mpa，則7d 強(qiáng)度2.60Mpa就能滿足要求。2 結(jié)論：從以上結(jié)果分析可知，當(dāng)基層劈裂強(qiáng)度設(shè)計(jì)區(qū)間為0.45Mpa-0.9Mpa，抗壓回彈模量參考設(shè)計(jì)參數(shù)區(qū)間為1000Mpa-1300Mpa，水泥粉

8、煤灰穩(wěn)定碎石基層7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R0.95處在2.06Mpa-3.99Mpa，水泥穩(wěn)定碎石基層7d無側(cè)限抗強(qiáng)度為2.60 Mpa，2.52 Mpa，故水泥穩(wěn)定碎石基層7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度取2Mpa-.4Mpa可滿足設(shè)計(jì)要求。2.1 原材料級配及配合比對基層強(qiáng)度及路面性能的影響2.1.1 水泥劑量與強(qiáng)度關(guān)系在原材料一定的情況下，一旦確定了水泥穩(wěn)定碎石（砂礫）的級配曲線，水泥穩(wěn)定基層的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在其他條件相同情況下，會(huì)隨著水泥劑量的增加而增長。2.1.2 水泥劑量與水泥穩(wěn)定碎石基層收縮裂縫關(guān)系通過干縮及溫縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：水泥劑量越大，干縮系數(shù)及溫縮系數(shù)越大，所以水泥穩(wěn)定基層應(yīng)控制其最大水泥

9、用量，一般不超過6%，水泥劑量與溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)關(guān)系見下表9水泥穩(wěn)定碎石水泥劑量與溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)關(guān)系(見表9)圖片1 2.1.3. 水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度對瀝青路面性能的影響同濟(jì)大學(xué)孫立軍教授在重交通路面設(shè)計(jì)施工新理論中提出：瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)增加抗剪設(shè)計(jì)，在對瀝青路面新出現(xiàn)的破壞形式調(diào)查、研究、分析后發(fā)現(xiàn)，瀝青路面出現(xiàn)自上而下的開裂現(xiàn)象，主要原因是由于瀝青路面受剪力過大造成的。由于水泥穩(wěn)定基層隨水泥劑量的增加，抗壓強(qiáng)度增大，抗剪模量也增大，使路面面層所承受的剪力也隨之增大。當(dāng)瀝青路面的剪應(yīng)力不足抵抗車輛荷載施加的剪力時(shí)，即造成瀝青路面自上而下的裂縫，以及使瀝青路面在上面層10cm以內(nèi)易出現(xiàn)車轍

10、現(xiàn)象?；鶎拥目辜裟Ａ吭O(shè)計(jì)時(shí)一般取1000 Mpa-1300Mpa，作為瀝青面層瀝青混合料的抗剪應(yīng)力應(yīng)與基層相匹配。所以基層的強(qiáng)度不能過高，應(yīng)控制最高強(qiáng)度值以減少瀝青面層病害的發(fā)生。2.1.4 原材料質(zhì)量、級配對強(qiáng)度及收縮裂縫的影響在公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范JTJ034-2000中給定的級配范圍見表10水泥穩(wěn)定土顆粒組成范圍。此級配屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)類型，況且級配范圍太寬，對基層施工質(zhì)量控制不利。我們在長垣至封丘高速公路及安陽至南樂高速公路上設(shè)計(jì)的基層配合比為：水泥：碎石=5：100，碎石級配范圍見表11水泥穩(wěn)定碎石顆粒組成范圍。主要是通過減少19mm以上粒徑用量，以減少施工中離析現(xiàn)象。減少4.7

11、5mm及0.075mm以下含量來實(shí)現(xiàn)減少收縮裂縫，不僅強(qiáng)度能滿足規(guī)范要求而且能使攤鋪質(zhì)量均勻，在防止基層產(chǎn)生收縮裂縫上也取得了較好的效果。2.1.5 加強(qiáng)施工管理實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求在施工中，為了滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求應(yīng)首先控制集料的質(zhì)量。壓碎值、含泥量應(yīng)滿足技術(shù)要求，控制級配中0.075mm以下含量；應(yīng)控制施工含水量宜大于最佳含水量0.5%-1.0%范圍內(nèi)；控制施工過程中產(chǎn)生的離析現(xiàn)象；控制壓實(shí)度滿足要求；控制施工碾壓時(shí)間并做好延遲時(shí)間試驗(yàn)，精心施工精心組織來滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。圖片12.1.6 走出水泥穩(wěn)定碎石基層施工的誤區(qū)很長時(shí)間以來，很多施工單位在水泥穩(wěn)定碎石基層施工中，存在著一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為集料級

12、配只要符合規(guī)范就行，而不注意對級配的優(yōu)化及集料質(zhì)量控制；為了達(dá)到規(guī)范要求的強(qiáng)度，隨意增加水泥用量致使基層產(chǎn)生裂縫嚴(yán)重；為了滿足驗(yàn)收鉆芯要求，認(rèn)為基層強(qiáng)度越高越好、強(qiáng)度越高承載力越強(qiáng)，而忽視了與瀝青面層模量匹配的原則，致使瀝青面層產(chǎn)生自上而下的裂縫及車轍現(xiàn)象，所以本規(guī)范規(guī)定了7d強(qiáng)度上限值。2.1.7 建議高速公路水泥穩(wěn)定類基層強(qiáng)度的確定綜上所述，為了避免瀝青路面反射裂縫，規(guī)定水泥穩(wěn)定類基層水泥劑量不大于6%。為了防止路面自上而下的裂縫及車轍現(xiàn)象，7d強(qiáng)度取值應(yīng)合適，且限制最高強(qiáng)度值。依據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，7d強(qiáng)度值分別為2.06 Mpa-3.99 Mpa及2.52 Mpa、2.60Mpa，所對應(yīng)的

13、劈裂強(qiáng)度及回彈模量即能滿足設(shè)計(jì)要求。故本規(guī)范規(guī)定當(dāng)累計(jì)當(dāng)量軸次小于1200×104時(shí)，水泥穩(wěn)定類基層7d（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件）齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3-4Mpa之間，不得超過5Mpa；水泥穩(wěn)定類底基層7d（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件）齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.5Mpa-2Mpa，上限不得大于3Mpa。當(dāng)車道累計(jì)當(dāng)量軸次大于1200×104時(shí)，水泥穩(wěn)定類基層7d（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件）齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)在4Mpa-5Mpa之間，不得超過6Mpaa；水泥穩(wěn)定類底基層7d（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件）齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2Mpa-3Mpa，最大不得大于4Mpa?？紤]到今后交通量越來越大、重車越來越多。故規(guī)定交通量大，重車多時(shí)取高值，一般情況取中、低值。本研究的最終目的是使我省公路水泥穩(wěn)定基層能與瀝青路面模量相匹配；各層之間粘接力好，表面糙而不光；芯樣糟而不散且能滿足驗(yàn)收強(qiáng)度要求。使我省公路工程質(zhì)量更上一層樓。參考文獻(xiàn)1公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ014-972公路路基路面基層施工技術(shù)規(guī)范JTJ034-20003沙愛民，胡力群等。 公路半剛性基層材料多指