透水型水泥穩定碎石配合比設計研究

江玉

摘 要：對于透水型水泥穩定碎石級配研究，目前尚未形成系統的設計理論。本文以貝雷法為理論基礎，結合青島地區兩種集料，通過試驗對透水型水泥穩定碎石級配進行了優化，優選了三種配比進行強度及空隙率變化的研究，并通過凍融循環試驗、滲水試驗驗證了三種配比的可靠性。

關鍵詞：透水型水泥穩定碎石 貝雷法

目前國內外常用的級配理論主要有泰波級配理論、富勒級配理論、林繡賢級配設計方法、粒子干涉理論、前蘇聯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，集料的體積指標作為級配設計的基本參數，以空隙率作為混合料體積設計的控制參數，以粗集料比（CA）作為混合料離析控制參數，對透水基層混合料級配進行研究。

1 透水型水泥穩定碎石級配設計

本次試驗研究水泥選用P·O 42.5，集料分別選用青島地區平度石灰巖和城陽花崗巖，經室內試驗檢測，材料技術指標均符合《公路路面基層施工技術細則》（JTG F20-2015）要求。其中平度石灰巖集料分為四檔，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混合料級配設計

采用平度石灰巖集料時，合成級配的最大公稱粒徑為31.5mm。根據貝雷法擬定5種級配進行對比試驗，以便優化級配范圍，進一步改善混合料離析狀態；采用城陽花崗巖集料進行試驗時，僅對兩種規格粗集料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，將試模放入養護室養護到規定的齡期。每組試件6個試塊，取其平均值為試件的無側限抗壓強度。

（1）平度石灰巖集料

當集料選用平度石灰巖集料時，孔隙率隨著級配的調整而逐漸減小，并趨于平穩，而強度隨著級配的調整逐漸增大，并趨于平穩。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 透水型水泥穩定碎石配比優選

通過試驗比對發現，采用以下配比時材料的孔隙率及強度能夠達到較好狀態，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巖集料低，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《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）中凍融試驗，試樣凍融時設計兩種環境，分別在非飽水與飽水環境下進行試驗。其中不飽水凍融試驗結果如表3所示。

試驗發現，非飽水級配6和級配2經過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《透水磚路面技術規程》（CJJ/T 188-2012）中透水性水泥穩定碎石基層凍融循環及《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135-2009）中凍融循環后抗壓強度損失率要求。

由圖2發現，在飽水環境下凍融，試件整體保持完好，試件表面混凝土漿體出現一定程度的脫落。報稅凍融循環后材料強度及抗壓強度損失率滿足《透水磚路面技術規程》（CJJ/T 188-2012）及《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135-2009）要求。

3 不同級配材料滲水系數變化

參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程中的滲水試驗》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合料穩定材料試驗規程中關于滲水試驗方法的要求進行滲水系數測定。結果如表4所示。

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

4 小結

1、通過平度料按照級配1與級配5成型進行性能測試，發現級配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對比發現：

（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次非飽水凍融循環后抗壓強度損失率比小于20%，滿足規范要求。級配6飽水凍融循環后，強度為4.9MPa，25次非飽水凍融循環后抗壓強度損失率比為12%，滿足規范要求。