水穩(wěn)配合比優(yōu)化QC小組1

水泥穩(wěn)定碎石土配合比優(yōu)化QC研究報告一、 QC興趣小組成立的目的為了加強項目技術創(chuàng)新與科技研發(fā)管理，推動科技進步，根據(jù)局下發(fā)的《技術創(chuàng)新與科技研發(fā)管理辦法》的相關規(guī)定及要求，特成立QC興趣小組。二、 研究課題按最小空隙法研究水泥穩(wěn)定碎石配合比優(yōu)化設計。三、 QC小組成員組長：胡宇峰副組長：黃鑫，顏超，趙偉組員：張利峰、古旭東、蘇樹、吳宇、許二歡、肖豐濤、游杰、楊勇王斌、李豪、歐陽威、尼博楨、趙帥四、 時間及計劃安排本QC小組研究該課題的起止時間為：2012.4~2012.10計劃安排：月：完成QC小組成立及各人負責部分，收集相關資料及技術規(guī)范。月：調(diào)查現(xiàn)狀及確定配合比優(yōu)化設計的理論依據(jù)及理論公式。6~8月：根據(jù)理論依據(jù)初步確定配合比，并進行壓縮性試驗驗證設計配合比是否達到優(yōu)化效果。9~10月：將優(yōu)化后提出的配合比應用到試驗段，根據(jù)試驗段結果進行總結，進一步優(yōu)化設計。五、現(xiàn)狀調(diào)查水泥穩(wěn)定碎石由于其有強度高、穩(wěn)定性好、剛度大等優(yōu)點，在公路路面結構層中已被廣泛應用。但在一些工程中由于水泥穩(wěn)定碎石材料級配組成比例不當，造成其密實性差、強度低，從而使水泥穩(wěn)定碎石很難發(fā)揮其優(yōu)越性能，甚至導致水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層材料出現(xiàn)各種早期破壞。為此，必須進行水泥穩(wěn)定碎石配合比組成最佳設計，而最佳組成設計的關鍵是在規(guī)范要求的級配曲線范圍內(nèi)，選擇集料空隙率最小的曲線。根據(jù)我們小組大量的收集資料及試驗研究證明，按最小空隙率法進行水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層材料的配合比設計．能取得水泥石混合料的最佳組成，很好地發(fā)揮水泥穩(wěn)定碎石的優(yōu)越性能．提高路面的使用壽命。六、課題成立的理論依據(jù)按最小空隙率法進行水泥穩(wěn)定碎石配合比設計的基本原理是，當半剛性基層材料的粗集料形成骨架時，集料顆粒間所形成的空隙用水泥石填充，形成骨架密實結構。若水泥石含量過多，則不能形成密實骨架，導致穩(wěn)定性差，而且會增加因水泥石收縮而造成路面出現(xiàn)裂縫的可能性：若水泥石含量過少，空隙率大，空隙不能被填滿，則強度低、整體性差。七、組成設計基本參數(shù)公式1.集料參數(shù)公式（1）集料的平均堆積密度集料的堆積密度是測定集料空隙率的重要參數(shù)之一。由于組成水泥穩(wěn)定碎石的集料大多數(shù)是由不同規(guī)格的單集料組合而成，因此．對

于水泥穩(wěn)定碎石的集料而言，其堆積密度應采用平均堆積密度。由大于4.75mm的粗集料的振實堆積密度和小于4.75mm的細集料的緊裝堆積密度，按不同含量加權平均而得。設組成水泥穩(wěn)定碎石的集料中，大于4.75mm的粗集料含量為a%，振實堆積密度為p(t/m3),小于1i 1i4.75mm的細集料的緊裝堆積密度為p(t/m3),那么集料的平均堆積密度p(t/m3)及組合后的集料的平均堆積密度p(t/m3)分別為:iii1)1)2)iiA1—A—Hr+ Hp￡藝另-iPpp￡藝另-iP2iipii式中，A是各種規(guī)格集料的合成含量(％)i2)集料的平均表觀相對密度根據(jù)所選的各種原集料，分別測定其大于4.75mm的粗集料含量B和其表觀密度p(t/m3)及小于4.75mm的細集料的表觀相對密TOC\o"1-5"\h\zi4.75 1i度p(t/m3)，通過計算求出該集料的表觀相對密度p(t/m3)，及組2i ti合后集料的表觀相對密度p(t/m3)分別為：t3)43)4)pti_~B 1—B——+ 1i p2i工Bpi_藝茁ii式中，B是各種規(guī)格集料的合成含量(％)i3)集料的空隙率

已知p(t/m3)、p(t/m3)后，根據(jù)下式可以計算得集料的空隙it5)率5)1pn二1ipt(4)1m實體中水泥石的含量已知空隙率n、水泥石的最大干密度P,可以根據(jù)下式計算1m實體中水泥石的重量為：Q=n?P (6)由公式(5)可知,組合后的集料空隙率大小不僅與組成集料各單集料本身的物理性質(zhì)有關,也與各單集料在組合后集料中的含量有關,因此,要調(diào)整組合集料的空隙率,對于本身物理性能確定的單集料來說,只有調(diào)整其在組合集料中的含量才能改變組合后集料的空隙率。故若要實現(xiàn)組合后集料的空隙率最小,就必須使得各組成單集料在組合集料中的含量合理。對于指定水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石材料來說．公式(6)中的P值可通過擊實試驗得到一個定值,其中的Q值等于所用各單集料中細集料的量與水泥量之和,這樣公式(6)可變?yōu)閚=Q/P，即為公式(5)的驗證式，這說明只有當通過試驗得到的水泥石的最大干密度與空隙率之積與1m實體中實際干水泥石的重量近似相等時，說明所得到的最小空隙率才是合理的。七、試驗段試用結果1.集料級配組合調(diào)整由于單一集料的級配不能滿足規(guī)范的要求，必須對其進行組合調(diào)配，調(diào)配結果如級配曲線圖1所示。經(jīng)過反復調(diào)配發(fā)現(xiàn)，當碎石(2-4)：碎石（1-2）：石屑=25：35：40和碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=50：0：50時（圖1中的長虛線），碎石（2-4）與碎石（1-2）間的空隙率分別為0.43和0.40,但前者曲線形狀比后者的更為合理，因此可以認為0.43是所要求的最小空隙率。根據(jù)圖1可知，按碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=25：35：40組合后，集料小于4.75mm的細集料占41.7%。級和曲線禺loo級和曲線禺loo直盹祀Eso.gg扯覽a（2）配合比的初步確定根據(jù)級配調(diào)整結果，將組合后的集料中小于4.75mm的細集料按其在集料中所占比例與不同劑量的水泥混合進行擊實試驗。根據(jù)擊實試驗結果，選擇水泥劑量為5.0%,最大干密度為2.42g/cm3 ，那么，由前述公式可得所需水泥石的量為1.04t/m3；又由于水泥穩(wěn)定碎石混合料最大干密度為2.48g/cm3，那么實際組合后的集料中小于4.75mm的細集料含量已達0.99t/m3，而選擇空隙率為0.43時，實際需要小于4.75mm的細集料量為0.92t/m3。這樣，需對集料中對細集料含量影響較大的石屑含量進行調(diào)整，調(diào)整原則是保證空隙率不變.細集料含量接近0.92t/m3，經(jīng)過調(diào)整和驗證，集料級配最終組合結果為碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=25：40：35。根據(jù)強度試驗結果，配合比確定為A碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=25：40：35；水泥劑量為5.0%；混合料最大干密度為2.49g/cm3,最佳含水量為4.5%。為便于比較研究，根據(jù)試驗選擇B碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=50：0：50和C碎石（2-4）：碎石（1-2）：石屑=0：70：30作比較試驗，其水泥用量均為5.0%?；旌狭献畲蟾擅芏确謩e為2.51g/cm3和2.48g/cm3。最佳含水量分別為4.4%和4.5%。（3）收縮性試驗這里所說的水泥穩(wěn)定碎石基層材料的變形是指非荷載作用下的變形，即干縮變形和溫縮變形。雖然水泥穩(wěn)定碎石基層具有強度高、穩(wěn)定性好和剛度大等特點，但如果其材料組成不當，就很容易在溫度和濕度發(fā)生變化時產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫，從而導致基層的抗沖刷和抗荷載能力下降，甚至導致路面出現(xiàn)早期破壞。本課題在總結這方面研究經(jīng)驗的基礎上，利用初步選用的設計配合比A和參考配合比B、C進行比較研究。干縮性能水泥穩(wěn)定碎石的干縮裂縫的發(fā)生，主要是由于混合料中水分的散失導致材料的收縮而引起的。根據(jù)上述兩種不同的配合比，分別在其最佳含水量和最大干密度下制作5cmx5cmx24cm的梁式試件，在同一自然溫度和自然濕度的條件下養(yǎng)護28d，進行干縮試驗。試驗結果如圖2所示。

OAflLftKSd?-I--■E配倉OAflLftKSd?-I--■E配倉比甜一?—車昔比7■也配合比詔一?一匚紀豊比誠譽鎰昨W卜需604020先水芋莎（吒）^2干網(wǎng)蛙隆仙筑陽根據(jù)試驗結果分析。配合比為A的試件的最大失水率為2.7%,對應的最大干縮應變?yōu)?02x10-6，最大干縮系數(shù)為32x10-6；配合比為B的試件的最大失水率為3.1%,對應的最大干縮應變?yōu)?25x10-6,最大干縮系數(shù)為61x10-6；配合比為C的試件的最大失水率為3.3%,對應的最大干縮應變?yōu)?42x10-6，最大干縮系數(shù)為87x10-6:這說明配合比為B、C的試件比配合比為A的試件結構容易產(chǎn)生裂縫，C的干縮性能最差。溫縮性能水泥穩(wěn)定碎石材料由三個相組成，即不同礦物顆粒組成的固相、液相（水）和氣相，這三個相在降溫過程中相互作用，使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮，從而產(chǎn)生常說的溫縮裂縫。據(jù)有關資料表明，就組成水泥穩(wěn)定碎石固相的礦物顆粒而言，原材料中砂粒以上顆粒的溫度收縮系數(shù)較小，而粉粒以下顆粒溫度收縮系數(shù)較大；存在于水泥穩(wěn)定碎石半剛性材料內(nèi)部的較大空隙、毛細孔和孔中的水通過“擴散作用”“表面張力作用”和“冰凍作用”三個作用過程，對半剛性材料的溫度收縮特性產(chǎn)生極大影響。因而影響水泥穩(wěn)定碎石基層材料溫度收縮

特性的主要因素是含水量、集料中的礦物成份、環(huán)境溫度和齡期。本課題就環(huán)境溫度的變化對上述兩種配比的混合料的溫度收縮影響進行比較試驗研究。根據(jù)上述兩種不同的配合比，分別在其最佳含水量和最大干密度下制作5cmx5cmx24cm的梁式試件，在同一自然溫度和自然濕度的條件下養(yǎng)護28d，進行溫縮試驗。試驗結果如圖3所示?！? -AfK&Hy■' -AfK&Hy-??A/E合tt記PT3爲埔性儲曲縷圖根據(jù)上述結果可知，配合比B、C的混合料的溫縮系數(shù)與溫縮應變在-20°C?20°C內(nèi)都比配合比A的混合料大，而且不難看出，混合料的溫縮性能一般在高于-5°C時較小且三者相差不大，低于-5°C后，混合料的溫縮加快，且三者相差較大。因此，從溫縮性能來看，配合比為A的混合料優(yōu)于配合比為B的，C的溫縮性能最差。綜上所述，無論從干縮性還是溫縮性方面考慮，配合比為A的混合料都比參考配合比為B、C的優(yōu)越。八、結論實踐證明，按最小空隙率法進行配合比設計的水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，不僅7d內(nèi)能取出完整的芯樣，提高了基層的強度、抗沖刷能力、耐久性，而且大大降低了水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層材料的干縮、溫縮裂縫，從整體上充分發(fā)揮了水泥穩(wěn)定碎石半剛性材料的優(yōu)越性能，提高了