摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層性能研究★

李丹丹 李 健

(1.吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000； 2.長(zhǎng)春四環(huán)東鵬建筑安裝有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000)

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摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層性能研究★

通過干縮試驗(yàn)與溫縮試驗(yàn)，對(duì)摻加聚丙烯纖維前后水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度、抗裂性以及耐久性進(jìn)行對(duì)比分析，指出加入聚丙烯纖維對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的路用性能有明顯的改善作用。

聚丙烯纖維，水泥粉煤灰碎石基層，路面，性能

0 引言

水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層與其他材料相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是在穩(wěn)定性、抗凍性等方面，更是為提高路橋工程施工質(zhì)量做出了卓越貢獻(xiàn)，因而在工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。但是水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的裂縫問題卻十分普遍，對(duì)工程的施工質(zhì)量和使用壽命造成了嚴(yán)重的影響。在溫度、外部行車荷載等因素的影響下，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面就會(huì)發(fā)生變形，當(dāng)變形應(yīng)力超過自身所能承受的強(qiáng)度時(shí)，路面就會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。此外，路面裂縫的產(chǎn)生還跟施工時(shí)間、施工工藝、施工機(jī)械設(shè)備等因素有著密切關(guān)系。為了保證路橋工程的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，在施工過程中應(yīng)該不斷對(duì)公路裂縫病害進(jìn)行防治。在水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的施工中，通過添加聚丙烯纖維，能夠?qū)β访媪芽p起到良好的防治作用。本文采用比例為3.5∶5∶91.5的水泥粉煤灰碎石基層材料作為原方案，與0.05%聚丙烯摻加量的方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，研究摻聚丙烯纖維對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層路用性能的影響。

1 摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石路面的抗裂性能試驗(yàn)

在水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的施工中，裂縫問題十分常見，嚴(yán)重制約著施工質(zhì)量的提高，對(duì)于使用壽命的提高也極為不利。為了保證在添加聚丙烯纖維之后，裂縫問題能夠得到有效控制，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗裂性能試驗(yàn)。

1.1 干縮試驗(yàn)

在干縮試驗(yàn)中，通過未添加聚丙烯纖維的混合料和添加0.05%聚丙烯纖維的混合料的干縮試驗(yàn)對(duì)比，在正常條件下，施工初期水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，失水率大，但是，在干縮試驗(yàn)中，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的干縮具有明顯的滯后性。如表1所示，在施工結(jié)束初期，干縮量并沒有明顯變化，不管有沒有添加聚丙烯纖維，兩種混合料在試件成型初期的干縮量都沒有明顯區(qū)別。但是隨著齡期的不斷增長(zhǎng)，干縮量的差異逐漸顯現(xiàn)出來，并且干縮量的差距越來越大。摻聚丙烯纖維的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)的干縮量較小，在前3天兩種基層結(jié)構(gòu)的干縮量并不明顯，在3 d以后，干縮量的差距變化不斷增加。由此可見，通過添加聚丙烯纖維能夠有效改善水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)的干縮性。

表1 干縮系數(shù)(μ)與時(shí)間(h)關(guān)系表

1.2 溫縮試驗(yàn)

通過對(duì)養(yǎng)生齡期為90 d的試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表2為溫縮試驗(yàn)中添加聚丙烯纖維和不添加聚丙烯纖維的溫縮對(duì)比。不難發(fā)現(xiàn)，添加聚丙烯纖維和不添加聚丙烯纖維對(duì)于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的溫縮系數(shù)影響十分顯著。隨著溫度變化，溫縮系數(shù)也在發(fā)生變化，冬季更容易導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生溫縮裂縫。但是，在添加聚丙烯纖維之后，其溫縮系數(shù)變小，變形量也有所減小。由于聚丙烯纖維屬于柔性材料，水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石屬于水硬性材料，兩者均勻拌合，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效減少裂縫病害的發(fā)生，提高路橋工程的施工質(zhì)量。

表2 溫縮系數(shù)表

2 聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石路用性能分析

2.1 聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石強(qiáng)度分析

通過添加聚丙烯纖維，纖維與水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石充分?jǐn)嚢瑁纬梢粋€(gè)新的整體結(jié)構(gòu)，使得路面結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化。聚丙烯纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)為亂向均勻分布，再加上其表面積較大的特點(diǎn)，在水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石內(nèi)部起到一定的支撐作用。摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)除了粘結(jié)以外，摩擦連接也是重要的連接方式，在外力作用下，聚丙烯纖維與水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石之間的強(qiáng)大摩擦力會(huì)使得混合料內(nèi)部的凝聚力不斷加強(qiáng)，通過對(duì)整體施加的這個(gè)約束力，使得混合料的強(qiáng)度不斷增大，抗破壞能力大大提高。但是在混合料施工初期，強(qiáng)度增加并不顯著，這是由于在早期水泥與粉煤灰化學(xué)作用產(chǎn)生的膠結(jié)物還沒有很好形成，這樣使得膠結(jié)物和聚丙烯纖維的連接作用較弱，所以強(qiáng)度增加并不明顯。但是隨著施工完成時(shí)間的加長(zhǎng)，聚丙烯纖維和水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的結(jié)合性就逐漸顯現(xiàn)出來，形成完全結(jié)合在一起的大強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，使得混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得以改善。此外，也可以借助間距效應(yīng)來描述摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的增強(qiáng)。摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石施工完成后，由于聚丙烯纖維本身的長(zhǎng)度，在裂縫產(chǎn)生之時(shí)，如果聚丙烯纖維的長(zhǎng)度不小于裂縫長(zhǎng)度，聚丙烯纖維可以充當(dāng)橋梁作用，大大降低內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，達(dá)到控制裂縫發(fā)展的目的。

2.2 聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石抗裂性分析

通過在水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石中添加聚丙烯纖維，來增強(qiáng)混合料的抗裂性，是路橋工程施工質(zhì)量保證的重要措施。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混合料結(jié)構(gòu)抗裂性能的改善效果，其主要原因有三個(gè)：

首先，聚丙烯纖維具有很強(qiáng)的加筋性能，可抑制水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石由于溫度變化所產(chǎn)生的變形，減少溫度應(yīng)力裂縫。其次，聚丙烯纖維作為柔性材料的一種，熱脹冷縮系數(shù)不大，溫度變化所產(chǎn)生的變形量也不會(huì)太大，但是水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石是典型的水硬性材料，剛度大，溫度變化所產(chǎn)生的熱脹冷縮系數(shù)大，溫度應(yīng)力大，變形明顯，溫度裂縫也就容易產(chǎn)生。當(dāng)聚丙烯纖維加入到水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石均勻拌合之后，兩種材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同發(fā)揮作用，聚丙烯纖維很好的增強(qiáng)了水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)的抗裂性能，剛度也大大降低，裂縫等公路病害也得到有效抑制。第三，通過添加聚丙烯纖維，在試件表面會(huì)與水分發(fā)生反應(yīng)，通過與水分的結(jié)合，形成吸水膜，有效防止了基體內(nèi)部水分的滲出，水分流失問題得到有效緩解。

通過對(duì)添加聚丙烯纖維之后水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能與沒有加入聚丙烯纖維的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能對(duì)比研究。如表3所示，沒有添加聚丙烯纖維的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層容易受到疲勞裂縫病害的侵襲，而在添加聚丙烯纖維之后，水泥粉煤灰碎石基層的抗溫縮能力也有了很大的提高，溫度疲勞裂縫的發(fā)生幾率大大降低。

2.3 聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石耐久性分析

聚丙烯纖維有著很強(qiáng)的變形能力，根據(jù)能量守恒定理的相關(guān)內(nèi)容，在水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生變形或者裂縫時(shí)，聚丙烯纖維就會(huì)得到其中較大一部分的能量，從而對(duì)裂縫的發(fā)展起到很好的阻止作用，從而提高水泥粉煤灰碎石基層瀝青路面的耐久性。在路面行車荷載較大的情況下，長(zhǎng)時(shí)間的疲勞荷載也會(huì)造成路面變形和損傷，但是聚丙烯纖維作為一種柔性材料，對(duì)這種過大荷載起到很好的緩沖作用，通過加筋作用使得路面的疲勞損傷大大減少，起到延長(zhǎng)路面使用壽命的作用。此外，當(dāng)聚丙烯纖維和水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石結(jié)合成為整體后，如果遇到強(qiáng)大的拉伸破壞，要想克服聚丙烯纖維與水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層質(zhì)檢的摩擦，必須對(duì)路面施加更大的力，而聚丙烯纖維的阻裂作用能夠在此期間起到對(duì)路面的保護(hù)作用。在加上聚丙烯纖維的破壞伸長(zhǎng)率大大高于水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的破壞極限伸長(zhǎng)率，所以，摻聚丙烯水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的耐久性得到大大提高。

表3 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石摻加聚丙烯纖維前后抗裂性對(duì)比

3 結(jié)語

在公路交通的建設(shè)過程中，裂縫是常見的病害，對(duì)于使用質(zhì)量和壽命有著嚴(yán)重影響。尤其是水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的裂縫問題，更是難以得到有效控制。通過添加聚丙烯纖維材料，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的控制，從而保證路面施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)公路的可持續(xù)發(fā)展。

[1]沈化榮，高培偉，李浩鞠.高等級(jí)公路路面開裂機(jī)理與快速修補(bǔ)材料的研究.地下空間與工程學(xué)報(bào),2012,8(A1):1580-1583.

[1]高立新.路面級(jí)配碎石基層施工的質(zhì)量控制.交通世界(建養(yǎng)·機(jī)械)，2011(21):129-131.

[2]徐建成.摻聚丙烯纖維的水泥穩(wěn)定碎石在市政道路中的應(yīng)用研究.揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2012.

[3]何小兵，楊慶國(guó)，何國(guó)基.聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石基層材料的抗沖刷性能.建筑材料學(xué)報(bào)，2010,13(2):263-267.

陳 瀟，周明凱，劉 佳.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石中粉煤灰效應(yīng)的解禍分析.建筑材料學(xué)報(bào),2010,13(6):764-768.

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[5]李振霞，陳淵召.不同類型半剛性基層材料性能的試驗(yàn)與分析.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012,32(1):41-46.

[6]李丹丹.摻聚丙烯纖維水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的路用性能研究.長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2013.

Abstract: Through the dry shrinkage test and temperature shrinkage test, this paper made contrast analysis on the strength, crack resistance and durability of cement fly ash stabilized gravel base performance before and after polypropylene fiber chlorine, pointed out that the road performance of cement fly ash stabilized gravel base performance with polypropylene fiber significantly improved.

Key words: polypropylene fiber, cement fly ash gravel base, pavement, performance

The influence on compressive strength of recycled concrete with different replacement rate of recycled coarse aggregate

Zhang Shaofeng Zhu Baojian Zheng Yuqian Zheng Qiqi Ji Daoben

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,NantongUniversity,Nantong226000,China)

The paper takes wasted aerated concrete block and wasted brick as recycled coarse aggregate, establishes compressive model of recycled concrete, mainly studies the influencing law of its replacement rate upon compressive strength of recycled concrete, and finally draws some experimental results, which will provide some basis for relevant research.

recycled coarse aggregate, recycled concrete, replacement rate, compressive strength

Research on the cement fly ash stabilized gravel base performance with polypropylene fiber★

Li Dandan1Li Jian2

(1.UrbanConstructionSchool,JilinArchitectureUniversity,Changchun130000,China;2.ChangchunSihuanDongpengConstructionInstallationLimitedCompany,Changchun130000,China)

1009-6825(2015)21-0104-02

2015-05-11★：吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院項(xiàng)目(院科字[2014]001)

李丹丹(1981- )，女，講師； 李 健(1984- )，男，助理工程師

李丹丹1李 健2

(1.吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000； 2.長(zhǎng)春四環(huán)東鵬建筑安裝有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000)

TU525

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