齐泰公路基层水稳级配碎石配合比报告.doc

哈尔滨工业大学交通实验中心半刚性基层 文件编号：2005齐白公路齐齐哈尔至泰来（省界）段工程建设项目齐泰公路基层配合比报告齐泰公路项目路面工程材料配合比与施工期技术服务组2009年03月23日齐泰公路基层配合比报告一 项目简介齐泰公路基层类型为水泥稳定级配碎石。本着保证工程质量和经济的原则，全线由d1至d6标段选用石场和水泥依次为：d1海通石场、振兴石场、龙江石场、北疆水泥、太阳岛水泥d2哈拉海石场、兴隆石场、北疆水泥d3振兴石场、泰湖水泥d4海通料场、泰湖水泥d5白城料场、大榆树细砂、泰湖水泥d6扎旗玉石石场、泰湖水泥针对不同料源开展各项试验，确定各标段水泥稳定级配碎石配合比。具体试验简介如下：1、 试验内容：（1）各档集料的筛分试验，（2）测定各档集料的密度，（3）测试集料的压碎值，（4）确定基层合理的配合比，（5）通过标准击实试验确定最佳含水量和最大干密度，（6）通过静压成型试件的抗压强度试验确定合理的水泥含量，（7）通过振动击实试验确定最佳含水量，（8）通过振动成型试件的抗压强度确定合理的水泥剂量。2、 试验依据：公路工程集料试验规程jtg e42-2005、公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtj 057-94、公路路面基层施工技术规范jtj 034-2000、公路沥青路面设计规范jtg d50-20063、 试验设备：击实试验仪器为标准击实筒，抗压强度试验采用普通万能压力机，振动成型设备，其余试验均为国家规范要求的标准设备。 二 配合比设计结果汇总标段d1d2d3d4d5d6料场海通振兴龙江哈拉海兴隆振兴海通白城玉石水泥（4%）北疆北疆太阳岛北疆北疆泰湖泰湖泰湖泰湖掺配比例a:b:c:d22:30:20:2825:20:25:3033:20:17:3030:34:10:2628:30:12:3024:26:23:2725:25:23:2725:35:12:2825:25:25:25注： 表中a、b、c、d分别代表由粗到细的四种集料，即2-3cm、1-2cm、0.5-1 cm、0-0.5cm集料。 所用结合料均为pc32.5水泥。 水泥剂量由室内振动成型试件的无侧限抗压强度确定。基层级配组成曲线通过下列筛孔的质量百分率（%）筛孔尺寸（mm）哈尔滨工业大学交通实验中心三 试验内容分别按照公路工程集料试验规程jtg e42-2005开展集料筛分试验、密度试验和压碎值试验，根据筛分结果，满足公路沥青路面设计规范jtg d50-2006调试级配。按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程jtj 057-94和公路沥青路面设计规范释义手册jtg d50-2006分别开展标准击实试验、静压成型和振动击实、振动成型。得到原材料的各项基本性质和水泥稳定碎石的强度汇总如下：（一） 原材料筛分试验1.1 d1标段 1.1.1 海通石场（送样）海通石料筛分结果 表3-1通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01913.296.3100.0100.09.50.16.097.599.94.750.00.110.597.72.360.00.10.861.10.60.00.10.329.30.0750.00.10.24.01.1.2 振兴石场（送样）振兴石料（第一次送样）筛分结果 表3-2通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.595.5100.0100.0100.01944.997.7100.0100.09.50.812.979.498.44.750.10.72.677.02.360.10.20.438.50.60.10.20.418.20.0750.10.10.32.1由于后期集料，尤其是00.5cm集料的级配组成发生了很大变化，决定再次开展筛分及其他后续试验。第二次送样的筛分结果和级配调整情况见表2-3。振兴石料（第二次送样）筛分结果 表3-3通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.598.4100.0100.0100.01921.095.9100.0100.09.50.52.285.399.74.750.30.36.892.12.360.30.31.461.90.60.30.30.931.80.0750.10.10.10.71.1.3 龙江石场（送样）龙江石料筛分结果 表3-4通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01939.498.3100.0100.09.50.918.396.099.74.750.20.610.692.12.360.10.21.261.90.60.10.10.631.80.0750.00.10.40.71.2 d2标段1.2.1 兴隆料源（第一次送样）d2标段送至技术服务组的首批料样，12cm针片状含量高，石屑偏粗。兴隆石料（第一次送样）筛分结果 表3-5通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01937.5100.0100.0100.09.50.664.098.7100.04.750.15.138.299.32.360.10.37.351.00.60.10.21.916.70.0750.00.10.62.7后期，该标段确定采用反击破设备自加工哈拉海石料与外购兴隆石料的方式备料。服务组又针对这两种料源开展了筛分和后续试验。1.2.2 哈拉海料源（送样）哈拉海石料筛分结果 表3-6通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01939.7100.0100.0100.09.50.121.099.6100.04.750.10.348.698.52.360.00.19.568.60.60.00.12.933.50.0750.00.00.95.31.2.3 兴隆料源（第二次送样）兴隆石料（第二次送样）筛分结果 表3-7通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01930.5100.0100.0100.09.50.121.498.2100.04.750.00.220.694.42.360.00.10.960.50.60.00.10.530.30.0750.00.00.33.81.3 d3标段振兴石料筛分结果 表3-8通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01929.699.1100.0100.09.50.015.264.798.84.750.00.63.892.02.360.00.10.360.60.60.00.10.238.10.0750.00.00.28.01.4 d4标段海通石料筛分结果 表3-9通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.5100.0100.0100.0100.01923.1100.0100.0100.09.50.24.498.4100.04.750.00.08.398.82.360.00.00.474.40.60.00.00.447.40.0750.00.00.411.81.5 d5标段该标段首次送样的石屑筛分结果偏粗，应用它调试级配，无法满足jtg d502006的要求。技术服务组尝试采用细砂替代石屑，各种规格材料的筛分结果和配合比设计列于表2-9中。白城碎石+大榆树细砂筛分结果 表3-10通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.595.3100.0100.0100.0196.589.3100.099.69.50.19.096.797.94.750.10.118.882.62.360.10.11.068.60.60.10.10.161.80.0750.10.10.13.3级配1获得的无侧限抗压强度值未能满足设计文件要求，且考虑到天然砂相对于石屑的劣势（详见后文抗压强度试验部分的论述），服务组要求该标段寻找级配合理的石屑。针对第二次送样开展了筛分和后续试验。白城碎石筛分结果 表3-11通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.595.3100.0100.0100.0196.589.3100.0100.09.50.19.096.799.94.750.10.118.899.62.360.10.11.071.70.60.10.10.133.00.0750.10.10.16.31.6 d6标段该标段从玉石石场获得原材料，自行加工碎石。玉石石料筛分结果 表3-12通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）筛孔2-3cm1-2cm0.5-1cm石屑31.593.1100.0100.0100.0191.396.4100.0100.09.50.05.691.9100.04.750.00.38.999.72.360.00.21.578.90.60.00.21.351.20.0750.00.00.77.2从筛分结果看，d1、d2、d3标段的石屑相对较粗。在配合比设计时会用的多些。（二） 原材料密度试验基层集料密度 表3-13标段料场规格表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度吸水率d1海通232.7292.6802.6521.06122.7232.6572.6181.470.512.7382.5932.5093.3400.52.504-振兴232.7282.5632.4683.87122.7342.5612.4624.040.512.7652.5742.4664.3900.52.557-龙江232.6032.4522.3583.98122.6042.4282.3194.720.512.6082.5232.4712.1300.52.485-续上表标段料场规格表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度吸水率d2兴隆1232.6212.4632.3664.11122.7522.6302.5602.730.512.7012.5432.4503.8000.52.581-哈拉海232.6072.4312.3214.73122.6152.4602.3654.050.512.6912.5682.4962.9000.52.579-兴隆2232.5982.4552.3653.80122.6652.5552.4892.660.512.7722.7082.6731.3400.52.596-d3振兴232.7392.4892.3456.32122.7662.5802.4744.260.512.7572.5692.4624.3400.52.460-d4海通232.7312.6802.6501.12122.7002.6422.6081.310.512.7092.5982.5332.5800.52.617-d5白城232.6452.6002.5731.07122.6322.4982.4163.410.512.6662.5022.4034.1200.52.560-d6玉石232.5902.4982.4412.36122.5982.4862.4162.900.512.6272.4772.3863.8400.52.392-注：表中“兴隆1”和“兴隆2”分别代表d2标段第一次送样和第二次送样。（三） 原材料压碎值试验各料源集料压碎值 表3-14料源海通振兴龙江哈拉海兴隆白城玉石压碎值（%）9.722.621.713.315.517.918.0各种料源的集料压碎值均小于公路路面基层施工技术规范规定的26%的界限值。综合筛分、密度、压碎值试验结果，初步确定以上料源可以用作基层。（四） 基层配合比的选择与确定根据各料源原材料的筛分结果，按照jtg d502006的级配范围要求，重点控制关键筛孔4.75mm和0.6mm以下通过率，调整各档集料比例，使曲线接近更加容易形成骨架密实型结构的“s”形，同时考虑标段备料和施工的方便，初步确定了用于配合比设计的级配。根据以往工程实践经验，34%结合料剂量的水泥稳定级配碎石能够满足强度要求；同时较低的水泥剂量不仅降低成本，而且能够减少基层的温缩和干缩裂缝，有利于减少沥青路面反射裂缝。参照公路工程无机结合料稳定材料试验规程开展上述两种水泥剂量的水泥稳定碎石标准击实试验和静压成型试件的无侧限抗压强度试验；参照公路沥青路面设计规范释义手册开展水泥稳定碎石振动击实和振动成型试件的无侧限抗压强度试验。对部分强度不足的水泥稳定碎石，增加水泥剂量开展试验。4.1 关于两种成型工艺现行用于确定水泥稳定类材料最大干密度和测定其无侧限抗压强度的标准击实和静压成型，与实际施工存在不同。实际施工中集料周围的约束没有标准击实和静压成型来的强烈，钢模的存在给集料之间的相互错动和排序带来困难。同时，集料在标准击实或静压成型下，被击碎或者出现裂纹的比例很高。在裂纹和破碎面处，由于没有或存在很少的水泥浆，那里的粘结力几乎为零。所以这种方法成型出的试件，很多情况下，虽然干密度挺大，但无侧限抗压强度却较小。振动成型实际上是模拟的实际施工中振动压路机对于无机结合料稳定材料的振动冲击压实作用。振动成型确定混合料最大干密度和成型无侧限抗压强度试件时，集料在激振力的作用下会产生振动，相互间容易错动，达到较为优良的排列，从而获得较大的干密度和较高的无侧限抗压强度。由于击碎率很小，由振动成型获得的试件无侧限抗压强度往往较高。考虑到齐泰公路施工中采用振动压路机，振动成型方式与之更加吻合，选用振动成型工艺确定基层水泥稳定碎石的合理水泥剂量。服务组同时开展了标准击实和静压成型试验，进行两种工艺下水泥稳定碎石材料的无侧限抗压强度对比，以更加全面地获得水泥稳定材料的路用性能。4.2 关于石屑和细砂细砂颗粒圆滑，无破碎面，施工和易性好。石屑具有破碎面，表面粗糙，相对细砂来说洁净些，与水泥之间的粘结力更好。针对d5标段首批送样开展了筛分试验，发现石屑太粗，尝试用大榆树细砂代替石屑，开展配合比试验。4%水泥稳定混合料无侧限抗压强度达不到设计文件要求（3mpa）。增大水泥剂量是提高混合料无侧限抗压强度的一种途径。但是，如果进一步调高水泥剂量，水泥稳定级配碎石的后期干缩和温缩现象必然加重，不利于半刚性基层和整个结构层的长期性能。结论：在基层中应用石屑。4.3 试验结果与分析各标段水泥稳定碎石合成级配及其曲线分别参见表3-15和图3-1。两种成型工艺下水泥稳定碎石的最大干密度、最佳含水量和无侧限抗压强度分别列于表3-16和表3-17。由3-15可见，由于石屑偏粗，江北d1、d2标段的合成级配中细料占的比例相对较少，骨架密实型结构粗集料之间是相互嵌挤的。如前所述，标准击实和静压成型时，由于存在集料被击碎（标准击实）或挤碎（静压成型）的情况，试件存在潜在破坏点（裂缝和击碎面），得到的无侧限抗压强度很低。其余标段由于细料比例相对多些，细料在标准击实和静压成型过程中能够在粗集料之间起到缓冲作用，石料发生击碎和挤碎的比例要小些，所以获得的强度要高些。对比表3-16和表3-17可见，相同水泥剂量下，振动成型试件的无侧限抗压强度要比静压成型的试件强度高得多。如前所述，由于骨架密实型结构的石料在静压成型过程中被挤碎的比例很高，从而破坏了石料之间的嵌挤作用，产生了受压下潜在的破坏处（裂缝或挤碎面）。而振动成型下集料受到激振力的作用，产生上下左右的振动，容易形成良好的骨架，同时还不被击碎。由试验结果分析可见，用标准击实试验和静压成型方法获得的试件的无侧限抗压强度用来评价骨架密实型结构的实际施工后的强度是不匹配和不适宜的。振动成型方法很好地模拟了公路工程水泥稳定材料振动碾压的过程。因此应用振动成型方法获得的强度来评价水泥稳定级配碎石配合比设计的合理性。四 配合比设计结果由表3-17可见，4%水泥剂量下所有水泥稳定级配碎石的抗压强度都满足3mpa的要求。公路沥青路面设计规范要求水泥稳定碎石的水泥剂量在36%之间。过低的水泥剂量会削弱半刚性基层的抗冲刷能力。由强度结果看，虽然水泥剂量仍有下调的空间，考虑到施工变异性、室内试验相对于野外施工在养生方面的优势等，决定采用4%水泥剂量以保证结构层的强度和耐久性。各标段采用的材料比例及水泥见开篇。 基层水稳级配碎石合成级配汇总 表3-15通过下列筛孔（mm）质量百分率（%）标段d1d2d3d4d5d6规范要求料场海通振兴1振兴2龙江兴隆1哈拉海兴隆2振兴海通白城玉石下限上限级配1级配2水泥北疆北疆北疆太阳岛北疆北疆北疆泰湖泰湖泰湖泰湖泰湖比例a:b:c:d22:30:20:2840:20:0:4025:20:25:3033:20:17:3045:25:0:3030:34:10:2628:30:12:3024:26:23:2725:25:23:2725:25:25:2525:35:12:2825:25:25:2531.5100.098.299.6100.0100.0100.0100.010010098.898.898.31001001979.877.579.479.771.981.980.682.980.873.872.974.468869.549.342.351.850.246.343.148.245.550.850.942.749.438584.7529.531.029.529.631.130.630.925.928.625.430.227.222322.3617.315.519.118.815.418.818.316.520.217.420.220.116280.68.37.49.99.75.19.09.210.412.915.59.313.2815.0751.20.90.30.30.91.51.22.23.30.91.8203注：a、b、c、d分别代表由粗到细的四种集料，即2-3cm、1-2cm、0.5-1 cm、0-0.5cm集料，d5级配1中0-0.5cm为细砂。 示例：“振兴1”代表d1标段第一次送振兴料样，以下出现此类代号与此处含义相同。图3-1 全部配合比设计曲线汇总通过下列筛孔的质量百分率（%）筛孔尺寸（mm）振动击实标准和振动成型试件试验结果汇总 表3-16标段d1d2d3d4d5d6料源海通振兴1振兴2龙江兴隆1哈拉海兴隆2振兴海通白城玉石级配1级配2水泥剂量/%3最佳含水量/%7.55.07.5最大干密度(g/cm3)2.222.132.16抗压强度r/ rc0.95(mpa)3.0/2.93.1/3.03.7/3.44最佳含水量/%