聚酯纖維對道路二灰碎石基層結構溫縮性能的影響

盧 楊，陳 磊，李修國，鄭辰翔

（1.中國人民解放軍空軍勤務學院機場工程與保障系，江蘇 徐州 221000；2.中國人民解放軍95996部隊，北京 102402）

石灰粉煤灰穩定碎石（二灰穩定碎石）是常用的半剛性基層材料，由于具有優良的路用性能，因此其常作為瀝青和水泥混凝土路面的基層[1-2]。國內外的研究表明，半剛性材料長期受溫度應力作用熱脹冷縮易產生溫縮裂縫，嚴重時，甚至會擴散至道面面層形成反射裂縫，縮短道面的使用壽命。因此，對二灰碎石的溫縮特性進行深入地研究具有十分重要的意義。纖維作為一種阻裂增韌的材料已在混凝土工程中廣泛應用，基于此，本文提出在二灰穩定碎石中摻加纖維的方法，以期起到改善二灰穩定碎石基層溫縮性能的目的。

1 試驗原材料與試驗過程

1.1 主要原料

1.1.1 水泥

試驗采用的水泥為標號為42.5#普通硅酸鹽水泥，試驗前對其各項指標復測，滿足試驗要求。

1.1.2 石灰

本文選用的石灰為經充分消解和干燥的Ⅲ級鈣質消石灰，試驗前過0.15mm篩處理，去除雜質。有效鈣鎂含量為58.7%，含水量為2.1%。

1.1.3 粉煤灰

此次用于試驗的粉煤灰經檢測，氧化物含量為88.62%、燒失量為5.68%、比表面積為338m2/kg，滿足我國《公路路面基層技術規范》（JTJ034-2000）要求。

1.1.4 碎石

本次試驗采用的是石灰巖碎石，由3種粒徑范圍的骨料組成，最大粒徑為30mm，粒徑小于2.5mm的集料用細砂代替，壓碎值為20.7%，經確認表面無粘附泥土。

1.1.5 纖維

試驗所用的纖維為泰安路達工程材料有限公司生產的單絲狀聚酯纖維。

1.2 試件制作與試驗方法

1.2.1 擊實試驗

在確定的配合比基礎上，通過擊實試驗測試出在3種不同配合比下的二灰碎石基層材料的最大干密度和最佳含水量。試驗結果顯示，纖維的摻入對最大干密度和最佳含水率影響很小，可忽略不計。

1.2.2 溫縮試驗[3]

本試驗采用應變片電測法。首先將試件放入溫度為105℃的烘箱中烘干12h，清理試件表面后在兩側貼應變片，并用502膠水粘結密封防水。材料試驗箱的初始溫度設為40℃，通過資料分析，當恒溫3h之后，試件內部溫度趨于穩定。數據由應變儀通過計算機自動采集。溫度控制程序中，設定以10℃的降溫幅度進行降溫，降溫速率為1℃/min，除在初始溫度40℃恒溫3h以外，每降10℃后恒溫2h。在恒溫時間結束前的5min內對該恒溫段的應變值記錄數據，然后再往下一目標溫度降溫，直至降溫曲線繪制完畢結束試驗。

采用平均溫縮系數來衡量二灰碎石的溫縮性能，溫縮系數可按以下公式計算：

式中：l為試件的長度，即400mm；△li為溫度變化時，試件的溫縮量；αt為二灰碎石的平均溫縮系數； ti和ti+1分別為相鄰兩個恒溫段的溫度值；εi和εi+1分別為溫度ti和ti+1時試件的溫縮應變值；βs為補償片的線膨脹系數。

2 試驗結果與分析

2.1 不同級配對二灰穩定碎石溫縮特性的影響

針對不同的養護齡期會對材料的溫縮特性產生影響，本節的試驗數據均是在28d齡期時測定的。由溫縮系數與溫度區間的關系可以看出：3種不同配合比的混合料的溫縮系數均隨著溫度的降低而呈現先增大后減小的趨勢，在-10～0℃時達到峰值。根據各溫度區間的溫縮系數αt，計算出了3種級配的二灰穩定碎石材料在溫段（-30～40℃）中的平均溫縮系數分別為8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以級配Ⅲ的平均溫縮系數最小，溫縮性能最佳。

2.2 纖維體積摻量對二灰穩定碎石溫縮應變的影響

聚酯纖維以0.5‰、1.0‰、1.5‰、和2.0‰四種不同的體積摻量加入到二灰混合料中，根據試驗結果，以每個溫度區間的中值代表該溫度區間，做出了二灰碎石材料的溫縮應變與溫度區間的關系曲線圖，如圖1所示。下面以級配Ⅲ、齡期28d為例說明。

圖1 不同纖維摻量的二灰碎石材料的溫縮應變的變化

從圖1中可以看出：無論摻入纖維與否，試件的溫應變均隨著溫度的不斷降低而增大，并且在試驗初期（20～40℃左右），此時試件的溫縮應變增長幅度較小，到-10～20℃溫度區間時，溫縮應變增長迅速、幅度加劇，當溫度到達-30～-10℃區間內溫縮變形明顯減緩。

3 結語

不同的材料級配對二灰穩定碎石基層的溫縮性能有一定程度的影響，根據試驗結果和數據處理，3種級配的二灰穩定碎石材料在溫段（-30～40℃）中的平均溫縮系數分別為8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以級配Ⅲ的平均溫縮系數最小，溫縮性能最佳。

隨著聚酯纖維體積摻量的增大，試件的溫縮應變較素二灰碎石有所降低。當聚酯纖維摻量在1‰范圍內，對溫縮應變的影響比較明顯，特別是在低溫區間內有較大幅度的降低；但纖維體積超過1‰，對溫縮應變影響減弱，溫縮形變有所緩和。

二灰穩定碎石溫縮系數在試驗溫度區間（-30～40℃）內隨著溫度降低呈現先增大后減小的態勢，且在（-10～0℃）溫度區間中溫縮系數達到最大?；鶎邮┕ぶ?，以-10～0℃溫度區間的溫度收縮系數來評價基層材料的溫縮性能較為合理。