1、1基于控制空隙率法进行二灰稳定碎石配合比最佳组成设计方法研究章志明(安徽国顺交通咨询设计有限公司,230601)摘 要：在惯用二灰稳定碎石配合比设计的基础上，从密实、高强、整体性的角度出发，提出了按控制空隙率法进行二灰稳定碎石配合比最佳组成设计的新方法；按该方法进行配合比设计的二灰稳定碎石强度高、耐久性强，能减少或消除干温缩裂缝的产生。关键词：道路工程；二灰稳定碎石；控制空隙率；最佳组成设计；研究Based on the control of porosity of the Second graygravel with stability than the best method of des
2、ignZhang Zhi-ming(Anhui GuoShun Transport Advisorying and designing Co., Ltd, 230601)Abstract: In the usual two gray gravel with stability on the basis of design, from the dense, high-strength, holistic point of view, put forward by the Second control porosity of gray gravel stability than with the
3、best design of the new method ; According to the methods of design with the stability of gray gravel high strength, durability strong, and can reduce or eliminate temperature shrinkage cracks in the dry produce.Key words: road works; two gray gravel stability； control porosity； composed of the best
4、design； research0 前言二灰稳定碎石由于其有强度高、稳定性好、刚度大等优点，在公路路面结构层中越来越被广泛应用。但如果由于材料配合比组成不当，不仅很难发挥二灰稳定碎石的优越性能，反而会导致二灰稳定碎石半刚性基层材料出现各种早期破坏，最主要原因是二灰稳定碎石材料组成比例不当，导致其密实性差、强度低。因此，要充分发挥二灰稳定碎石半刚性基层材料的优越性能，进行二灰稳定碎石配合比组成最佳设计是关键。经过大量的试验研究证明，按控制空隙率法进行二灰稳定碎石半刚性基层材料的配合比设计，能取得二灰混合料的最佳组成，很好的发挥了二灰稳定碎石的优越性能，提2高了路面的使用寿命。1 组成设计基本原理
5、按控制空隙率法进行二灰稳定碎石配合比设计的基本原理是，当半刚性基层材料的集料形成骨架，集料颗粒间所形成的空隙率用石灰粉煤灰填充，形成骨架密实结构。若集料含量过少，则不能形成骨架，稳定性差；若集料含量过多，空隙率大，稳定材料不能填满空隙，强度低、整体性差。2 组成设计公式2.1 集料参数公式2.1.1 集料的平均堆积密度集料的堆积密度是测定集料空隙率的重要参数之一，由于组成二灰稳定碎石的集料大多数是由不同规格的单集料组合而成，因此，对于二灰稳定碎石的集料而言，其堆积密度应是平均堆积密度。由大于 4.75mm 的粗集料的振实堆积密度和小于 4.75mm 的细集料的紧装堆积密度，按不同含量加权平均而
6、得。设组成二灰稳定碎石的集料中，大于 4.75mm 的粗集料的含量为 Ai%，其振实堆积密度为 P1i（t/m 3） ，小于 4.75mm 的细集料的紧装堆积密度为 P2i（t/m 3） ，集料的平均堆积密度为Pi（t/m 3） ，那么：100Pi=Ai + 100Ai （1）P1i P2i3.3.2. 集料的平均表观相对密度根据选用的各种原集料，分别测定其大于 4.75mm 的粗集料的含量 Ai4.75和其表观密度Pli（t/m 3）及小于 4.75mm 的细集料的表观相对密度 P2i（t/m 3）,通过计算求出该集料的表观相对密度 Pti（t/m 3）, 及组合后的集料的表观相对密度 Pt
7、（t/m 3）,那么：100 Ai4.75 + 100Ai4.75 （2）P1i P2i100Ai （3）Pti ，式中 Ai 是各种规格集料的合成含量%3.3.3. 粗集料的体积已知 Pt（t/m 3） 、Pi （t/m 3）后，根据下式可以计算粗集料占集料的体积百分率 V：PiPt （4）3.3.4. 集料的空隙率根据下式可以计算集料的空隙率 n： n=1V （5）3.2.二灰参数公式3.2.1. 一立方实体中二灰的含量已知空隙率 n、二灰的最大干密度 P 时，可以根据下式计算一立方实体中二灰的含量 Q：Q=P*n （6）3.2.2. 二灰与集料的重量比已知一立方实体中二灰的含量 Q 和集
8、料的平均堆积密度 Pi 时，可根据下式计算二灰与集料的重量比：Pti=Pt=V= 3Q Pi （7）二灰：集料= ：Po Po ，式中 Po 为二灰混合料的最大干密度： Po=n*P+Pi。2.1.2 石灰剂量由于石灰、粉煤灰的颗粒细小，在与集料混合拌和过程中有一小部分要被集料粘附，因此，实际采用的石灰剂量 a 应根据下式确定：a=A*b+X*B*b /100 （8） 式中，X集料对二灰的粘附量（占集料） %，应通过试验确定，不考虑时 X=0；b二灰中石灰含量%；A、B二灰与集料比。2.1.3 配合比公式根据式（8）的结果可知，由式（7）确定的二灰与集料的比例应进行调整，调整结果如下：二灰：集
9、料=（A+X/100*B ）：B*（1X/100） （9） 因此，二灰混合料中：石灰为： P1=a粉煤灰为： P2=A*（1b）*100集料为： P3=B*（1X/100）*100 （10） 所以二灰稳定碎石配合比应为：石灰：粉煤灰：集料=a：（1b/100）*（A*100+B*X/100）：B* （1X/100）*100 （11）3 组成设计程序二灰稳定碎石半刚性基层材料的最佳组成设计基本内容主要有：原材料相关技术指标检验；集料的级配组合；二灰的重量比确定；二灰与集料的重量比确定；石灰或粉煤灰的含量确定；配合比组成的确定；二灰稳定碎石强度检验。因此，按控制空隙率法进行二灰稳定碎市配合比设计的
10、程序如下图-1。不 不合 合格 格原材料试验 二灰击实试验集料级配调整密度、体积等计算二灰强度试验二灰重量比 二灰最大干密度1m3 实体中二灰重量二灰与集料重量比石灰剂量计算配合比计算强度检验配合比确定43.1 原材料组成二灰稳定碎石半刚性基层材料的原材料主要有：石灰、粉煤灰、碎石、水或水泥。采用的原材料各项技术指标必须符合现行规范要求。3.2 集料的级配好的级配对于保证密实式结构的二灰稳定碎石的优越性能至关重要，因此，在单一的集料不能满足现行规范要求的情况下，必须进行各种规格集料的级配组合调整。3.3 二灰的最大干密度根据重型击实及无侧限抗压强度试验确定不同比例时的二灰无侧限抗压强度的最佳值
11、，及该最佳值对应的最大干密度，以该干密度作为二灰的最大干密度 P（t/m 3） 。并绘制二灰比例与无侧限抗压强度、最大干密度关系图。3.4 强度检验同用其它方法进行的配合比设计一样，应对配合比的可靠程度进行检验，对于二灰稳定碎石而言，主要采用无侧限抗压强度指标对其进行检验。检验结果应符合现行规范要求。4 应用实例南方某新建二级公路沥青路面，拟采用二灰稳定碎石作为半刚性基层，其原材料部分相关技术指标检验如下表-1。表-1名 称 项 目 结 果SiO2、Al 2O3、Fe 2O3（%） SiO2：56.24；Al 2O3：30.38；Fe 2O3：3.52烧失量（%） 4.78粉煤灰比表面积（%）
12、 4473.4石灰 CaO 含量（ %） 80.8孔径（mm） 37.5 31.5 19.0 9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.07碎石（2-4） 通过率（%） 100 87.3 48.6 23.6 13.1 4.6碎石（1-2） 100 89.4 55.8 34.2 17.7 5.5石屑级配100 88.2 57.7 43.0 31.3 23.2 1.2碎石（2-4） A B 2.68 碎石（1-2） 2.65 石屑表观相对密度（t/m 3）堆积密度（t/m 3）A2.51B注：表中压碎值等指标未列出。5 配合比确定5.1 集料级配组合调整根据上表-1 可知，单一集料的级
13、配不符合要求，必须对其进行组合调配，调配结果如下图-2 ，其中5级 配 曲 线 图 图 -294.976.854.334.00.4 8.121.3100.012.30.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0110.037.531.519.09.504.752.361.180.600.075筛 孔 孔 径 (mm)通过率(%)调 整 通 过 率 （ %）规 范 （ 下 ） (%)规 范 （ 中 ） (%)规 范 （ 上 ） (%)5.1.2 二灰的最大干密度根据规范要求的二灰比例范围，进行了石灰与粉煤灰的比例为 1：2、1：2.5、1：3、1：3.5
14、、1：4等五组不同比例的二灰击实试验和最佳含水量、最大干密度条件下的无侧限抗压试验。试验结果如下图-3。最 大 干 密 度 与 强 度 图 图 -30.30.50.40.30.21.64 1.581.36 1.251.120.000.100.200.300.400.500.601:2 1:2.5 1:3 1:3.5 1:4二 灰 比 例强度（Mpa）0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.001.101.201.301.401.501.601.701.80最大干密度（g/cm3）强 度 (Mpa)最 大 干 密 度 (g/cm)根据图-3 可知，当二
15、灰比例为 1：2.5 时强度最大，因此二灰的最大干密度应为 1.58/m3。5.1.3 配合比计算根据上述相关试验结果，利用上述（1）（11）的相关公式可进行集料平均堆积密度、集料平均表观相对密度、集料的空隙率、石灰实际剂量二灰与集料比等相关技术指标计算，计算结果如表-2。表-2序号 指标 结果 备注1 集料平均堆积密度 1.95tm32 集料平均表观相对密度 2.61t/m33 集料占混合料体积 0.75集料对二灰的粘附量（占集料）1.5%。64 集料的空隙率 0.255 一立方实体二灰重量 0.40t6 二灰：集料 0.17：0.837 石灰剂量 5.0%根据表-2 的试验结果，可得该二灰
16、稳定碎石配合比为：石灰：粉煤灰：集料=5：（10.28）*（0.17*100+1.5*83/100）：（10.015）*100=5：13.1：81.85：13：825.2. 强度检验为检验配合比的可靠性，进行了该配合比最佳含水量、最大干密度条件下的 7d 无侧限抗压强度试验，试验结果如下表-3。表-3试件数（件）养生后质量平均变化（%）浸水后质量平均变化（%）平均强度（MPa）变异系数Cv（%）Rd/（1Za*Cv）（MPa）备注6 -0.4 +1.5 1.7 4.5 1.16 -0.3 +1.8 2.1 5.1 1.29 -0.5 +1.1 1.9 6.7 1.29 -0.3 +1.7 2.
17、2 5.8 1.29 -0.3 +1.9 2.0 6.2 1.2Za=1.645，Rd=1.1MPa;“+”表示增加， “-”表示减少.根据试验结果可知，按控制空隙率法设计的配合比，不仅材料在养生期质量比较稳定，而且强度高、变异系数小，很好地体现了二灰稳定碎石半刚性材料的优越性能。6. 结束语实践证明，按控制空隙率法进行配合比设计的二灰稳定碎石半刚性基层，不仅 28d 内能取出完整的芯样，大大提高了基层的强度、抗冲刷能力、耐久性，而且大大降低了二灰稳定碎石半刚性基层材料的干缩、温缩裂缝，从整体上充分发挥了二灰稳定碎石半刚性材料的优越性能，提高了路面的使用寿命。【 参考资料 】1 JTJ034-2000. 公路路面基层施工技术规范 .北京：人民交通出版社. 2002.22 JTJ058-2000. 公路工程集料试验规程 . 北京：人民交通出版社. 2001.13 徐培华，陈忠达等.路基路面试验检测技术. 北京：人民交通出版社. 2000.24 王秉纲，王安玲等.公路工程混合料配合比设计与试验技术手册.北京：人民交通出版 社.2001. 85 长安大学.工程材料. 北京： 人民交通出版社. 2001.86 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面. 北京：人民交通出版社. 1998.9
