无机结合料稳定材料的组成设计-土木工程材料中的一章节

稳定类材料组成设计，也称混合料设计，即根据对某种稳定材料规定的技术要求，选择合适的原材料、掺配用料（需要时），确定结合料的种类和剂量及混合料的最佳含水量。稳定类材料组成设计是路面结构设计的重要组成部分。

混合料组成设计所要求达到的目标：满足设计强度要求，抗裂性达到最优，且便于施工。混合料组成设计的基本原则：结合料剂量合理，尽可能采用综合稳定以及集料应有一定级配。结合料剂量太低不能形成半刚性材料，剂量太高则刚度太大，容易脆裂。采用综合稳定时，水泥可提高早期强度，石灰可使刚度不太大，掺入一定的粉煤灰可以降低其收缩系数。集料的级配以集料靠拢而不紧密为原则，其空隙让无机结合料填充，形成各自发挥优势的稳定结构。

由于无机稳定类材料的种类很多，不可能作全面介绍。因此，这里主要介绍常用的石灰、水泥稳定土的组成设计。其他类型的混合料设计可参照此方法。

1.设计依据与标准

稳定土设计，目前的依据有强度、耐久性。

各种混合料的强度标准（7 d）建议值见表8.6。关于耐久性标准，鉴于现行冻融试验方法所建立的试验条件与稳定层在路面结构中所能遇到的环境条件相比，更为恶劣。因此，我国《公路路面基层施工技术规范》规定：混合料进行设计时，仅采用一个设计标准，即无侧限抗压强度。

2.原材料试验

原材料试验主要包括基础材料和稳定剂性质试验。主要进行下列试验：

（1）颗粒分析；

（2）液限和塑性指数；

（3）相对密度；

（4）击实试验；

（5）压碎值；

（6）有机质含量（必要时做）；

（7）硫酸盐含量（必要时做）；

（8）稳定剂性质试验。

3.混合料配合比设计步骤

（1）选定不同的石灰或水泥剂量，制备同一种土样的混合料试件若干，规范建议剂量见表8.9、表8.10。

表8.9　初拟配合比时规范建议的水泥剂量

表8.10　初拟配合比时规范建议的石灰剂量

（2）确定各种混合料的最佳含水量和最大干（压实）密度，至少应做3个不同剂量的混合料的击实试验，即最小剂量、中等剂量和最大剂量。

（3）按规定压实度，分别计算不同石灰或水泥剂量的试件应有的干密度。

（4）按最佳含水量和计算所得的干密度制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的最少试件数量应不小于表8.11的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定的值，则应重做试验，并找出原因，加以解决；如不能降低其偏差系数，则应增加试件数量。(www.xing528.com)

表8.11　最少试件数量

（5）试件在规定温度下保温养生6 d，浸水24 h后，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行无侧限抗压强度试验，并计算试验结果的平均值和偏差系数。

（6）选定石灰或水泥的剂量。根据试验结果和表8.6的强度标准，选定合适的石灰或水泥剂量，此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度R应符合公式（8.8）的要求：

式中　dR——设计抗压强度（MPa）；

Cv——试验结果的偏差系数（以小数计）；

Za——保证率系数（高速公路和一级公路应取保证率95%，此时即Za=1.645；一般公路应取保证率90%，即Za=1.282）。

（7）工地实际采用水泥的剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%，采用集中厂拌法施工时，可只增加0.5%；采用路拌法施工时，宜增加1%。

（8）水泥的最小剂量应符合表8.12的规定。

表8.12　水泥的最小剂量

（9）综合稳定土和其他无机稳定类材料的组成设计与上述步骤相同。

【例8.1】　某新建二级公路，因地处潮湿地带，选用石灰土作为底基层。设计强度要求7 d龄期的饱水强度为0.7 MPa，试设计石灰剂量。

解　根据现场采集的土样筛分和试验得wL=33.34%、IP=12.31%，确定为中液限土。通过击实试验求得石灰剂量分别为 8%、10%、11%、12%、14%的最佳含水量及对应的最大干密度见表8.13。

表8.13　不同石灰剂量的最佳含水量和最大干密度

在按所求得的最佳含水量0w、最大干密度dρ的制备满足施工压实度的石灰剂量分别为8%、10%、11%、12%、14%的试件，每组6个，并按规范要求进行保湿养生6 d，浸水1 d，然后进行抗压试验，并将计算结果列于表8.14。

表8.14　不同石灰剂量的抗压强度

由表列计算结果知：当石灰剂量为 11% 时的平均抗压强度最高。故验算该组6个试件的相关情况，然后判断是否还要补做试件：

因为系二级公路，应取保证率为95%，Za=1.645；依据设计强度要求Rd=0.7 MPa ，代入式（8.8）得

结果表明，满足表8.7、表8.12及式（8.8）满足要求，故就强度选择，灰土的石灰剂量为11%。但就剂量的选用，不能单纯地追求高强度，还应全面考虑材料费用、施工成本和拌和机具等条件来最后确定。