透水型水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計研究

江玉

摘 要：對于透水型水泥穩(wěn)定碎石級配研究，目前尚未形成系統(tǒng)的設(shè)計理論。本文以貝雷法為理論基礎(chǔ)，結(jié)合青島地區(qū)兩種集料，通過試驗對透水型水泥穩(wěn)定碎石級配進行了優(yōu)化，優(yōu)選了三種配比進行強度及空隙率變化的研究，并通過凍融循環(huán)試驗、滲水試驗驗證了三種配比的可靠性。

關(guān)鍵詞：透水型水泥穩(wěn)定碎石 貝雷法

目前國內(nèi)外常用的級配理論主要有泰波級配理論、富勒級配理論、林繡賢級配設(shè)計方法、粒子干涉理論、前蘇聯(lián)伊萬諾夫級配理論及其貝雷法級配理論。本文以貝雷法為理論基礎(chǔ)，集料的體積指標作為級配設(shè)計的基本參數(shù)，以空隙率作為混合料體積設(shè)計的控制參數(shù)，以粗集料比（CA）作為混合料離析控制參數(shù)，對透水基層混合料級配進行研究。

1 透水型水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計

本次試驗研究水泥選用P·O 42.5，集料分別選用青島地區(qū)平度石灰?guī)r和城陽花崗巖，經(jīng)室內(nèi)試驗檢測，材料技術(shù)指標均符合《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTG F20-2015）要求。其中平度石灰?guī)r集料分為四檔，分別為0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-31.5mm；城陽花崗巖集料分為兩檔，分別為10-31.5mm、5-25mm。

1.1混合料級配設(shè)計

采用平度石灰?guī)r集料時，合成級配的最大公稱粒徑為31.5mm。根據(jù)貝雷法擬定5種級配進行對比試驗，以便優(yōu)化級配范圍，進一步改善混合料離析狀態(tài)；采用城陽花崗巖集料進行試驗時，僅對兩種規(guī)格粗集料10-31.5mm和5-25mm，分別按6/4、5/5、4/6、3/7、2/8比例復(fù)配。

1.2 不同級配材料空隙率和強度變化

試驗中多孔混凝土的無側(cè)限抗壓強度試驗使用Φ150×150mm模具制備試件。成型后待試件硬化后脫模，將試模放入養(yǎng)護室養(yǎng)護到規(guī)定的齡期。每組試件6個試塊，取其平均值為試件的無側(cè)限抗壓強度。

（1）平度石灰?guī)r集料

當集料選用平度石灰?guī)r集料時，孔隙率隨著級配的調(diào)整而逐漸減小，并趨于平穩(wěn)，而強度隨著級配的調(diào)整逐漸增大，并趨于平穩(wěn)。級配1中沒有添加細集料，因此其孔隙率較高，為31.0%，因而其強度較低，為4.4Mpa。而級配2至級配5，篩孔4.75mm的通過率為10%左右，添加了細集料，因此其孔隙率降低。隨著孔隙率的減小，強度增大。綜合來看，級配2孔隙率和強度相對較高，因此選取級配2作為較優(yōu)級配。

（2）城陽花崗巖集料

城陽花崗巖集料各級配混合料試件強度和空隙率的變化，如表1所示。

1.3 透水型水泥穩(wěn)定碎石配比優(yōu)選

通過試驗比對發(fā)現(xiàn)，采用以下配比時材料的孔隙率及強度能夠達到較好狀態(tài)，如圖1。

（1）級配6（城陽花崗巖）：

5-25mm：10-31.5mm：水泥：水=50：50：12：4.4

（2）級配2（平度料）：

20-30：10-20：5-10：0-5：水泥：水=28：54：10：8：12：5.3

（3）合成級配2（城陽花崗巖）：

10-31.5：5-25：水泥：水=25：75：12：4.5

（1）級配6（城陽花崗巖）

（2）級配2（平度料）

（3）合成級配2（城陽花崗巖）

從上圖可以看到，采用級配2（平度料）得到混合料的孔隙率較高，為29%左右，采用合成級配2（城陽花崗巖）得到較低的孔隙率，為19%左右，由于城陽花崗巖集料壓碎值較平度石灰?guī)r集料低，試件成型時集料破碎較嚴重，進而影響試件的空隙率。上述兩種混合料的強度相差不大，為6.0MPa左右。而采用級配6（城陽花崗巖）的混合料強度較低，為4.7MPa左右。

2 不同級配材料凍融性能變化

試驗方法參考《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）中凍融試驗，試樣凍融時設(shè)計兩種環(huán)境，分別在非飽水與飽水環(huán)境下進行試驗。其中不飽水凍融試驗結(jié)果如表3所示。

試驗發(fā)現(xiàn)，非飽水級配6和級配2經(jīng)過25次凍融后，試樣外觀相對完整。通過表3可以看到，非飽水凍融后，以上兩種級配的強度均滿足《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188-2012）中透水性水泥穩(wěn)定碎石基層凍融循環(huán)及《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135-2009）中凍融循環(huán)后抗壓強度損失率要求。

由圖2發(fā)現(xiàn)，在飽水環(huán)境下凍融，試件整體保持完好，試件表面混凝土漿體出現(xiàn)一定程度的脫落。報稅凍融循環(huán)后材料強度及抗壓強度損失率滿足《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188-2012）及《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135-2009）要求。

3 不同級配材料滲水系數(shù)變化

參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中的滲水試驗》JTG E20-2011中滲水儀測試方法，采用滲水儀，記錄400ml水時所需時間，并計算滲水率。

通過對上述三種級配：級配6、級配2、合成級配2，按照公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程中關(guān)于滲水試驗方法的要求進行滲水系數(shù)測定。結(jié)果如表4所示。

通過表4可以看出，級配2的滲水系數(shù)較高，為61.8ml/s，換算后為927ml/s，滿足《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJT 190-2012）中規(guī)定的滲水系數(shù)不小于800ml/15s的技術(shù)要求，其余兩種級配滲水系數(shù)略低于級配2。

4 小結(jié)

1、通過平度料按照級配1與級配5成型進行性能測試，發(fā)現(xiàn)級配2具有較好的強度和孔隙率，并且混合料的強度隨著水泥劑量的減小，混合料強度逐漸降低。通過對級配6和花崗巖成型效果來看，其孔隙率在20%至23%范圍內(nèi)變化，強度控制在3MPa至5MPa之間。

2、通過級配6、級配2和合成級配2對比發(fā)現(xiàn)：

（1）以城陽花崗巖級配2相比級配6，在強度、孔隙率和滲水性能上具有一定的優(yōu)勢。

（2）級配6與級配2的25次非飽水凍融后的強度均大于2.5MPa，25次非飽水凍融循環(huán)后抗壓強度損失率比小于20%，滿足規(guī)范要求。級配6飽水凍融循環(huán)后，強度為4.9MPa，25次非飽水凍融循環(huán)后抗壓強度損失率比為12%，滿足規(guī)范要求。