低水泥劑量級配碎石路用性能研究

劉平偉 劉 迪

(1.撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113000; 2.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000)

·建筑材料及應用·

低水泥劑量級配碎石路用性能研究

劉平偉1劉 迪2

(1.撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113000; 2.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000)

采用撫順寶上線試驗路的現場施工碎石料和水泥，對其進行無側限抗壓強度試驗、抗壓回彈試驗以及收縮試驗，通過其強度和抵抗回彈變形的能力來分析研究其路用性能，通過試驗可以得出，低水泥劑量級配碎石抑制反射裂縫的能力好于常規的水泥穩定碎石材料路基。

路基，低水泥級配碎石，抗壓強度，回彈模量，反射裂縫，水泥穩定碎石

0 引言

溫度和交通荷載共同作用下瀝青路面最主要病害為反射裂縫，并且嚴重影響著道路使用性能。引起瀝青路面反射裂縫的主要原因是瀝青面層厚度、瀝青和瀝青混合料的性質、基層材料的性質、氣候條件(特別是冬季氣溫及其變化)、交通量、車輛類型以及施工因素等。裂縫開裂主要形式可分為兩大類，即荷載型裂縫和非荷載型裂縫。荷載型裂縫主要是由于行車荷載作用而產生的裂縫，在行車荷載的反復作用下，基層頂部瀝青面層就產生裂縫，并逐步向上擴展，形成荷載型反射裂縫。非荷載型裂縫主要是溫度和干縮裂縫，由于半剛性基層剛度較大，受溫度影響易產生溫度收縮裂縫；同時，半剛性基層完工之后由于水分變化易產生干縮裂縫。這些裂縫在半剛性基層成型過程中和在交通荷載與環境因素綜合作用下，逐漸擴展并延伸至瀝青面層，即形成所謂的非荷載型反射裂縫[1]。

低水泥劑量級配碎石混合料由粗集料、細集料、水泥和水組成。其中在級配碎石中加入2%～3%的水泥劑量[2]。與傳統的級配碎石相比，這種結構能極大地提高結構的水穩性，提高結構的整體剛度和強度，減少半剛性基層的干縮裂縫[2]。其機理在于：通過水泥水化生成物的空間結構包裹集料顆粒、隔離水分，從而改善碎石材料的水穩性。初期，因為水泥漿的包裹聯結作用和填充密實作用，其抗壓強度和抗剪強度均優于普通的級配碎石，同時由于水泥劑量低，級配碎石的干縮和溫縮變形均會遠遠低于水泥穩定碎石類材料。

為此，對低水泥級配碎石材料進行室內試驗，分析研究其路用性能以及抑制反射裂縫的能力。

1 試驗設計

1.1 試驗方案

抗壓強度、抗壓回彈模量以及收縮變形是路基材料路用性能的重要指標，現選取撫順寶上線試驗路鋪筑時所用的級配碎石原材料以及現場的水泥，按照3%的水泥摻量對低水泥劑量級配碎石進行無側限抗壓強度、抗壓回彈模量以及干縮溫縮等室內試驗。分析研究其路用性能以及抑制反射裂縫的能力。

1.2 試驗方法

1)無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度是反映路基材料承載能力的性能指標。

前期準備：按照T0845—2009公路工程無機結合穩定材料試驗規程無機結合料穩定材料試件制作方法，平行試件個數為6個。T0843—2009無機結合料穩定材料養生方法，試件養護的條件是溫度20 ℃，濕度95%。養護時間90 d，最后1 d將試件浸水。

實驗操作：采用萬能試驗機對試件進行抗壓強度測試，試驗過程中，加載速率為1 mm/min[8]。記錄試件破壞時的最大壓力。

2)抗壓回彈試驗。回彈模量是路面設計的重要參數，反映了半剛性材料在荷載作用下的變形特性。

其試件制備與試件養生均與無側限抗壓強度試驗相同。

試驗操作：采用萬能試驗機對試件進行回彈模量測試，對試件進行分級加載卸載，記錄千分表讀數。其中壓力機速度為1 mm/min。

3)收縮試驗。為了提高半剛性基層材料的抗裂性能，其干縮、溫縮是很重要的性能指標。

依據JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中對收縮試驗的要求，同時對試驗的細節做了調整，最終選擇了適合本文研究的收縮試驗方法：干縮試驗采用儀表法進行試驗，溫縮試驗采用應變片法。

a.干縮試驗。

試件制備：按照JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中T0844—2009無機結合料穩定材料梁式制件方法制備。平行試件個數為3個。

實驗步驟：試件養生齡期為7 d，養生結束后，將飽水后的試件表面水擦干。將試件豎直放在表面平整的桌面上，由于骨架型級配水泥穩定碎石的細集料含量較少，因此豎直放置在桌面上時，應使其底部盡量平穩，可用玻璃片找平。試件安放好后，放置千分表，千分表固定好后，使小指針走動到較大數值，大指針數值歸零。對放置好的試件進行觀測，觀測時間間隔分別為2 h,2 h,4 h,4 h,12 h,24 h,24 h。

b.溫縮試驗。

試件制備：與干縮試驗相同。

實驗步驟：我們選用的試驗方法是應變片法。養生齡期為7 d，放入105 ℃的烘箱中烘10 h～12 h至恒重，烘干后將試件放到干燥通風的地方至常溫。試驗從高溫開始，逐級降溫，每個級別的溫度差為10 ℃。按照降溫速率的要求，當溫度降到設定的級位時，保溫3 h，在保溫結束前的5 min內讀取數值。

2 實驗結果與分析

2.1 無側限抗壓強度試驗

1)試驗數據見表1。

表1 低水泥無側限抗壓強度試驗數據

2)結果分析。表1為3%低水泥劑量級配碎石無側限抗壓強度試驗的數據表，圖1為3%低水泥劑量級配碎石無側限抗壓強度試驗數據擬合折線圖，從圖表中可以看出該種材料的抗壓強度在3.5 MPa左右，滿足公路瀝青路面設計規范中的要求。

2.2 抗壓回彈試驗

1)試驗數據見表2。

表2 低水泥抗壓回彈試驗數據 MPa

2)結果分析。表2為3%低水泥劑量級配碎石抗壓回彈模量的數據表，圖2為3%低水泥劑量級配碎石的抗壓回彈模量試驗數據擬合柱狀圖，從圖表中可以看出其抗壓回彈模量在800 MPa～900 MPa之間，小于4%水泥穩定碎石規范中規定的回彈模量值1 300 MPa。說明低水泥劑量級配碎石結構抵抗垂直變形能力有所降低。

2.3 干縮溫縮試驗

1)試驗數據見表3。

表3 低水泥抗壓干縮溫縮試驗數據

2)結果分析。從試驗數據中可以看出，采用低水泥劑量級配碎石可以減小其收縮變形，對抑制半剛性路面反射裂縫有很好的效果。

3 結語

通過對撫順寶上線3%低水泥劑量級配碎石進行無側限抗壓強度試驗與抗壓回彈模量試驗，所得的結論主要可以歸納為以下幾點:

1)3%水泥摻量級配碎石的強度介于級配碎石與水泥穩定碎石的強度之間，滿足規范中規定的路基強度要求的同時，相對于水泥穩定碎石這種半剛性基層來說，可以減少溫度和荷載引起的反射裂縫。

2)隨著水泥摻量的減少，3%水泥摻量級配碎石的抗壓回彈模量也隨之降低，抵抗垂直變形能力有所降低。

3)3%水泥摻量級配碎石的收縮變形較小，說明減少水泥用量對防止反射裂縫起很重要的作用。

4)3%水泥摻量級配碎石的柔韌性與強度均介于級配碎石與水泥穩定碎石之間，在防止反射裂縫的同時還可以滿足路基設計規范要求，是一種應該廣泛應用的路基材料。

[1] 楊 濤.半剛性基層瀝青路面反射裂縫的產生機理及其防治措施[D].武漢：武漢理工大學,2005.

[2] 張敏江,丁泓宇,趙程飛.低水泥劑量穩定級配碎石基層典型結構分析[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2014(4):51-60.

[3] 白琦峰.半剛性基層瀝青路面反射裂縫防治措施對比研究[D].南京：東南大學,2005.

Low cement dosage grading macadam with performance study

Liu Pingwei1Liu Di2

(1.FushunHighwayAdministrationBureau,Fushun113000,China; 2.LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)

Select the material of crushed stone and cement from the road of Fushun Baoshang. On the unconfined compressive strength test, compressive rebound test method and shrinkage test, through its strength and springback deformation resistance ability to analysis and study its road performance, through the test can be concluded that low dose of graded crushed stone cement inhibition of reflection crack ability good regular material of cement stabilized gravel subgrade.

subgrade, low cement graded gravel, compressive strength, modulus of resilience, reflective crack, cement stabilized macadam

2015-03-03

劉平偉(1971- )，男，高級工程師； 劉 迪(1990- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)14-0110-02

U416.03

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