不同橡膠粉水泥穩定碎石振動擊實試驗探討

鄭夏萍

摘要：水泥穩定碎石基層作為一種常用的半剛性基層類型，具有強度高，承載力大，水穩定性好等優點。因此，開展水泥穩定碎石振動試驗研究是十分必要的。本文主要針對不同橡膠粉水泥穩定碎石振動擊實試驗展開了探討，對試驗的準備作了詳細的闡述，并對不同橡膠粉摻量的水泥穩定碎石振動擊實試驗方面作了系統的分析，以期能為類似工程的需要提供參考和借鑒。

關鍵詞：橡膠粉；水泥穩定碎石；試驗

引言

水泥穩定碎石，主要由粒料和灰漿體積組成。粒料為級配碎石，灰漿體積包括水和膠凝材料，膠凝材料由水泥和混合材料組成。而在水泥穩定碎石中加入橡膠粉，會極大的改善水穩基層力學性能和穩定性。而本文就不同橡膠粉水泥穩定碎石振動擊實試驗進行了探討，相信對有關方面的需要有一定幫助。

1試驗準備

1.1原材料

水泥采用P.C32.5水泥，技術指標符合規范要求；集料為石灰巖，技術指標符合規范要求；橡膠粉采用10～40目0.3～3mm連續級配膠粒，表觀密度為1220kg·m-3。

1.2級配的選擇

采用嵌擠理論計算不同級別集料的孔隙率，再逐級填充從而確定主骨料的級配。骨架密實型級配范圍如表1所示。最終選定的水泥穩定碎石骨架密實級配如表2所示。

表1骨架密實型級配范圍

表2試驗采用級配

1.3試驗儀器的選擇

考慮到振動壓實與靜力壓實機理的不同，混合料在振動和沖擊的作用下，顆粒表面形成一層水膜，從而使顆粒更容易移動而達到密實狀態，所以采用室內振動壓實試驗的方法。根據水泥穩定碎石水穩基層對振動壓路機振幅和工作頻率的選擇要求，一般名義振幅為0.8～2.0mm。工作頻率選擇范圍為25～40HZ，為達到最佳振動效果，振動試驗儀的參數選取見表3。

表3振動參數選擇

2最大干密度與最佳含水量隨橡膠粉

含量的變化規律水泥劑量為4.0%時，摻入含量為0%、2%、4%、8%、10%的橡膠粉，分別進行細度為2～1.2mm（10～20目）、1.2～0.5mm（20～30目）、0.5～0.4mm（30～40目）的a、b、c三組試驗。試驗前將試料放入烘箱中烘干至恒重；采用強制攪拌的方式保證橡膠粉在混合料中均勻分布；將濕混合料加入試模中，振動擊實1～2min；進行試件最佳含水量和最大干密度的測試。

圖1為三組試件在加入不同劑量橡膠粉時測得的最大干密度。由圖1可知，對于一定粒徑的橡膠粉，隨著含量的增加，混合料的最大干密度先增大后減小，變化量在0.1kg·m-3左右；橡膠粉摻量在2%～3%范圍時，混合料的最大干密度達到最大值；c類橡膠粉可使混合料的最大干密度產生較大變化，其峰值較a、b類大。

圖1 橡膠粉含量與最大干密度的關系

分析其原因認為，少劑量的橡膠粉能夠填補集料骨架密實結構的空隙，在振動試驗條件下，橡膠粉顆粒表面形成的水膜可以促進顆粒移動，達到比較好的密實狀態，粒度越細，越有利于增強振動效果；隨著橡膠粉含量的繼續增加，橡膠粉不再起填充作用，開始在混合料中占據一定體積，從而使干密度下降；c類橡膠粉對混合料最大干密度的影響效果比較明顯，因此在實際應用當中選擇合適劑量的c類橡膠粉能夠提高基層的密實效果。

圖2為橡膠粉含量與最佳含水量的關系。由圖2可知，混合料的最佳含水量隨著橡膠粉含量的增加迅速增加，這是由于橡膠粉的吸水率較大，而且吸水較快。對于相同劑量的橡膠粉，粒度越細，比表面積越大，吸水效果越明顯，且摻加c類橡膠粉混合料最佳含水量的值與增長率比a、b類均大。

圖2 橡膠粉含量與最佳含水量的關系

3無側限抗壓強度隨橡膠粉含量的變化規律

將摻有不同劑量橡膠粉的水泥穩定碎石混合料投入試模振動成型機，得到150mm×60mm的圓柱體試件。把試件置于溫度為（20±2）℃、相對濕度不小于95%的養護室內霧化加濕養護7d后，分別進行無側限抗壓強度測試。無側限抗壓強度隨橡膠粉含量的變化規律如圖3所示。

圖3 橡膠粉含量與無側限抗壓強度的關系

由圖3可以看出，摻入0%～2%的橡膠粉時，混合料的無側限抗壓強度稍有提高；隨著橡膠粉含量的增加，混合料的無側限抗壓強度逐步降低。

主要原因為：橡膠粉具有良好的吸水性和保水性，嵌擠在骨料中，與混合料形成密實結構；橡膠水泥穩定碎石內部存在橡膠顆粒與水泥砂漿包裹界面、橡膠顆粒與碎石之間粘結界面和橡膠顆粒之間或碎石顆粒之間粘結界面等三類界面，隨著齡期增長，橡膠水泥穩定碎石試件結構內部第三類界面增多；橡膠粉是一種強度較低的軟彈性材料，其含量增加將造成試件整體強度下降，而且由于橡膠粉的彈性效應在一定程度上減弱了水穩碎石混合料后期強度的發展，因此抗壓強度較未摻橡膠粉的混合料略有降低。

4沖刷特性研究

水泥穩定碎石材料的沖刷性能與其強度形成過程、材料組成及其空間結構有關。實際工程當中，從道路面層進入基層交界面的雨水，在反復行車載荷作用下會產生動水壓力和真空水壓，最終引起基層脫空等病害。因此有必要對橡膠水泥穩定碎石進行沖刷特性研究。

采用MTS試驗臺來做水泥穩定碎石混合料的沖刷試驗，該試驗原理考慮了水對試件的侵蝕作用和車載對基層頂面的“泵吸作用”，且作用力的大小和頻率可控，能夠實現精確測量。試驗頻率為22HZ，作用載荷為1.2MPa。

圖4為未摻橡膠粉和摻有2.5%的c類橡膠粉的水泥穩定材料不同齡期的沖刷量直方圖，沖刷次數為8000次。由試驗結果可知，摻入2.5%的橡膠粉，降低了結合料的沖刷量，隨著齡期的增長，沖刷量有所下降，但降幅不明顯。

圖4 不同齡期的沖刷量變化

產生上述現象的原因是：加入的橡膠粉被水泥漿充分包裹，加強了內部顆粒物質的相互聯接，由于橡膠顆粒的彈性，對“泵吸作用”起到緩沖作用；隨著沖刷作用的進行，碎石骨料承受主要載荷作用力，顆粒物質內部的聯結已經達到穩定狀態，細顆粒物質不再直接承受載荷作用，只承受運動水流的沖刷作用。

5干燥收縮性能試驗

將摻有不同劑量c類橡膠粉的水泥穩定碎石混合料分別投入試模振動成型機，得到150mm×60mm的圓柱體試件。把試件置于溫度為（20±2）℃、相對濕度不小于95%的養護室內霧化加濕養護7d后，在自然溫度、濕度的條件下，測定不同失水率下試件的干縮量。通過手持應變儀讀取不同時間試件的干縮值。圖5為平均干縮系數隨橡膠粉含量的變化曲線。由圖5可知：隨著橡膠粉含量的增加，結合料的平均干縮系數先下降后上升，變化幅度在5%～10%。

圖5 橡膠粉含量與平均干縮系數的關系

主要原因是：隨著水分的蒸發、水化反應的進行，結合料內部發生毛細管作用、吸附作用、分子間作用等反應，引起水泥穩定碎石混合料的體積收縮。對于未摻入橡膠粉的混合料，骨架孔隙率比較大，受到的毛細張力、吸附作用、分子間作用也較大，因此干縮系數比較大；摻有一定量橡膠粉的混合料，其內部的空隙被填充，由于橡膠粉具有良好的保水性和彈性，對毛細張力、吸附作用、分子間作用表現不太敏感，所以干縮系數有減小的趨勢；隨著橡膠粉含量的繼續增加，混合料的比表面積增大，橡膠顆粒表面的水膜由于蒸發作用逐漸變薄，顆粒間的分子引力相互作用，引起收縮系數增大。因此，摻入一定量橡膠粉有利于降低結合料的應變收縮。

6結語

綜上所述，本文通過探討了不同橡膠粉水泥穩定碎石振動擊實的試驗，對不同摻量的橡膠粉水泥穩定碎石作了論述，旨在能為類似的方面提供參考范例。

參考文獻：

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