上海同纳建设工程质量检测有限公司 上海 200331
摘 要：随着交通基础建设投资力度的加大,我国公路通车里程逐年快速增长。水泥稳定碎石经过拌和、摊铺、压实、养护成型的形式，具有强度高、稳定性好、扩散应力强、抗冻性好、造价低廉等特点，是基层和底基层的主要材料类型之一。水泥稳定碎石强度满足与否直接影响着工程质量的好坏。本文首先介绍了水泥稳定碎石的检测内容，并从延时时间、水泥掺量、养护条件三方面，对水泥稳定碎石强度检测结果影响因素展开了探究。本文旨在为相关应用与研究提供参考。
关键词：水泥稳定碎石强度；影响因素；水泥掺量；养护时间；延时时间
前言：
因为近些年来路面交通量增大，路面超载现象日趋严重，普通的级配碎石和级配砾石已经很难满足交通负荷的需要，水泥稳定碎石基层底基层整体性强，承载力高、稳定性强且随着时间推移强度不断增强，所以目前在我国的道路建设中得到普遍的应用。其性能参数是否符合要求，这就需要我们对其性能用正确的试验方法进行检测，提供最真实有效的强度数据给使用方，从而保证工程的质量。
水泥稳定碎石试验配合比设计步骤和内容
对水泥进行检测，宜采用强度等级为32.5或42.5的水泥，初凝时间应大于3h，终凝时间大于6h。
对几档碎石进行筛分，得到碎石不同粒径含量，根据碎石含量计算混合含量，混合筛分后确认混合比例。
掺配不同水泥剂量，对混合料进行击实试验，得到最佳含水率和最大干密度。
用最佳含水率、最大干密度、压实度、损耗率对无机结合料进行成型。成型试件的高度和质量损失满足规范要求。
在标准养护室对试件进行养生。且质量损失满足规范要求。
进行无侧限抗压强度，标准差、变异系数应满足规范要求。
根据设计要求选择最优的水泥掺量。
水泥稳定碎石配合比设计的影响因素
2.1不同水泥掺量对水泥稳定碎石配合比设计强度的影响
2.1.1 试验步骤如下：
在同一批样品中，按照四分法取（0-5）mm、（5-16）mm、（16-31.5）mm三种规格的碎石，将其合成规范要求级配中值进行掺配。
将合成好的级配碎石分别加入2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%的水泥掺量进行掺配。并在规范的时间内完成击实试验。
五种不同掺配比例的水泥得到五组最大干密度和最佳含水率的数据。
根据五组最大干密度、最佳含水率，在规范的时间内使用同压实度，对五组不同水泥掺配比例的混合料进行成型。同时确保高度误差和质量损失在规范要求范围以内。
在相同且标准的养护条件下（温度20℃，湿度≥95%）标养6天，第7天将合格试件浸泡于水中。
将浸泡后的五组试件放在同一压力试验机上，用1mm/min进行无侧限抗压强度试验。
对五组抗压强度代表值进行总结、归纳。
2.1.2 试验数据如下：
不同水泥剂量击实结果见下表
表1 水泥剂量2.5%的击实试验结果
| 水泥剂量：2.5% | ||||||||||
| 击实试验（1） | 湿密度（g/cm3） | 2.183 | 2.248 | 2.278 | 2.263 | 2.216 | ||||
| 含水率（%） | 3.4 | 3.8 | 4.3 | 4.9 | 5.4 | |||||
| 干密度（g/cm3） | 2.111 | 2.166 | 2.184 | 2.157 | 2.102 | |||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.184 | 最佳含水率（%） | 4.4 | |||||||
| 击实试验（2） | 湿密度（g/cm3） | 2.167 | 2.226 | 2.260 | 2.235 | 2.198 | ||||
| 含水率（%） | 3.4 | 3.7 | 4.2 | 4.9 | 5.3 | |||||
| 干密度（g/cm3） | 2.096 | 2.147 | 2.169 | 2.131 | 2.087 | |||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.169 | 最佳含水率（%） | 4.3 | |||||||
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| 最大干密度平均值（g/cm3） | 2.176 | 最佳含水率平均值（%） | 4.4 | |||||||
表2 水泥剂量3.0%的击实试验结果
| 水泥剂量：3.0% | ||||||||
| 击实试验（1） | 湿密度（g/cm3） | 2.214 | 2.270 | 2.311 | 2.281 | 2.241 | ||
| 含水率（%） | 3.8 | 4.1 | 4.8 | 5.4 | 5.8 | |||
| 干密度（g/cm3） | 2.133 | 2.181 | 2.205 | 2.164 | 2.118 | |||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.205 | 最佳含水率（%） | 4.7 | |||||
| 击实试验（2） | 湿密度（g/cm3） | 2.199 | 2.257 | 2.286 | 2.257 | 2.211 | ||
| 含水率（%） | 3.9 | 4.3 | 4.6 | 5.4 | 5.7 | |||
| 干密度（g/cm3） | 2.116 | 2.164 | 2.185 | 2.141 | 2.092 | |||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.185 | 最佳含水率（%） | 4.7 | |||||
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| 最大干密度平均值（g/cm3） | 2.195 | 最佳含水率平均值（%） | 4.7 | |||||
表3 水泥剂量3.5%的击实试验结果
| 水泥剂量：3.5% | |||||||||
| 击实试验（1） | 湿密度（g/cm3） | 2.234 | 2.303 | 2.339 | 2.312 | 2.253 | |||
| 含水率（%） | 4.1 | 4.6 | 5.2 | 5.7 | 6.1 | ||||
| 干密度（g/cm3） | 2.146 | 2.202 | 2.223 | 2.187 | 2.123 | ||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.223 | 最佳含水率（%） | 5.0 | ||||||
| 击实试验（2） | 湿密度（g/cm3） | 2.220 | 2.281 | 2.311 | 2.288 | 2.241 | |||
| 含水率（%） | 4.2 | 4.7 | 5.3 | 5.8 | 6.2 | ||||
| 干密度（g/cm3） | 2.131 | 2.179 | 2.195 | 2.163 | 2.110 | ||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.195 | 最佳含水率（%） | 5.1 | ||||||
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| ||||||||
| 最大干密度平均值（g/cm3） | 2.209 | 最佳含水率平均值（%） | 5.0 | ||||||
表4 水泥剂量4.0%的击实试验结果
| 水泥剂量：4.0% | |||||||||||
| 击实试验（1） | 湿密度（g/cm3） | 2.261 | 2.323 | 2.356 | 2.331 | 2.282 | |||||
| 含水率（%） | 4.3 | 4.7 | 5.1 | 5.8 | 6.1 | ||||||
| 干密度（g/cm3） | 2.168 | 2.219 | 2.242 | 2.203 | 2.151 | ||||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.242 | 最佳含水率（%） | 5.2 | ||||||||
| 击实试验（2） | 湿密度（g/cm3） | 2.238 | 2.297 | 2.335 | 2.305 | 2.256 | |||||
| 含水率（%） | 4.2 | 4.6 | 5.2 | 5.9 | 6.2 | ||||||
| 干密度（g/cm3） | 2.148 | 2.196 | 2.220 | 2.177 | 2.124 | ||||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.222 | 最佳含水率（%） | 5.1 | ||||||||
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| ||||||||||
| 最大干密度平均值（g/cm3） | 2.232 | 最佳含水率平均值（%） | 5.2 | ||||||||
表5 水泥剂量4.5%的击实试验结果
| 水泥剂量：4.5% | |||||||||
| 击实试验（1） | 湿密度（g/cm3） | 2.283 | 2.346 | 2.376 | 2.355 | 2.314 | |||
| 含水率（%） | 4.4 | 4.7 | 5.2 | 5.9 | 6.4 | ||||
| 干密度（g/cm3） | 2.187 | 2.241 | 2.259 | 2.224 | 2.175 | ||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.259 | 最佳含水率（%） | 5.3 | ||||||
| 击实试验（2） | 湿密度（g/cm3） | 2.263 | 2.328 | 2.362 | 2.346 | 2.298 | |||
| 含水率（%） | 4.4 | 4.8 | 5.4 | 5.9 | 6.4 | ||||
| 干密度（g/cm3） | 2.168 | 2.221 | 2.241 | 2.215 | 2.160 | ||||
| 最大干密度（g/cm3） | 2.241 | 最佳含水率（%） | 5.4 | ||||||
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| ||||||||
| 最大干密度平均值（g/cm3） | 2.250 | 最佳含水率平均值（%） | 5.4 | ||||||
2.1.3 7天无侧限抗压强度结果如下
表6 7天无侧限抗压强度试验结果
|
试验项目 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 |
| 强度平均值（MPa） | 3.28 | 3.65 | 3.96 | 4.75 | 5.08 |
| 标准差（MPa） | 0.408 | 0.486 | 0.349 | 0.552 | 0.499 |
| 变异系数（%） | 12.4 | 13.3 | 8.8 | 11.6 | 9.8 |
| 强度代表值（MPa） | 2.6 | 2.9 | 3.4 | 3.8 | 4.3 |
2.1.4 结果分析：
相同条件下，在一定范围内随着水泥剂量的增加，水泥稳定碎石的最大干密度和最佳含水率也随之变大。
相同条件下，在一定范围内随着水泥剂量的增加，水泥稳定碎石的抗压强度也随之增大。
对于水泥稳定碎石，在强度满足设计的要求的同时也应控制水泥剂量，合理的水泥剂量不仅对经济效益而且对工程都有好处。
2.2养护时间对水泥稳定碎石强度的影响
2.2.1 试验方案
使用同一家料场生产的碎石，碎石合成如下图的级配要求
按掺量4.0%的水泥掺量，成型4组水泥稳定碎石试件，每组13个，尺寸为φ150mm*150mm
将试件至于标准养护室进行养护，四组试件分养护7d、14d、22d、28d，在养护结束后，在压力试验机进行无侧线抗压强度试验。试验结果取13个试件的代表值，试验结果如下。
表7 养护7d试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 4.29 | 4.16 | 4.60 | 4.20 | 4.54 | 4.30 | 3.93 | 4.78 | 5.08 | 4.83 | 4.47 | 4.52 | 5.10 |
| 代表值 | 3.9 | ||||||||||||
表8 养护14d试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 7.00 | 7.46 | 7.86 | 6.30 | 8.21 | 6.13 | 8.37 | 7.81 | 6.50 | 8.07 | 7.58 | 5.98 | 6.96 |
| 代表值 | 5.9 | ||||||||||||
表9 养护22d试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
| 单个值 | 7.35 | 9.72 | 8.83 | 8.84 | 8.55 | 8.21 | 7.22 | 7.37 | 8.08 | 9.35 | 9.83 | 8.19 | 7.36 | |
| 代表值 | 6.9 | |||||||||||||
表10 养护28d试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 7.84 | 8.07 | 8.14 | 7.96 | 7.43 | 7.79 | 9.31 | 8.87 | 9.89 | 9.98 | 9.91 | 8.04 | 9.99 |
| 代表值 | 7.1 | ||||||||||||
4）由上述四组标准状态下的水泥稳定碎石抗压强度值，可得曲线图如下：
图1 养护时间与抗压强度关系图
2.2.2结果分析：
在标准养护室养护状态下，在28d的养护周期内，随着时间的养护时间的增加，水泥稳定碎石的强度也随之增加。
水泥稳定碎石随着养护时间增大，但增长趋势有所不同，7d～14d增长趋势较大，14d以后强度增长趋势较前两周趋势有所减弱，出现这种情况与水泥的水化反应有很大原因。
2.3延时时间对水泥稳定碎石强度的影响
2.3.1 试验方案
使用同一厂家的原材料做成型前的准备工作。
根据前期试验得到的集市数据、压实度，分别成型4组试件。
成型试件时，分别延时0小时、1小时、2小时、3小时。从而探究延时时间对强度的影响。试验结果如下。
表11 延时0小时试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 5.42 | 5.32 | 5.89 | 4.58 | 4.65 | 5.02 | 6.04 | 6.12 | 5.31 | 6.18 | 5.52 | 4.82 | 6.07 |
| 代表值 | 4.5 | ||||||||||||
表12 延时1小时试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
| 单个值 | 5.42 | 6.00 | 4.48 | 5.51 | 6.00 | 5.19 | 4.72 | 4.94 | 5.24 | 4.62 | 5.15 | 4.58 | 5.79 | |
| 代表值 | 4.3 | |||||||||||||
表13 延时2小时试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 5.98 | 4.42 | 4.42 | 5.91 | 4.78 | 4.35 | 4.79 | 5.30 | 4.98 | 5.57 | 4.94 | 5.15 | 5.01 |
| 代表值 | 4.2 | ||||||||||||
表14 延时3小时试件无侧线抗压强度（MPa）
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 单个值 | 5.29 | 4.87 | 4.89 | 5.50 | 5.07 | 4.28 | 4.73 | 4.39 | 4.29 | 4.78 | 6.11 | 5.14 | 5.30 |
| 代表值 | 4.1 | ||||||||||||
2.3.2 结果分析：
相同条件下延迟时间不同，水泥稳定碎石的抗压强度不同，随着延时时间的增加，水泥稳定碎石的强度减小。
强度的减弱，究其原因是因为水泥的水化反应，所以在现场施工过程中，应控制好水稳的施工时间，确保其在施工过程中的强度要求。
3.结论与建议
本文就以上几个方面探究发现，延时时间、水泥掺量、养护时间对水泥稳定碎石强度都有着较大的影响。道路建设的相关人员，应熟悉并了解这些性能，在相关工作中尽可能趋利避害，建设优质工程。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业标准.JTG E51-2009.公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社.2009.
[2] 中华人民共和国行业标准.JTG E42-2005.公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社.2005.
撰写日期：2020年3月
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水泥剂量（%）