[發明專利]一種基于振動試驗的水泥穩定破碎礫石配合比設計方法

在審

• 申請號: 201611202201.5
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106738205A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 紀小平;王濤;鄒海味;張宜洛;李向航
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B28B3/00
• 分類號: B28B3/00;B28C7/04;C04B28/04;C04B20/00;G01N1/28
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙)61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明涉及道路工程技術領域，具體涉及一種基于振動試驗的水泥穩定破碎礫石配合比設計方法。

背景技術

破碎礫石或礫石修筑道路路面基層的主要材料。與碎石相比，破碎礫石的破碎面少、表面光滑、棱角性差，導致水泥穩定破碎礫石強度相對較低、且容易離析。為了提高水泥穩定破碎礫石的強度，減弱離析現象，工程實踐中提高水泥劑量和采用較細的級配成為最常見的技術手段，水泥劑量應達到5～6％以上幾乎成為共識。由此造成的后果是水泥穩定破碎礫石基層出現較為嚴重的收縮開裂，由此誘發的其他破壞如唧漿、網裂等大大縮短了路面使用壽命。

目前水泥穩定破碎礫石的配合比設計的主要步驟如下：

(1)根據《公路工程集料試驗規程》(JTJ 058-2000)篩分粗、細集料，然后根據集料篩分結果與表1中的礦質混合料級配范圍，確定各種規格集料的比例。

(2)取水泥劑量3％、4％、5％與6％與礦質混合料混合，加入適量水分，采用《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中的重型擊實法確定不同水泥劑量水泥穩定破碎礫石的最佳含水量與最大干密度。

(3)根據重型擊實法所確定的最大干密度與最佳含水量，《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中的靜力壓實法成型圓柱體試件；然后將試件在溫度為(20±2)℃、濕度為95％的標準環境下養生6d，浸水1d。

(4)測試養生浸水后試件的無側限抗壓強度，根據表2中的強度標準確定水泥劑量。水泥劑量一般為4％～6％。

表1水泥穩定類集料的規范級配

表2水泥穩定類材料的壓實度及7d無側限抗壓強度規范值

但是上述設計方法存在以下不足：

(1)混合料抗裂性能較差。礦質混合料級配類型對水泥穩定破碎礫石的抗裂性能極重要，其中骨架密室型級配的抗裂性能優于懸浮密實型。表1中骨架密室型型級配，19mm以上集料的含量偏低，不能保證粗集料充分接觸形成骨架結構；4.75mm以下集料的含量偏低，不能充分填充粗集料的空隙而達到密實狀態；0.075mm以下粉料的含量過低，難以保證混合料在施工狀態下具有足夠的粘結力，易導致施工離析。

(2)傳統的重型擊實法是基于12-15噸的靜力壓路機提出的，與現代20噸以上的重型振動壓路機嚴重不符。

(3)試件靜壓成型法不能較好地模擬現場實際碾壓施工條件，致使室內成型試件內部結構與現場碾壓內部結構不吻合，即測試用試件不具有真實性、可靠性和代表性，導致室內性能試驗結果與基層實際應用效果出入較大，用于指導材料設計和現場施工及路面設計必然誤導工程技術人員。

采用上述方法所設計的水泥穩定破碎礫石級配偏細，水泥劑量偏大，強度偏低，容易開裂。為了提高水泥穩定破碎礫石的強度，減弱離析現象，工程實踐中提高水泥劑量和采用較細的級配成為最常見的技術手段，水泥劑量應達到5～6％以上幾乎成為共識，不經易導致水泥穩定基層容易開裂，而且水泥劑量大、造價高。

實踐表明，采用振動法設計的半剛性基層材料，在降低水泥劑量的同時，具有更好的抗開裂性能，能客服傳統設計方法的不足。然而，目前振動法設計水泥穩定破碎礫石仍存在諸多不足：(1)振動試驗儀類型多樣，其參數設置不盡相同，如何選型是合理應用振動設計法的基礎。現有規范僅對工作頻率、激振力和靜面壓力做了相關規定，而對振幅、工作重量、上車與下車系統重量并沒有做出規定，導致滿足規范要求的試驗儀無法精確描述振動儀工作狀態，也難以保證與實際施工效果相匹配。(2)相關研究大多是基于水泥穩定碎石展開的，振動試驗方法的參數、試驗步驟是否適用于破碎礫石，仍需要展開大量研究。(3)目前，關于振動設計法的強度設計標準，絕大地方仍采用的現行規范的半剛性基層材料的強度設計標準，該標準是基于重型擊實法與靜壓法提出的，導致往往設計水泥劑量偏低、且無法保證路面芯樣完整。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于振動試驗的水泥穩定破碎礫石配合比設計方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種基于振動試驗的水泥穩定破碎礫石配合比設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，確定骨架密室型級配；

步驟2，向按照所述骨架密室型級配配備的破碎礫石中加入水泥，配制水泥穩定破碎礫石混合料，通過振動擊實試驗確定所述水泥穩定破碎礫石混合料的最大干密度和最佳含水量；