本发明涉及公路建筑中混合料含水率的计算方法，特别是水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的理论计算方法，用于水泥稳定碎石公路路面混合料最佳含水率的确定，能够与室内试验结果比对，使水泥稳定碎石公路路面混合料最佳含水率的确定更为精准和合理。
背景技术：
目前国内现行《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）规定：混合料配合比设计含水率必需通过试验方法确定。但是在室内试验操作过程中会产生差异，导致实验数据存在一定的偏差。如果将试验结果应用于实际，其波动偏差就更大。在实际施工过程中，如果最佳含水率偏低，成型的路面表层容易出现松散，路面强度降低。如果设计的最佳含水率偏高，成型的路面强度过高，易出现路面裂缝，水一旦进入路面易造成路面局部破坏。总之，混合料配合比设计含水率中的偏差较大，易造成公路质量下降，为公路后期使用埋下质量隐患。而目前还没有其它能够评价室内试验的方法，生产现场需要一种辅助计算方法，与室内试验共同评价水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的设计。
技术实现要素：
本发明的目的是提供水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的理论计算方法，能够辅助验证室内试验设计的混合料配合比含水率的正确与否，提高现行规程中室内试验混合料配合比含水率的精确度，提高水泥稳定碎石公路路面的质量。
本发明的技术解决方案是：水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的理论计算方法，是对室内试验使用的试件中的水泥标准用水率、集料吸水率以及混合料中间隙内的用水率进行理论计算，并根据以上计算出的结果换算成试件中水泥用水量、集料吸水量和混合料中间隙内的用水量来确定实际混合料的最佳含水量，再将混合料的最佳含水量转化为混合料的最佳含水率。
本发明的显著效果是：本发明是按照试件的重量分别计算其中水泥的标准用水量、集料的吸水量和混合料中间隙内的所需用水量之和来确定混合料的最佳含水量和最佳含水率，运用此理论可以解决以下问题:
1、解决了目前单独依据试验确定混合料含水率的现状,避免出现偏差后再寻找原因的缺陷，防止拖延施工时间。
2、能够有效确定水泥稳定碎石类公路路面水泥稳定类结构的最佳含水率，可以快速配合室内试验精确确定,是一种行之有效的方法。
3、本方法是将水泥的标准用水量和集料的吸水量以及混合料之间间隙内的所需用水量的三者之和作为最佳含水量和最佳含水率的设计基础，是依据现行规范通过计算得出的数据，计算方法合理、实用。
4、采用本发明可以辅助室内试验，共同完成混合料配合比设计含水率的计算，使其含水率的选取更加合理。
本发明具有较强的理论性, 改变了目前仅能依靠室内试验方法确定混合料最佳含水率的做法,简便易行，是一种简单易行、能提前计算出混合料最佳含水率、并同时校核室内试验的方法。本发明能够使水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的配合比设计更加合理，是对现行室内试验的一种有益的补充。能够提高水泥稳定碎石公路路面的质量，避免返工，缩短施工工期，降低生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明，并非限制本发明的保护范围，凡使用本发明的设计思路得出的改进均属于本发明的保护范畴。
水泥稳定碎石公路路面混合料含水率的理论计算方法，是对室内试验使用的试件中的水泥标准用水率、集料吸水率以及混合料中间隙内的用水率进行理论计算，并根据以上计算出的结果换算成试件中水泥用水量、集料吸水量和混合料中间隙内的用水量来确定实际混合料的最佳含水量，再将混合料的最佳含水量转化为混合料的最佳含水率。
水泥标准用水率的测定是按照“公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTGE30－2005中T0505－2005的方法”进行，以此确定水泥的标准稠度：
1、调制水泥净浆试样，试验前必须做到：
⑴维卡仪的金属棒能够自由滑动。
⑵将维卡仪的试杆调整至接触玻璃板上表面时，将高度指针对准零点。
⑶水泥净浆搅拌机运行正常。
2、水泥净浆拌制
用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅中，然后5s－10 s内小心将称好的500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出;拌和时，先将搅拌锅安装到搅拌机的锅座上，再将搅拌锅升至搅拌机搅拌叶片底部，启动搅拌机。低速搅拌120s，停15s，同时将搅拌叶片和搅拌锅锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120 s停机。
3、水泥标准用水率的测定步骤
(1)拌合结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入已放在玻璃板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆。
(2)抺平后迅速将试模和玻璃板移到维卡仪上，并将试模的中心对准在维卡仪的试杆上，降低试杆直到与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1s－2 s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆到玻璃板的距离，升起试杆后，立即擦净。
(3)整个操作应在搅拌后1.5min内完成。以试杆沉入净浆并距玻璃板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆，其拌合水量为该水泥的标准稠度用水量。
(4 )当试杆距玻璃板小于5mm时，应适当减水，重复水泥浆的拌制和上述过程;若距离大于7mm时，则应适当加水，并重复水泥浆的拌制和上述过程。
混合料中间隙内的用水率的计算包括：
A、公路路面水泥稳定碎石中构成材料相关的原始数据测定
按照<<公路路面基层施工技术规范>>（JTJ034-2000）规程中的方法对实际工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料的密度，并进行筛分试验，测定各种规格集料的粒径组成。
B、确定试件使用的各档集料的用量比例
根据各档集料的筛分结果，按照<<公路路面基层施工技术规范>>（JTJ034-2000）规程中的方法，采用计算法或图解法，按照规定方法对实际工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料的密度，并进行筛分试验，测定各种规格集料的粒径组成。确定各规格集料的用量比例，求得混合料的合成级配。混合料的合成级配曲线必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错。当经过反复调整仍有两个以上的筛孔超出设计级配范围时，必须对原材料，即公路路面水泥稳定碎石材料进行调整或更换原材料，重新设计。
C、根据试件中各档集料的用量比例，计算出试件中混合料的最大相对理论密度并预估实际混合料的残留空隙率；
D、以混合料饱和度为依据，计算混合料中间隙内的用水率，饱和度数值的取值范围设定在50%-70%之间，能够使用50%-70%之间的任意数值，如55%、58%、61%、66%等等。饱和度数值的取值是60%或者通过室内试验对饱和度数值进行验证和调整。
混合料的最佳含水率是按照试件的重量分别计算其中水泥的标准用水量、集料的吸水量以及混合料中间隙内的用水量，用上述计算得出的总和除以集料的重量即为混合料的最佳含水率。水泥的标准用水率、集料的吸水率和混合料中间隙内的用水率中的数据全部转换为以克为单位的质量单位，水泥标准用水率、集料吸水率和混合料中间隙内的用水率是上述每个组成部分的用水量与不含水泥的混合料总质量的百分比，计算后得到的数值。集料中的细集料含水率是以集料表面的开口空隙处于饱和状态、表面微湿润的状态为计算基准,在集料开口空隙外、集料表面自由流动的水形成的自由水水膜的质量不作为计算集料含水率的内容。
以下以设计实施例具体说明本发明的具体设计要点。
设计实施例一
本实施例对试件采用土工击实仪振动成型法，其中水泥稳定碎石公路路面混合料相关构成材料的原始数据测定数值，如下表一。
表一、集料性能的实测数据统计表
上表中：水泥的标准稠度为27.2％。
１、按照集料的设计比例混合后计算出集料的最大相对理论密度2.706；
２、计算出含水泥时混合料的最大相对理论密度：
１００÷（９６÷２.７０６＋４.0÷３.１）＝２.７１９
式中：96为集料在混合料中所占的比例；2.706为按照石料的设计比例混合后集料的相对理论密度；4.0是水泥在混合料中所占的比例；3.1为水泥的相对密度。
３、按上表表一计算出集料的综合吸水率（%）
４０×０.４÷１００＋３５×０.４÷１００＋１５×０.７÷１００＋１０×２.２÷１００
＝０.６２５
４、计算出最大理论密度下试件的体积（ｃｍ３）
１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍ×3.14÷4＝2651ｃｍ３
５、预估实际试件的残留空隙
实际试件的最大干密度为２.３５ｇ/ｃｍ３；参考取值见下表二：
表二 最大干密度取值参考表
残留空隙率（％）：（１－２.３５÷２.７１９）×１００＝１３.６
式中：２.３５为实际试件的最大干密度；２.７１９为含水泥时混合料的最大相对理论密度。
６、预估混合料之间自由水的百分率：
采用土工击实仪重型击实时，饱和度数值采用上限70%，采用振动成型机成型时，数值采用下限50%，50%-70%之间的数据可以根据实验人员的操作水平、设备状况进行选取，选取数据见下表三。
表三 饱和度数据选取数值表
１３.６×（100-50）×1÷１００＝6.8(%)
计算出混合料中间隙内的用水量：2651×6.8÷１００=180.27（g）
７、检测后水泥标准用水率为２７.２%
８、预估混合料的重量：６５００（ｇ）
９、计算P.O42.5普通硅酸盐缓凝水泥的质量：6500×0.04=260（g）
10、 计算出水泥的用水量：２６０×０.２７２＝７０.２（g）
11、计算出集料的吸水量：６５００×０.６２５÷１００＝４０.６３（ｇ）
12、计算出混合料所需的总用水量：40.6+70.2+180.3=291.1（g）
13、计算出混合料所需的含水率:291.1÷（6500-291.1-260）×100=4.9(%)
预估数据与室内试验数据的比较如下：
1、室内试验实测试件的含水率5.1%,水泥剂量为3.8%，最大干密度为2.33ｇ/ｃｍ３。
2、使用本发明方法对试件计算的预估数据为：试件的含水率4.9%,水泥剂量为4.0%，最大干密度为2.35ｇ/ｃｍ３。
上述预估的各项试件数据与实际的室内试验数据之间的误差符合规范要求的范围。
设计实施例二
本实施例使用与实施例一相同材料的试件，采用土工仪重型击实法，设计混合料含水率。
本设计实施例中水泥稳定碎石公路路面混合料相关构成材料的原始数据测定数值，如上表一：
１、按照集料的设计比例混合后计算出集料的最大相对理论密度2.706；
２、计算出含水泥时混合料的最大相对理论密度：
１００÷（９６÷２.７０６＋４.0÷３.１）＝２.７１９
式中：96为集料在混合料中所占的比例；2.706为按照石料的设计比例混合后集料的相对理论密度；4.0是水泥在混合料中所占的比例；3.1为水泥的相对密度。
３、按上表表一计算出集料的综合吸水率（%）
４０×０.４÷１００＋３５×０.４÷１００＋１５×０.７÷１００＋１０×２.２÷１００
＝０.６２５
４、计算出最大理论密度下试件的体积（ｃｍ３）
１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍ×3.14÷4＝2651ｃｍ３
５、预估实际试件的残留空隙
土工仪重型击实法测的混合料最大干密度与振动成型仪振动成型法的最大干密度经验转化系数为：0.97：
实际试件的最大干密度为2.35×0.97=２.28ｇ/ｃｍ３；
残留空隙率（％）：（１－２.28÷２.７１９）×１００＝16.1
式中：２.28土工仪重型击实法设计的实际试件的最大干密度；２.７１９为含水泥时混合料的最大相对理论密度。
６、预估混合料之间自由水的百分率：
本实施例采用土工击实仪重型击实法，饱和度数值选取数据见上表三，选取的饱和度数值参数为64%。
１6.1×64÷１００＝10.3(%)
选取试件表面粗糙系数：土工击实仪重型击实法：0.8-0.85；振动成型机成型时0.98-1.00；
计算出混合料中间隙内的用水量：2651×0.103×0.8=218.4（g）
７、检测后水泥标准用水率为２７.２%
８、预估混合料的重量：６５００（ｇ）
９、计算P.O42.5普通硅酸盐缓凝水泥的质量：6500×0.04=260（g）
10、 计算出水泥的用水量：260×０.２７２＝70.7（g）
11、计算出集料的吸水量：6500×０.６２５÷１００＝40.6（ｇ）
12、计算出混合料所需的总用水量：40.6+70.7+218.4=329.7（g）
13、计算出混合料所需的含水率329.7÷（6500-260-329.7）×100=5.6%
预估数据与室内重型击实法试验数据的比较如下：
1、室内试验实测试件的含水率5.4%,水泥剂量为4.0%，最大干密度为2.28ｇ/ｃｍ３。
2、使用本发明方法对试件计算的预估数据为：试件的含水率5.6%,水泥剂量为4.0%，最大干密度为2.28ｇ/ｃｍ３。
通过上述两个实施例中两种土工击实仪成型方法预估的各项试件数据与实际的室内试验数据之间的误差符合规范要求的范围。从以上设计实例，可以得出用本发明的计算方法预估试件是可行的。