幾種半剛性材料的對比試驗研究

王閩濤

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

隨著經濟的發展，重車越來越多，交通量越來越大，對路面的承載能力要求越來越高。用具有水硬性材料處置的基層材料，能更好地滿足現代重交通的需要。半剛性材料基層因板體性強、強度高等優點受到重視，因此國內許多高等級公路基層材料均為半剛性材料。如10cm半剛性材料基層，其承載力為粒料基層的1.5倍，25cm時為3.3倍[1]。目前，對于半剛性材料的路用性能要求應具有良好的強度、抗凍性、抗疲勞性能和抗開裂能力。本研究對幾種常用的半剛性基層材料進行了室內試驗和分析。

1 原材料性質檢驗

骨料物理性質為：碎石為石灰巖，壓碎值為11.8%，表觀密度為2.78g/cm3；砂礫壓碎值為25.6%，表觀密度為2.62g/cm3。試驗所用土的液限為43%，塑限為25%，塑性指數為16%；骨料級配通過率見表1，水泥和粉煤灰的檢驗結果見表2和表3。

表1 骨料級配通過率 單位：%

表2 水泥檢驗結果

表3 粉煤灰檢驗結果

物理性質檢驗結果

由表知，原材料滿足規范要求。

2 混合料力學強度試驗

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（057—94）的規定，進行各種半剛性混合料的擊實、成型和養生。混合料試件采用等密度靜力壓實成型。養生溫度為20℃±2℃，相對濕度為90%。凍融抗壓試驗是為了探討各種混合料抗凍性能，凍融循環一次為48h，凍結時間為24h，溫度為-20℃±2℃，融化時間為24h。溫度收縮、干燥收縮和疲勞試驗的試件尺寸為10cm×10cm×40cm，試件采用振動成型[3]。 疲勞試驗在MTS上進行（見表4）。

表4 半剛性材料擊實、抗壓強度試驗結果

表4（續）

路面暴露于大氣中，經受凍融、行車荷載及溫度荷載的反復作用，產生拉、壓應力，為檢驗半剛性材料的抗凍性能，進行了凍融試驗，結果見表5。同時，還進行了彎拉和疲勞試驗，觀察半剛性材料的耐久性[2]，并根據試驗結果進行回歸分析，得出疲勞方程，結果見表6，溫度收縮系數試驗結果見表7。

表5 半剛性材料凍融抗壓強度試驗結果

表6 彎拉強度及疲勞試驗結果

表7 溫度收縮系數試驗結果

3 試驗結果分析

3.1 抗壓試驗結果分析

3.1.1 水泥砂礫強度隨水泥含量的增加而增加，但3%和4%含量在28d、90d強度相接近，5%和6%含量在7d、28d、90d強度分別接近。強度均隨著齡期增長而增加。

3.1.2 二灰碎石強度均隨著齡期增長而增加。90d二灰碎石強度試驗的配合比中，有5個已經達到或超過水泥砂礫的強度，而7d水泥砂礫的強度均高于二灰碎石的強度，28d強度水泥砂礫的強度均高于大部分配合比二灰碎石的強度，這進一步說明，二灰之間的火山灰反應主要是發生在28d以后。

3.1.3 二灰砂礫、二灰土后期強度均低于水泥砂礫和二灰碎石，早期強度二灰碎石與二灰土相近。二灰砂礫7d強度均在飽水時崩解了，180d強度二灰砂礫與二灰土相近，但是遠遠低于水泥砂礫（90d）和二灰碎石的強度。

3.2 凍融抗壓強度試驗結果分析

3.2.1 由3∶97和5∶95水泥砂礫，以及5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50二灰碎石試驗結果可以看出，水泥砂礫28d耐凍系數大于二灰碎石28d的耐凍系數；水泥砂礫90d耐凍系數與28d相比幾乎沒有增長；二灰碎石90d耐凍系數是28d的1.7～3.3倍，這說明二灰碎石的抗凍性能隨著齡期的增長而增長，水泥砂礫這種趨勢不是很明顯。二灰碎石強度在90d以后還會有很大增長，如果采用180d強度，二灰碎石的耐凍系數還會有很大的增長。

3.2.2 根據抗凍性能試驗結果可推知，抗凍性最好的材料應該是5∶95的水泥砂礫，這樣從公路建設的經濟性和實用性考慮都合算。二灰碎石90d耐凍系數的大小依次為5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50。

3.3 抗彎拉、抗疲勞性能結果分析

3.3.1 抗彎拉強度由大到小的順序是：水泥砂礫5∶95＞二灰碎石8∶32∶60＞10∶40∶50。

3.3.2 由疲勞方程可知：疲勞衰減速率依次是二灰碎石10∶40∶50＜二灰碎石8∶32∶60＜水泥砂礫5∶95，這說明在相同的應力水平條件下，抗疲勞能力依次是：二灰碎石10∶40∶50＞二灰碎石8∶32∶60＞水泥砂礫5∶95。

3.3.3 極限彎拉強度較高者應該有較好的疲勞壽命。這說明，水泥砂礫抗彎拉強度比二灰碎石高，在一定程度上，能彌補其疲勞壽命比二灰碎石衰減過快的缺陷。

3.4 溫度收縮試驗結果分析

3.4.1 從表7可以看出，二灰碎石在最佳含水量狀態下，28d溫度收縮系數隨著碎石含量減少有增加的趨勢；90d這種趨勢不是很明顯。含水量發生大的變化，溫度收縮系數也會發生很大的變化，本試驗中，半風干狀態下的溫度收縮系數要明顯小于飽水狀態和最佳含水量狀態下的溫度收縮系數，僅為其1/3左右。

3.4.2 水泥砂礫在最佳含水量和飽水狀態下，28d、90d溫度收縮系數隨齡期變化很小，在最佳含水量狀態下，90d是28d溫度收縮系數的1.07倍，在飽水狀態下是0.99倍。最佳含水量狀態和飽水狀態90d的溫度收縮系數是半風干狀態的2倍多，由此可見，含水量變化對水泥砂礫溫度收縮系數影響也非常大。

4 結論

4.1 水泥砂礫早期強度高，后期增幅比二灰碎石小。二灰碎石后期強度高，強度隨著時間的增長，強度增幅大。二灰碎石抗疲勞性能與水泥砂礫相近。這表明，如果工程進度要求緊，那么，水泥砂礫是首選的基層類型。對于其他情況，則應該根據施工機具和地產材料的情況來選擇基層類型。

4.2 含水量對半剛性材料溫度收縮性能有極大影響，因此，從抗開裂角度出發，半剛性材料的含水量不宜過大。

4.3 根據試驗推薦的基層材料配合比為：二灰碎石（5～8）∶（15～32）∶（60～80），水泥砂礫（5～6）∶（94～95）。

[1]沙愛民.半剛性路面材料結構與性能[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2]叢林，等.半剛性基層材料性能參數的試驗研究[J].建筑材料學報，2001，4（4）：385-391.

[3]JTJ 057—94，公路無機結合量材料試驗規程[S].