路用水基聚合物穩(wěn)定碎石養(yǎng)生及測試條件研究*

蔣應(yīng)軍，楊晨光，陳浙江，李壽偉

(1.長安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064；2.金華市公路管理局，浙江 金華 321000)

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路用水基聚合物穩(wěn)定碎石養(yǎng)生及測試條件研究*

蔣應(yīng)軍1，楊晨光1，陳浙江2，李壽偉2

(1.長安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064；2.金華市公路管理局，浙江 金華 321000)

應(yīng)用振動成型水基聚合物SRX穩(wěn)定碎石試件，研究了SRX穩(wěn)定碎石含水率變化規(guī)律及其對SRX穩(wěn)定碎石力學(xué)強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)干化溫度T越高，SRX穩(wěn)定碎石試件干化速率越快，并確定出0～105 ℃內(nèi)干化溫度T隨干化時間t的變化規(guī)律；試件含水率對SRX穩(wěn)定碎石力學(xué)強(qiáng)度影響顯著，含水率為零時試件強(qiáng)度達(dá)到最大值；相對強(qiáng)度(Rcw/Rc0)與相對含水率(Δw)滿足一定數(shù)值關(guān)系；干化溫度與測試溫度(0

路用水基聚合物穩(wěn)定碎石;干化溫度；干化時間；相對含水率；干化強(qiáng)度

0　引　言

SRX是Romix International Ltd公司研發(fā)的一種水基的、以多種壓力敏感性樹脂、高強(qiáng)抗老化樹脂聚合而成的特殊路用聚合物溶液。它是針對全厚式瀝青長壽道路專門研制的用于替代瀝青的水基聚合物，一般應(yīng)用于道路基層[1-4]。用SRX來代替瀝青穩(wěn)定料的中面層和下面層，可在達(dá)到類似全厚式瀝青結(jié)構(gòu)的效果的前提下降低造價[1]。其有別于水泥、石灰與瀝青等常規(guī)材料，在適用條件、技術(shù)品質(zhì)、施工工藝、施工條件及經(jīng)濟(jì)造價等方面具有一定的優(yōu)勢[2]。近年來它在國內(nèi)外道路工程界得到關(guān)注，并開展了一些研究及實體工程應(yīng)用。非洲、印度、新西蘭及馬來西亞等地先開展了高分子聚合物SRX的探索性應(yīng)用；文獻(xiàn)[4]研究了一種公路路面基層的聚合物粘結(jié)劑(SRX)，并分析了利用聚合物SRX的可行性；文獻(xiàn)[5]指出添加SRX聚合物可提升道路基層的路用性能。2008年以來，水基有機(jī)路用聚合物技術(shù)先后在北京、四川及廣東等地依托實體工程進(jìn)行了探索性應(yīng)用；2011年，張新天基于重型擊實法和靜壓法成型試件，試件在50℃干燥箱、養(yǎng)生6 d后進(jìn)行CBR與7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，據(jù)此設(shè)計SRX含量[6]；2012年，張敏江采用重型擊實法確定的CBR值和回彈模量，分析水泥穩(wěn)定碎石路面結(jié)構(gòu)SRX穩(wěn)定基層層底拉應(yīng)力、路表彎沉的重載敏感性[7]。2013年，北京市交通委員會路政局為了探究聚合物SRX與砂石料的結(jié)合特性，研究了SRX原材料的抗剝落性、水溫穩(wěn)定性，采用靜壓法成型試件并參照無機(jī)結(jié)合料7 d強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)確定SRX含量[8]。上述研究成果無疑對促進(jìn)SRX穩(wěn)定碎石發(fā)展和推廣應(yīng)用起到促進(jìn)作用，但在SRX穩(wěn)定碎石試件養(yǎng)生條件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，如有50 ℃干燥箱、養(yǎng)生6 d，有50 ℃干燥箱2 d后陽光下自然照射7 d，也有養(yǎng)生溫度30 ℃，養(yǎng)生時間10 d[9]，導(dǎo)致試件內(nèi)部含水率也各不相同而影響強(qiáng)度的可比性，或者影響試驗效率。上述條件養(yǎng)生的試件采用重型擊實法及靜壓法成型。研究表明，重型擊實法及靜壓法成型試件與穩(wěn)定類材料工程實際性能相關(guān)性差，而振動成型法與實際工程性質(zhì)相關(guān)性可高達(dá)90%[10-12]。鑒于此，論文基于垂直振動法成型試件研究了SRX穩(wěn)定碎石試件含水率變化規(guī)律及其對強(qiáng)度的影響，推薦了SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn)條件，成果可供工程實踐參考。

1　原材料及試驗方案

1.1原材料

1)SRX

試驗選用Romix International Ltd公司生產(chǎn)的SRX溶液，各項技術(shù)指標(biāo)見表1.

表1　SRX技術(shù)指標(biāo)

2)集料

浙江省東陽市胡家?guī)X石料廠石灰?guī)r，技術(shù)指標(biāo)略。

1.2配合比

1)礦料級配

采用文獻(xiàn)[1]級配中值，見表2.

表2　SRX穩(wěn)定碎石骨架密實級配

2)SRX劑量

SRX劑量分別采用0.25%，0.50%和0.75%.

1.3試件制備方法

試件采用垂直振動成型方法(Vertical Vibration Compaction Testing Method，簡稱VVCM)成型φ15 cm×h15 cm的圓柱體試件，提高了SRX穩(wěn)定碎石試件與實際工程的適應(yīng)性[11]。

1)垂直振動壓實儀參數(shù)：工作頻率30 Hz，工作重力3 kN，激振力7.6 kN，名義振幅1.2 mm；

2)確定最大干密度和最佳含水率時，振動擊實時間為120 s[11]；

3)制備壓實度為98%的φ15 cm×h15 cm圓柱體試件時，振動成型時間為100 s.

1.4試件養(yǎng)生過程

將制備好的不同SRX含量的穩(wěn)定碎石試件分為6組，分別在10，30，50，70，90及105 ℃的干燥箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，測試試件的強(qiáng)度及含水率。

1.5抗壓強(qiáng)度測試方法

試驗采用單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度RC為指標(biāo)進(jìn)行強(qiáng)度測試，采用壓力機(jī)或萬能試驗機(jī)進(jìn)行試驗。壓力機(jī)應(yīng)符合現(xiàn)行《液壓式壓力試驗機(jī)》(GB/T3722)及《試驗機(jī)壓力通用技術(shù)的要求》(GB/T2611)中的要求。試驗中應(yīng)保證加載速率為1 mm/min.

2　試驗結(jié)果及分析

2.1養(yǎng)生條件對SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響

SRX可溶于水并以水為傳導(dǎo)媒介均勻地分散到土石材料表面；經(jīng)過有效的壓實和水分揮發(fā)后，在道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的土石材料表面形成有機(jī)黏膜，將其牢固地粘結(jié)成整體，并通過嵌擠形成強(qiáng)而韌的柔性結(jié)構(gòu)層[13]。SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的形成依賴骨料壓實的嵌鎖力、碎石自身強(qiáng)度及聚合物水分揮發(fā)形成的膠黏力獲得[1]。含水率直接影響SRX穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度，含水率為零時強(qiáng)度達(dá)到最大值。在強(qiáng)度形成過程中，溫度、時間等環(huán)境因素直接影響SRX穩(wěn)定碎石的含水率，這些環(huán)境因素被稱為養(yǎng)生條件。

為了方便研究養(yǎng)生條件對SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響，論文對SRX穩(wěn)定碎石養(yǎng)生過程中的溫度、時間、含水率及強(qiáng)度進(jìn)行定義：干化溫度T是指SRX穩(wěn)定碎石試件水分揮發(fā)過程中采用的溫度：相對含水率Δw是指干化過程中SRX穩(wěn)定碎石試件含水率/(最佳含水率與SRX材料揮發(fā)物質(zhì)之和)；干化時間t是指在干化溫度下，SRX穩(wěn)定碎石試件相對含水率從100%至0時所需要的時間；干化強(qiáng)度是Rc指SRX穩(wěn)定碎石試件相對含水率為0時所測的強(qiáng)度。

2.1.1含水率對SRX穩(wěn)定碎石力學(xué)強(qiáng)度的影響

1)相對含水率與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系。圖1為不同干化溫度下，SRX含量分別為0.75%，0.5%及0.25%的穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度與相對含水率的關(guān)系曲線。

圖1　抗壓強(qiáng)度～相對含水率關(guān)系Fig.1　Relationship between compression strength and relative moisture content(a)SRX含量0.75%　(b)SRX含量0.50%　(c)SRX含量0.25%

分析得知，SRX穩(wěn)定碎石的相對含水率顯著影響其抗壓強(qiáng)度；SRX含量直接影響試件干化強(qiáng)度；，10～105 ℃的干化溫度對干化強(qiáng)度無顯著影響。

2)相對含水率與相對強(qiáng)度之間的關(guān)系。為了研究SRX穩(wěn)定碎石的含水率對抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，論文結(jié)合試驗結(jié)果及相對含水率與強(qiáng)度的變化規(guī)律，圖2為SRX穩(wěn)定碎石相對含水率Δw與相對強(qiáng)度Rcw/Rc0(不同相對含水率下抗壓強(qiáng)度與干化強(qiáng)度比值)之間的關(guān)系曲線。

圖2　相對含水率～相對強(qiáng)度關(guān)系Fig.2　Relationship between relative moisture content and dry strength

由圖2可知，不同SRX含量時，相對含水率Δw與相對強(qiáng)度Rcw/Rc0之間的關(guān)系如式(1)所示。

Rcw/Rc0=-0.231ln(Δw)+1.256 2(Δw>0).

(1)

式中Rcw/Rc0為某一相對含水率時相對強(qiáng)度，%；Δw為相對含水率，%.

根據(jù)式(1)可確定SRX穩(wěn)定碎石任意相對含水率時的抗壓強(qiáng)度。

攔河壩壩軸線地基為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上部覆蓋層以卵石、含壤土碎石為主，最大厚度12.4m；下部基巖主要為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化泥巖和砂巖，其中全風(fēng)化層厚度1～11m。考慮攔河壩瀝青混凝土心墻為壩體防滲關(guān)鍵部位，以盡量減少瀝青心墻沉降，設(shè)計瀝青心墻坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖上、基礎(chǔ)按深入強(qiáng)風(fēng)化巖不少于1.0m控制。

2.1.2SRX穩(wěn)定碎石試件含水率的變化規(guī)律

1)干化溫度、干化時間對含水率的影響。圖3為SRX穩(wěn)定碎石干化時間與相對含水率之間的關(guān)系曲線。

圖3　干化溫度～相對含水率關(guān)系Fig.3　Relationship between drying temperature and relative moisture content(a)干化溫度10 ℃　(b)干化溫度50 ℃　(c)干化溫度70 ℃

圖3表明，在一定干化溫度下，SRX穩(wěn)定碎石的相對含水率先急劇降低，隨著時間增長其變化速率趨于穩(wěn)定，直至降低至零時試件完全干化；SRX含量相同時，干化溫度越高，試件含水率降低的速度越快，干化時間越短。

分析知，干化時間與干化溫度共同影響SRX穩(wěn)定碎石的相對含水率；干化溫度顯著影響干化時間；干化溫度相同時，對于任意SRX含量，SRX穩(wěn)定碎石的相對含水率變化規(guī)律一致。

2)干化溫度與干化時間之間的關(guān)系。圖4為SRX穩(wěn)定碎石不同干化溫度與干化時間之間的關(guān)系曲線。

圖4　干化溫度～干化時間關(guān)系Fig.4　Relationship between drying temperature and drying time

圖4表明，干化溫度對干化時間影響顯著，干化溫度越高，SRX穩(wěn)定碎石干化速率越快，干化時間越短。確定干化溫度T與干化時間t之間關(guān)系為

t=28.644e-0.031 7T(0

(2)

式中t為干化時間，d；T為干化溫度，℃.

3)養(yǎng)生條件的確定。在一定試驗溫度的范圍內(nèi)，干化溫度對SRX穩(wěn)定碎石的干化強(qiáng)度無顯著影響。考慮到試驗效率，應(yīng)在不影響試驗效果的前提下選用高溫干化。

將SRX原材料置于10～90 ℃的烘箱內(nèi)干化后，呈膠皮式的光滑薄膜狀態(tài)，如圖5(a～b)；置于105 ℃的烘箱內(nèi)干化后，薄膜上已經(jīng)產(chǎn)生有較少的老化現(xiàn)象如圖5(c)；而置于高于105 ℃的烘箱內(nèi)干化后，老化現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，如圖5(d)所示。

圖5　不同溫度下SRX原材料烘干后狀態(tài)Fig.5　Condition of SRX under different temperature’dry (a)室溫　(b)≤90 ℃　(c)105 ℃　(d)130 ℃

當(dāng)干化溫度為105 ℃時，雖然干化強(qiáng)度與其他干化溫度下的干化強(qiáng)度值相同，但試件破損后呈完全松散狀態(tài)，而其他干化溫度下養(yǎng)生的試件破損后呈塊狀，如圖6所示。建議SRX穩(wěn)定碎石的干化溫度不應(yīng)高于105 ℃.

試驗推薦SRX穩(wěn)定碎石的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件為試件成型后在90 ℃干燥箱內(nèi)烘2 d.

2.2測試條件對SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響

2.2.1測試條件的影響

基于SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度形成機(jī)理，選擇合理的測試溫度可以有效提高試驗效率。將干化后冷卻至室溫的試件，分別置于不同溫度的干燥箱中，當(dāng)試件溫度與干燥箱溫度達(dá)到一致時，立即取出試件測試強(qiáng)度，結(jié)果見表3.

圖6　強(qiáng)度測試后試件破損狀態(tài)Fig.6　Deformation of SRX after strength testing (a)干化溫度≤90 ℃　(b)干化溫度105 ℃

SRX含量/%下列測試溫度/℃1030SRX穩(wěn)定碎石Rc/MPa5070900.505.375.385.405.375.420.756.186.216.236.206.20

表3表明，測試溫度對SRX穩(wěn)定碎石強(qiáng)度無顯著影響。

2.2.2標(biāo)準(zhǔn)測試條件的確定

考慮到操作的簡便性，試驗建議在室溫下進(jìn)行強(qiáng)度測試。

2.3SRX穩(wěn)定碎石養(yǎng)生條件的評價

與現(xiàn)行養(yǎng)生條件的比較見表4[9]。

與現(xiàn)行測試條件相比，國內(nèi)外已有的養(yǎng)生條件其測試的力學(xué)強(qiáng)度穩(wěn)定性差或試驗周期過長，本項目提出的SRX穩(wěn)定碎石試件養(yǎng)生條件，使強(qiáng)度測試結(jié)果具有更好的穩(wěn)定性。

表4　養(yǎng)生條件對含水率及強(qiáng)度的影響

3　結(jié)　論

1)含水率對SRX穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度影響顯著，抗壓強(qiáng)度隨著含水率的減小而增大。含水率為0時，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；相對含水率(Δw)與相對強(qiáng)度(Rcw/Rc0)滿足Rcw/Rc0=-0.231ln(Δw)+1.256 2；

2)干化溫度相同時，對于任意SRX含量，SRX穩(wěn)定碎石的相對含水率變化規(guī)律一致；干化溫度對干化時間影響顯著，在0～105 ℃范圍內(nèi)，干化溫度越高，干化時間越短，干化溫度T與干化時間t滿足t=28.644e=-0.031 7(0

3)在0～105 ℃范圍內(nèi)，干化溫度及測試溫度對SRX穩(wěn)定碎石干化強(qiáng)度的影響不顯著。建議SRX穩(wěn)定碎石試件成型后在90 ℃干燥箱內(nèi)烘2 d后，室溫下進(jìn)行強(qiáng)度測試；

4)與現(xiàn)行測試條件相比，本項目提出的SRX穩(wěn)定碎石試件養(yǎng)生條件，可使力學(xué)強(qiáng)度測試結(jié)果具有更好的穩(wěn)定性。

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Standard maintenance and test condition of the water based polymer SRX stabilized crushed stone

JIANG Ying-jun1，YANG Chen-guang1，CHEN Zhe-jiang2，LI Shou-wei2

(1.KeyLaboratoryforSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducation，Chang’anUniversity，Xi’an710064，China；2.JinhuaHighwayAdministrationBureau，Jinhua321000，China)

In order to study the change law of the moisture content of water based polymer SRX stabilized crushed stone，the SRX stabilized crushed stone specimens shaped by vertical vibrating test method was used.It was found that the higher drying temperature is，the more rapid drying rate of the SRX stabilized crushed stone specimens is.The relationship between drying temperature (T) and drying time(t) is found under the range of 0 to 105 degrees;the moisture content of specimens significant affect mechanical strength of the SRX stabilized crushed stone.mechanical strength of the SRX stabilized crushed stone reach to maximum when the value of moisture content reduce to zero.Relative moisture content and relative strength have the numerical relationship;Curing temperature has no significant effect on mechanical strength.The author suggest standard test conditions is that: SRX stabilized crushed stone should be preserved in drying oven(90 ℃) for two days and test the strength at room temperature.

water based polymer SRX stabilized crushed stone；drying temperature；drying time；relative moisture content；dry strength

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0412

1672-9315(2016)04-0528-06

2016-03-15責(zé)任編輯：高佳

浙江交通科技項目(2013H18)

蔣應(yīng)軍(1975-)，男，浙江蘭溪人，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:iyi@chd.edu.cn

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