三灰碎石基层混合料配合比设计研究

三灰碎石基层混合料配合比设计研究

吕佳

哈尔滨市市政工程设计院有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150090

摘要：三灰碎石是在保留二灰稳定碎石优良路用性能的基础之上，通过掺加一定量水泥，形成水泥石灰粉煤灰稳定碎石。三灰碎石作为半刚性基层有诸多优越性，半刚性材料具有强度大、承载力高、整体性质均匀、稳定性好以及工程造价低，并且废物利用、减少环境污染等优点。本文拟通过二灰碎石无侧限抗压强度试验确定粗集料、石灰及粉煤灰的最佳掺配比例，再通过三灰碎石无侧限抗压强度试验确定水泥的最佳用量比例。将7d无侧限抗压强度等指标作为试验结果的考核指标，开展三灰稳定碎石的配合比试验设计。

关键词：三灰碎石配合比；配合比试验；无侧限抗压强度

引言

随着技术的进步，半刚性道路路面基层材料的路用性能得到了很大提升，从仅能使用在交通量很小路段的石灰粉煤灰材料，到悬浮结构二灰碎石基层，发展成骨架型的半刚性材料，具备了良好的路用性能。

1哈尔滨市三灰碎石基层混合料配合比存在问题

1.1混合料配合比

哈尔滨市现阶段使用的三灰碎石配合比为：石灰:水泥:粉煤灰:碎石=9.5%:1.5%:19%:70%。现阶段使用的三灰碎石配合比已不能满足相关规范要求。《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015中4.4.6规定，结合料与被稳定材料间比例为水泥粉煤灰：被稳定材料=20:80~15:85，在混合料中采用此比例范围时，粒料形成骨架，水泥粉煤灰起填充孔隙和胶结作用。传统三灰碎石配合比中碎石占比仅为70%，远小于规范中要求的80%~85%的要求。

1.2基层早期强度较低

二灰碎石中外掺水泥形成三灰碎石，主要目的是提高基层的早期强度，随着水泥用量的增多，抗压强度不断增长，但随着水泥掺量的增大，水泥对早期强度的贡献率逐渐减小，三灰碎石中水泥的合理掺量应保持一定的限度。通过对多项工程的调查研究，传统三灰碎石配合比中水泥掺量为1.5%时，部分工程的基层早期强度不满足规范要求，除施工条件等因素影响外，主要原因可能为水泥掺量并未达到合理掺量。

2三灰碎石基层混合料配合比设计

为更好的确定三灰碎石的配合比，本文拟通过二灰碎石无侧限抗压强度试验确定粗集料、石灰及粉煤灰的最佳掺配比例，再通过三灰碎石无侧限抗压强度试验确定水泥的最佳用量比例。

2.1原材料工程性质分析

三灰稳定碎石配合比试验研究所用原材料包括石灰、粉煤灰、水泥和碎石。

（1）石灰

石灰属于气硬性材料，它是三灰稳定碎石强度产生的重要活性材料，因此石灰性质的好坏对三灰稳定碎石强度有很大影响。本文基层用石灰其物理性质和化学成分符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ1-2008中的规定要求。

（2）粉煤灰

粉煤灰中SO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃的含量是影响石灰火山灰反应的主要因素。另外细度也影响强度，比表面积越大，粉煤灰活性越强。本文基层用粉煤灰满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009中的规定要求。

（3）水泥

水泥采用普通硅酸盐水泥，本文试验用水泥满足《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005对水泥的标准稠度用水量、凝结时间强度和安定性要求。

（4）碎石

本文所用石料含有四档不同粒径的碎石，依据《公路工程集料试验规程》JTG-2005对碎石的堆积密度、表观密度、压碎值、针片状含量进行检测，依据《公路工程集料试验规程》JTG-2005对每一档碎石进行筛分试验，对4种粒径的碎石进行级配合成，作为三灰碎石骨架材料。

2.2二灰碎石试验

（1）标准击实试验

拟采用石灰和粉煤灰比例及其共占集料总比例为变量，根据我国规范推荐的胶结料与碎石之比20:80至15:85之间，胶结料中石灰与粉煤灰之比为1:2~1:4。确定石灰与粉煤灰比例分别为1:2，1:3，1:4；同时石灰与粉煤灰共占集料比例分别为20%，17.5%，15%。

根据上述比例进行标准击实试验，根据试验结果绘制击实曲线，得到最佳含水率和最大干密度。根据试验结果可以得出，当石灰和粉煤灰掺配比例不变，混合料的最大干密度随石灰和粉煤灰掺量的增加而变小，最佳含水率随石灰和粉煤灰掺量的增加而变大。

（2）无侧限抗压强度试验

在标准击实试验所得不同配合比的最佳含水率及最大干密度的基础上，对标准击实试验中的配合比进行7d无侧限抗压强度试验，以7d无侧限抗压强度值为标准选择较好的配合比进行三灰碎石试验。

根据试验结果得到，当石灰和粉煤灰总量不变，混合料的无侧限抗压强度随石灰和粉煤灰掺配比例的增加而减小，且掺配比例为1:2效果最佳；当掺配比例为1:4时，在浸水1d后不同掺量的无侧限抗压强度试件均有不同程度损坏，随掺量的增加破损程度增大。

当石灰和粉煤灰掺配比例不变，混合料的无侧限抗压强度随石灰和粉煤灰掺量的增加而增大，且掺量为20%效果最佳，其强度值可以达到规范要求的0.8 Mpa，因此确定二灰碎石最佳配合比为：石灰:粉煤灰:石料=6:14:80。

2.3三灰碎石试验

（1）标准击实试验

为提高二灰碎石的早期强度，本试验中选择水泥掺量为1%，1.5%，2%。通过重型击实试验确定各掺配比例的最大干密度和最佳含水率。结合二灰碎石部分所得石灰、粉煤灰、粗集料比例，最终确定三灰碎石击实试验掺配比例。

根据试验结果可以得出，最佳含水量随着水泥掺量的增加而变小，最大干密度随着水泥掺量的增加而变大。

（2）无侧限抗压强度试验

试验方法与二灰碎石无侧限抗压强度试验相同，根据击实试验所得最大干密度和最佳含水量配制各无侧限抗压强度试件，标准养生6d，饱水ld后测定无侧限抗压强度。不同水泥掺量试件无侧限抗压强度结果详见下图所示。

水泥占比与无侧限抗压强度关系

无侧限抗压强随着水泥掺量的增加而逐渐增大，水泥掺入能够有效地提高三灰碎石的早期强度，最终选定配合比为石灰：煤粉灰：水泥：粗集料=6:12:2:80。

结语

三灰碎石是哈尔滨市道路基层常用材料，石灰、粉煤灰可根据可利用地方材料，节约成本，经济效益可观，合理的三灰碎石配合比不仅能够满足规范要求，更能提高道路基层的使用性能，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]冯平均.三灰碎石基层配合比设计研究[J].交通标准化，2010(11):91-93.

[2]王占军.三灰碎石基层混合料初步配合比设计[J].黑龙江交通科技，2011(04):01-03.

[3]杨林,胡海洋.三灰碎石强度的正交试验及其冻融稳定性分析[J].森林工程，2015(01):123-127.