浅谈实验方式对水泥稳定碎石强度的影响

浅谈实验方式对水泥稳定碎石强度的影响
发表时间：2018-10-01T14:03:53.700Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：梁斯洁
[导读] 摘要：从混合料的拌合顺序、试件成型方式以及模具尺寸三个方面论述了试验方式水泥稳定碎石强度的影响，指出：通过改变拌料顺序能够减少混合料强度测试结果差异性、提高25%左右的强度值；采用振动成型法成型试件可以减少因为集料级配的变化而造成混合料强度的测试结果；选用振动击实试验方法和振动成型试件方法能保证混合料的含水量的损失达到最小、大约提高0.04g/cm3的最大干密度，进而提高混合料密实度、减少失水量对
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摘要：从混合料的拌合顺序、试件成型方式以及模具尺寸三个方面论述了试验方式水泥稳定碎石强度的影响，指出：通过改变拌料顺序能够减少混合料强度测试结果差异性、提高25%左右的强度值；采用振动成型法成型试件可以减少因为集料级配的变化而造成混合料强度的测试结果；选用振动击实试验方法和振动成型试件方法能保证混合料的含水量的损失达到最小、大约提高0.04g/cm3的最大干密度，进而提高混合料密实度、减少失水量对混合料强度的影响；选择振动成型法成型试件可以在满足混合料强度的前提下尽量减少水泥剂量，相同水泥剂量下提高80%左右的强度值；模具尺寸效应是造成工地基层芯样的强度通常高于振动法成型试件强度的主要原因。

关键词：拌合顺序；养护条件；成型方式；强度
1、前言
水泥稳定碎石材料是由集料、水泥和水组成；水泥稳定碎石结构取决于密实度和矿料级配及其排列方式。

影响室内试件组成结构的因素主要有最大干密度、最佳含水量和试件成型方式，而水泥剂量又取决于试件的7d无侧限抗压强度，可见最大干密度和最佳含水量的确定方法、室内试件成型方式直接决定室内水泥稳定碎石试件组成结构进而影响试验结果。

除此之外，混合料的拌和过程也会对水泥稳定碎石的强度造成影响。

因此本文主要从混合料的拌合顺序、试件成型方式、试件尺寸三个方面来探讨试验方式是如何影响水泥稳定碎石无侧限抗压强度结果的。

2、混合料的拌合顺序对强度的影响
目前《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中规定无论做击实实验还是成型实验均要求混合料的拌合先加水进行浸润然后再加水泥进行拌合，并且要求必须在1小时之内进行成型否则作废，这样要求主要是考虑让集料充分吸收水分便于接下来的水泥的水化能顺利进行。

但是这样做容易造成水泥稳定碎石局部的结块，使得水泥拌合不够均匀、充分，并且集料在吸收水分后，会造成水泥水化不充分，使得试件的7d无侧限抗压强度结果差异性变大，而且强度普遍偏低，有时甚至不能达到规范要求最低值。

因此，有些施工单位在混合料拌合时普遍采用先加水泥进行干拌，然后加水直接进行拌合的做法。

这样不仅节省了焖料的时间、简化了过程，而且先拌和水泥再加水能够使水泥能充分拌合减少强度结果的差异性，经过大量实验表明其强度有所提高，强度值提高大约25%左右。

3、实验成型方式对强度的影响
我国水泥稳定碎石基层的研究虽然取得了一定的成果，但沥青路面的早期破坏现象仍未得到明显的缓解。

其中最主要的原因就是虽然振动压实现在已成为高等级公路水泥稳定碎石混合料基层采用的施工工艺，但是室内仍采用与现场并不匹配的试验方法：用重型击实法确定最大干密度及最佳含水量，用静压法成型试件测定抗压强度。

本节主要从级配、含水量、水泥剂量、密实度四个方面来讨论成型方式对混合料强度的影响。

3.1 成型方式对级配的影响
研究表明[4]无论何种级配类型，静压法成型试件前后矿料级配变化较大，而振动法成型试件前后矿料级配变化较小。

主要是因为两种试件成型方法对被压混合料的作用机理不同，静压方式成型试件，随着压力的增加矿料颗粒之间的静摩擦力使得颗粒无法大范围的移动，随着静压力的继续增加，颗粒间摩擦力和挤压力也增加，压力的继续增加就会使试件内部部分集料出现压碎现象，最终会影响混合料路用性能的测试结果；而振动法成型试件则是通过高频振动作用使混合料液化压密，这种压实方式有利于减少矿料压碎，能较好地模拟现场振碾与被压材料相互作用的机理，确保试件具有代表性、可靠性和性能测试准确性。

3.2 成型方式对含水量的影响
许多研究表明，根据重型击实试验方法确定的最佳含水量、最大干密度来静压成型试件，成型前后试件内部含水量会减少，损失率会达到15%左右。

这是由于重型击实试验方法确定最佳含水量偏大，静压法成型试件过程中，随着静压力增大，混合料颗粒靠拢、孔隙减少而逐渐挤压混合料中水并导致流失。

成型前后混合料中的水被挤出，将会影响成型前后试件内部水泥剂量以及路用性能的测试结果。

而振动法试件成型前后含水量损失很少只有0.03%左右，含水量损失率不到1.0%，这种损失是可以忽略其对成型前后试件内部水泥剂量影响以及路用性能的测试结果。

由此证明了重型击实试验方法与静压成型试件方法与实际振动压路机压实水泥稳定碎石混合料的不匹配，而振动击实试验方法与振动成型试件方法的一致性。

3.3 成型方式对水泥剂量的影响
相关实验表明[5]水泥稳定碎石混合料采用的水泥剂量分别为3% 和 4%，均采用振动成型方法成型试件，其7d无侧限抗压强度分别相当于静压成型 5% 和 7% 水泥剂量下的强度，并且对于静压成型任意水泥剂量下混合料的强度，振动成型法降低2%的水泥剂量且仍然比静压法成型的高，如果仅从抗压强度的角度考虑，在保持物理指标都相同的前提下，振动成型可较静压成型节约水泥2% 左右。

除此之外，水泥剂量的高低不仅与混合料的强度指标有关而且还与混合料的抗裂性能有很大的关联，水泥剂量越高混合料的抗裂性能越差。

因此应该在满足混合料强度的前提下尽量减少水泥计量，故选择振动成型法成型试件更加合理。

3.4 成型方式对密实度的影响
研究表明[4]，在静压法与振动法两种成型方法下最大干密度具有明显的线性关系，振动击实法得到的最大干密度明显大于重型击实法得到的结果，平均提高 0.04g/cm3，增加的幅度为1.8% 左右，同时压实度每提高1%，水泥稳定碎石强度至少可提高11%。

这说明对于水泥稳定碎石这种多集料类型的混合材料，采用振动方法确定材料的压实标准的合理性，可以发挥材料的潜在力学特征。

但是成型方法的好与坏，不能以干密度的大小来衡量，应以成型后的物理、力学指标能充分反应级配的特点为标准。

4、模具尺寸对强度的影响
实际上工地基层芯样的强度通常高于振动法成型试件的强度，造成这种现象的原因之一是：试模尺寸效应，即受室内刚性试模尺寸影
响致使振动成型试件过程中颗粒得不到充分移动排列而影响内部结构，受到实验条件的影响，实验人员所成型的试件尺寸是有限的，所以在振动成型过程中内部材料不能充分排列就可能发生混合料的离析，从而影响混合料的强度测试结果。

然而工地振碾过程中水泥稳定碎石颗粒可得到较为充分排列，从而提高工地水泥稳定碎石基层强度。

5、结论
1.通过改变拌料顺序（即先拌和水泥再加水）能够减少混合料强度测试结果的差异性，而且强度值会增强，强度值提高大约25%左右。

2.静压法成型试件对集料级配影响高于振动法成型的试件，所以采用振动成型法成型试件来减少因为集料级配的变化而造成混合料强度的测试结果。

3.选用振动击实试验方法和振动成型方法能保证混合料的含水量的损失达到最小，进而减少失水量对混合料强度的影响。

4.与重型击实实验相比振动击实法得到的最大干密度平均提高0.04g/cm3，增加的幅度为1.8% 左右，压实度每提高1%，水泥稳定碎石强度至少可提高11%。

5.试模尺寸效应造成工地基层芯样的强度通常高于振动法成型试件强度的主要原因。

参考文献：
[1]公路工程无机结合料稳定材料试验规程 JTG E51-2009.
[2]蒋应军，李明杰，张俊杰等.水泥稳定碎石强度影响因素．长安大学学报（自然科学版），2010，30（4）：1－7 ．
[3]蒋应军，王富玉，刘斌．水泥稳定碎石强度特性的试验研究．武汉理工大学学报，2009，31（15）：52－57 ．
[4]蒋应军，李德文，解瑞松．成型方式对水泥稳定碎石物理力学特性的影响，公路交通科技（应用版），2012，93：45–50
[5]王龙，解晓光.水泥稳定碎石振动与静压成型物理力学指标关系，哈尔滨工业大学学报，2012，44（10）：71–74.。