水泥稳定碎石基层材料的集料级配优化

水泥稳定碎石基层材料的集料级配优化

王丽香

浙江公路技师学院310000

摘要：由于我国南方地区常年降水量丰富，因此在湿度变化状态下，水泥稳定碎石基层容易出现干缩裂缝等。此次研究主要是应用正交试验设计方法主要是对不同集料级配组成设计方案，对水泥稳定碎石试件进行干缩试验和无侧限抗压强度试验，全面分析集料级配对其造成的影响，在此基础之上分析集料级配的合理组成方式，在各个组成方式当中选取具有较小干缩应变，较高无侧限抗压强度的设计方案。

关键词：水泥稳定碎石；基层材料；集料级配；优化方案

在水泥稳定碎石混合料当中，通常都需要将集料使用量控制在90%左右。在搭配各档集料时会对水泥稳定碎石强度以及水泥稳定碎石基层造成影响。我国在水泥稳定碎石集料级配组成方面的研究分析还处于定性阶段，希望能够借此次研究为水泥稳定碎石的集料用量进行控制和优化。

1、原材料的基本性能

此次选取的水泥主要是不是普通硅酸盐缓凝水泥，该水泥的性能如下表所示，在经过测试之后能够全面满足公路施工要求。

表1水泥基本性能

2、试验方案和试验方法

2.1试验方案

由于主要考虑集料组成会影响水泥稳定碎石试件干缩变形和无侧限抗压强度，因此水泥用量会存在一个确定值，按照其他学者的研究成果可以将水泥使用量控制在4.8%。按照工程实际应用情况，在试验期间需要将集料筛分为四档，并将其作为正交试验的因子，将a作为1号粗集料（粒度＞13.2mm）；将b作为2号粗集料（粒度4.75mm-13.20mm），将c作为3号细集料（粒径为2.36mm-4.75mm），将d作为4号细集料（粒度≤2.36mm）。

按照集料级配范围将各个因子的水平控制在上限高，下限低等水平。其中，高水平选取集料级配范围的下限，使用（1）表示，低水平选取上限，采用（2）表示，将水泥稳定碎石试件的集料级配范围主要是将针对各个地区水泥稳定碎石基层材料集成组成设计，在此基础之上还需要探讨分析水泥稳定碎石基层材料的干缩变形特点，利用细集料关键筛孔的通过率控制情况进行计算分析能够得出。在参考正交试验设计碎石集料级配组成方案，下表为集料级配组成。

表2集料级配组成

2.2试验方法

（1）击实试验：在此次试验当中主要是应用击实试验，将上述5种集料级配设计方案采用击实试验进行分析，这样能够有效确定每一种集料级配的最佳含水量和最大干密度，由于表2当中的集料级配都在级配规定之内，并且范围较小，因此需要全面简化击实试验，其试验内容就是对上限级配，中值级配以及下限级配进行击实，这样能够明确试件成型最佳含水量和最大干密度，结果如下表所示：

表3击实试验结果

有以上图表数据能够看出，上限级配的集料比较偏细，其结构密实，这样就导致其具有较大的密度，在进行对比分析之后制备试件时密度能够达到每立方米2.35克，最佳含水量为5.1%。下限级配水平的集料比较偏粗，具有较低的细集料含量，这样就无法填充空隙，导致试件密度低下，存在较大的空隙率。

（2）无侧限抗压强度试验：在将上述5种集料级配石永红325水泥制备圆柱体试件。从试模当中将试件脱出之后进行质量称重，随即使用塑料薄膜对其进行包裹送往湿度为90%以上的标准养护室保养7天，最后1天进行浸水养生处理。

（3）干缩试验：按照集料级配在水泥使用量为4.8%的条件下制作中梁试件，试件需要使用压力机静压成型，在脱出模具之后需要使用塑料袋进行密封处理，之后将其放置于（20土3）℃温度下进行保湿养生，将湿度控制在90%以上，在取出之后需要放置在玻璃板上，室温下进行风干处理，将温度控制在（20土3）℃，最后需要在不同失水率情况下检测试件的收缩情况，直到样品含水量和体积保持不变为止。

3、试验结果与分析

3.1评定因子对水泥稳定碎石指标影响大小

（1）因子对无侧限抗压强度指标的影响：在对干缩试验结果进行对比分析能够得出，因子a直接影响无侧限抗压强度，其次是因子d影响程度，这就表明1号粗集料，2号粗集料，4号细集料，以及4号粗集料之间的相互作用会直接对试件无侧限抗压强度造成影响。由于因子c在相同列数当中存在不同水平个数，因此此次研究没有分析3号细集料。

为了进一步分析因子在某水平下对水泥稳定碎石试件各个指标影响程度，之后需要分析研究因子至各个水平下的效应在，这样能够决定因子在某水平变下的总平均值与数据平均值之间的差异性。

（2）因子对干缩应变指标的影响：按照干缩试验结果的利差计算能够看出，对干缩应变影响最大的就是因子a，其次是因子b，表明1号粗集料，2号粗集料之间的交互作用，4号细集料和1号粗集料的交互作用对水泥稳定碎石干缩应变能够造成直接影响。按照下表能够看出，控制干缩应变有利的水平组合方式为a1b1d1，在水平选取各个干缩应变指标和无侧限抗压强度的影响因子存在较大争论，如果水泥稳定碎石试件的存在较高的无侧限抗压强度，这样就会出现较大的干缩应变。

3.2确定最佳水平组合

按照单项指标分析情况，在水平选取上如果存在具有争议性的因子，不需要选定具体水平，而是需要将各个水平组合成不同试验条件，对出现争论性的工程平均值进行计算，之后按照问题解决需求对水平进行确定。

4、结束语

综上所述，（1）水泥稳定碎石无侧限抗压强度的最佳水平组合方式为粒径＞13.20mm的粗集料，≤2.36mm的细集料以及4.75mm-13.20mm的粗集料，在该水平组合方式之下，各个集料之间的交互作用不会水泥稳定碎石无侧限抗压强度造成影响，因此在试验分析时可以忽略。（2）控制水泥稳定碎石干缩应变最佳水平组合方式为粒径粒径＞13.20mm的粗集料，≤2.36mm的细集料以及4.75mm-13.20mm的粗集料之间的交互作用不会影响干缩应变。（3）如果在具体试验当中没有考虑粒径在2.36mm-4.75mm细集料的影响因素，则水泥稳定碎石无侧限抗压强度为粒径＞13.20mm的粗集料，干缩应变指标为粒径≤2.36mm的细集料以及4.75mm-13.20mm的粗集料。

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