水泥稳定碎石混合料的设计与选材.

水泥稳定碎石半刚性基层概述水泥稳定碎石混合料拌和站建站要求水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计水泥稳定碎石混合料的生产与管理水泥稳定碎石混合料的施工与质量控制1.水泥稳定碎石半刚性基层概述1.1特点强度高、刚性大、稳定性好、工程造价较低、施工方便快速、广泛采用。可以说，半刚性基层沥青路面在中国公路建设中具有重大的历史意义。但是，几十年来，半刚性基层沥青路面路用性能并不是都获得了预期的效果，主要表现为存在收缩裂缝，当有水渗入后可能出现唧浆现象；当结构组合设计不合理或半刚性基层自身存在质量问题时，往往会发生结构性破坏。1.水泥稳定碎石半刚性基层概述1.2一些现象水泥剂量达到5～6％以上，现在常用4%和5%；施工后的基层表观密实、光滑（级配不良），事实上已成为水泥稳定碎石基层质量控制的重要标准；工程中为达到设计强度指标及保证路面芯样完整，提高水泥剂量（非唯一方式）几乎成为最有效的手段；现场芯样无侧限抗压强度往往远大于室内静压法成型试件强度的原因（室内成型方式与现场不匹配）；现有压实设备下，无需对施工工艺严格控制也能达到较高的压实度（压实度超百现象普遍存在已被接受）。1.水泥稳定碎石半刚性基层概述1.3存在的主要问题以上问题的存在并不表明半刚性基层路用性能差，更不表明半刚性材料不适宜作高等级路面的基层。但是，工程实践中出现的一些问题却反映出目前采用的半刚性基层混合料设计、评价指标及试验方法等方面尚需进一步研究并改进，例如：规范对混合料路用性能要求相对简单规范规定的混合料级配范围太宽规范给定的混合料级配过细现有设计方法造成水泥剂量过大室内试件成型方式与现场碾压方式不匹配压实标准偏低1.水泥稳定碎石半刚性基层概述1.4解决方法如上所述，水泥稳定碎石混合料出现早期破坏与室内成型方式的不合理及标准单一导致水泥剂量过高、压实度标准偏低、级配不良等有密切关系。为进一步提高路用性能，现实的措施是：改进成型方式确定合理的级配范围适当降低水泥剂量提高压实度标准。但最佳级配范围如何确定，水泥剂量降低多少，压实度标准提高到什么程度，却需要以科学的方法去开发能够模拟现场压实工况的室内试件成型方式并提出切实可行的施工控制标准。1.水泥稳定碎石半刚性基层概述1.4解决方法众所周知，室内试验要准确、有效预测与控制现场施工质量，应满足两个最基本的条件，首先要求试件成型方式能够最大限度地模拟基层施工条件，使室内成果与基层实际应用效果有可比性；其次要求各种性能评价指标切实反映基层在其服务环境下的服务质量。缺少此条件，室内控制与预测便无从谈起。天津市市政工程研究院经过多年的科研与施工服，总结出一套具有抗裂性能的半刚性基层材料的设计——采用振动成型法的半刚性基层材料设计方法及相关的施工方法。2.水泥稳定碎石混合料拌和站建站要求2.1拌和设备要求拌和设备生产能力不小于500t/h；拌和缸必须采用双轴拌和，拌和轴长度不小于2m；拌和机配料应准确，集料皮带秤、水和水泥用量计量装置均需经过计量部门检定合格后才能使用。料斗数量不少于5个。2.2场区规划合理划分生产区、料场和生活区；必须保证场区规模能够满足工程需要；场区应根据需要设置纵坡和雨水排放措施；场区规划应报监理工程师批准后实施。2.水泥稳定碎石混合料拌和站建站要求2.3场区硬化场区道路硬化基层场站入口前30米内道路、场区内运料道路（包括装载机自料堆至拌和机上料斗行走的道路）采用8%灰土处理原地面20cm+16cm水泥稳定碎石结构，7d无侧限抗压强度≮3.0Mpa。基层料场硬化基层料场硬化采用8%灰土处理原地面15-20cm，其上撒布20cm同规格石料。3.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求3.1碎石本工程所用碎石是指石灰岩碎石；上下基层单个颗粒的最大粒径均不应超过31.5mm（方孔筛），一律采用4～6种规格料配制，不得使用0mm～30mm或0mm～20mm的级配碎石料；压碎值不大于30%,0.075mm以下颗粒含量不大于5%；有机质含量不应超过2%；硫酸盐不应超过0.25%；所用碎石粗细集料的粒径规格应符合表3—1的规定生产和使用。当生产的集料不符合表3—1规格要求，但确认与其他材料配合后的级配合乎表3—2级配范围要求时也可以使用。3.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求规格(mm)以下筛孔(mm)通过百分率(%)31.526.5199.54.752.360.60.07520～3010080～1000～300～510～2010090～1000～150～55～1010090～1000～150～50～510090～10055～7525～450～5表3—1水泥稳定碎石混合料用集料规格表3—2水泥稳定碎石混合料级配表筛孔尺寸（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075级配上限10010085594127165级配下限1009075472917803.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求3.2水泥水泥可选用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥；标号32.5或42.5散装水泥均可；选用时应注意初凝时间3h以上和终凝时间6h以上；快硬、早强水泥以及受潮结块变质的水泥不得使用。所选用水泥应满足表3—3的技术要求。表3—3水泥指标水泥标号3d强度（MPa）凝结时间抗压强度抗折强度初凝终凝325≥11.0(10.0)≥2.5≥3h≥6h425≥16.0(15.0)≥3.53.3水凡是饮用水均可用于水泥稳定碎石施工。3.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求3.4材料堆放各规格材料应整齐堆放，之间必须设置隔墙，隔墙高度不小于1.5米；细料应在已硬化的场地上采用罩棚或苫盖措施，防止因雨淋造成的含水量变化不稳定现象；水泥应采用监理工程师批准使用的材料建筑储料仓或其他防潮措施，以保证材料不被污染、雨淋或受潮；料堆应设置标示牌，标明石料规格、种类、产地、收料人等内容；拌和楼还应设有标明当日生产配合比等相关技术信息数据的标志牌；场区内无不合格材料，无多余或杂乱无章的堆积物。3.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求3.水泥稳定碎石半刚性基层对材料的要求4.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计4.1振动成型方法研究表明，合理的半刚性基层材料设计所用的成型方法必须能最大限度的模拟路面实际成型过程。具体成型方法已列入《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006），在此不再赘述，所用成型设备见下图1。振动成型参数：静面压力140kPa;振动频率33～55Hz;振幅0～2.5mm;振动压实时间0～15min。图1振动成型机4.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计4.3级配设计资料显示，相同水泥剂量下，级配良好的混合料其强度比级配不良的混合料要高的多。据此通过调整级配提高混合料强度应有较大的潜力。工程实践表明，规范确定级配范围相对较宽，强度满足要求但级配不同的水泥稳定碎石混合料其抗裂能力有很大差别。研究成果表明，接近规范中值及规范下限两种级配，混合料具有较高的强度及抗收缩特性。级配范围见表2、图2。表2水泥稳定碎石混合料级配表筛孔尺寸（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075级配上限10010085594127165级配下限1009075472917804.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计31.526.5199.54.752.360.60.0750102030405060708090100筛孔尺寸（mm）各筛孔通过百分率（%）规范级配上限规范级配下限规范级配中值设计级配上限设计级配下限图2水泥稳定碎石混合料级配图4.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计4.4最佳含水量和最大干密度的确定按照设计集料级配的材料比例、最大干密度经验值，以及试件体积计算各种集料的重量并配料，每份混料重量约8kg左右（风干质量）；共配料4～5份备用。选择3～5个水泥剂量（一般为3%，4%，5%，6%，7%）分别进行振动击实和重型击实试验，确定不同水泥剂量下的最大干密度和最佳含水量。4.5无侧限抗压强度试验按规定压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有的干密度。按最佳含水量和计算的干密度分别以振动成型法和静压法制备试件。试件在规定温度下保湿养生6d，浸水24h，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057）进行无侧限抗压强度。4.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计dvRCZR14.6配合比的确定按规定压实度（底基层97%、基层98%）分别计算不同水泥剂量的试件应有的干密度。按最佳含水量和计算得的干密度分别以振动击实法成型规定数量的试件。试件在规定温度下保湿养生6d，浸水24h，按《规程》（JTJ057）进行无侧限抗压强度试验。并计算试验结果的平均值和偏差系数，根据是否满足下面公式要求来确定最后配合比设计结果。4.振动成型法水泥稳定碎石混合料配合比设计4.7标准干密度的确定由于目前采用振动击实试验设备进行配合比设计的施工单位较少，为便于指导施工，对通过试验确定的配合比设计结果进行重型击实试验，计算最大干密度；并与振动击实法试件最大干密度进行比较，确定修正系数。以此修正系数乘以工地实验室重型击实法试件最大干密度可作为控制施工的标准干密度。《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）标准要求见表3。表3水泥稳定碎石混合料抗压强度标准公路等级层位二级和二级一下公路高速公路和一级公路基层（MPa）2.5～3.03.0～5.0底基层（MPa）1.5～2.01.5～2.55.水泥稳定碎石混合料的生产与管理5.1水泥稳定碎石混合料生产设备介绍水泥稳定碎石混合料生产设备的基本工作：①不同规格矿料的采集；②不同规格矿料的计量配合；③水和水泥的计量、混合料搅拌；④成品料的输出。5.水泥稳定碎石混合料的生产与管理(1)水泥稳定碎石混合料生产设备总图15.水泥稳定碎石混合料的生产与管理(2)供料系统总图5.水泥稳定碎石混合料的生产与管理(3)拌和设备检查（1）供料斗上口加装防大块料和草袋等进入的滤网，网格尺寸5〜10倍本规格最大粒径尺寸。（2）供水计量控制装置运转正常。（3）水泥剂量计量装置运转正常。（4）整机带料运转正常。（5）储料斗是否安装了防离析措施。5.水泥稳定碎石混合料的生产与管理(4)集料的堆放与贮存集料应堆放在坚硬、清洁的场地；料场应有良好的排水结构，保证雨水不滞留在堆放场地；堆放场地，尤其砂的堆放场应设有雨棚或遮雨的蓬布；不同规格的集料应用隔墙或料槽分隔开；不正确的集料堆放会导致材料粗细颗粒的分离，导致集料的级配变化，从而严重影响搅拌设备的稳定生产和成品料组成的稳定性。用推土机修筑料堆时应注意：每层不宜超过1.2m厚；推土机对集料的扰动应尽可能少；推土机不应在同一平面上将料堆推成槽状。5.水泥稳定碎石混合料的生产与管理（5）集料的装卸技巧为减少装载机向冷料仓输送集料中出现的离析，应注意：装载机应在料堆的全部高度和各个方向上进行采掘，以免由于料堆坍落而引起离析；装载机取样时应垂直面向料堆材料流动的方向；装载机取料时应使用大臂使铲斗向上滚卷，而不要将铲斗插入很深而使铲斗穿入料堆向上翻转，以免对料堆产生很大的扰动；装载机手应避免从料堆最底部取样，此处大都粗料较多，而含水量较大；当发现粗细料离析时装载机手应将粗细料就地翻动混合后再装料，不应一斗粗料一斗细料地向冷料仓供料；装载机手在向冷料仓装料时应仔细对准料仓防止发生混仓；装载机手应及时向冷料仓加料，使其经常保持相对的满仓状态，不应等冷料仓内集料下降很多时才加料。5.水泥稳定碎石混合料的生产与管理（6）水泥的贮存、输送与管理1）水泥的贮存与输送▲袋装供应，要设置高出地面50cm以上储料平台，并设置防雨顶棚，同时所用斗式提升机和水泥储罐均需防水；▲散装供应，需用经脱水的压缩空气输送至水泥储罐；▲防止水泥受潮的影响，水泥罐应装备有破拱装置，用经脱水处理的干燥压缩空气进行破拱是一种效果良好的方法。2