半剛性材料抗裂性能試驗研究

雷譜春

文章編號：1000033X（2016）12007203

收稿日期：20160518

摘要：為研究材料組成對半剛性基層強度的影響，對不同無機結合料組合的半剛性基層材料進行室內無側限抗壓強度試驗及抗壓回彈模量試驗。結果表明：三灰砂礫抗壓強度與水泥用量具有較好的相關性，并且隨著水泥替代量的增大強度顯著提高；隨著齡期及水泥用量的增大，各材料抗壓回彈模量均增長，水泥穩定類材料較二灰類材料增長更為顯著。相關性研究結果可為預測半剛性材料強度增長規律提供參考。

關鍵詞：半剛性材料；抗壓強度；抗壓回彈模量；抗裂性能

中圖分類號：U416.1文獻標志碼：B

Experimental Study on Crack Resistance of Semirigid Materials

LEI Puchun

（Shaanxi Provincial Communications Construction Group， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to study the effect of material composition on the strength of semirigid base， the indoor unconfined compressive strength test and resilient modulus test were carried out for semirigid base materials with different combinations of inorganic binders. The results show that the compressive strength of the combination of cement， lime， fly ash and gravel has a good correlation with the amount of cement， and the strength increases when more cement is added. With the increase of the age and amount of cement， the resilient modulus of materials increases， which is more obvious in semirigid base stabilized with cement. The correlation findings also provide reference to the strength growth prediction of semirigid materials.

Key words： semirigid material； compressive strength； resilient modulus； crack resistance

0引言

半剛性材料主要是在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無機結合料（包括水泥、石灰、粉煤灰或工業廢渣等），并與水混合，經過拌和、壓實、養生之后得到的道路基層材料，一般有二灰穩定類和水泥穩定類基層。但目前對于二灰穩定類和水泥穩定類組合成的水泥、石灰、粉煤灰穩定類基層的研究并不多；另外，對于這種新組合來說，它是否繼承了兩者的特性與優點以及避開了兩者的缺點還有待研究。因此對水泥、石灰、粉煤灰穩定類以及二灰穩定類、水泥穩定類這些半剛性材料的抗裂性能進行進一步分析研究，具有十分重要的意義[13]。本文通過確定水泥、石灰、粉煤灰3種材料的配比組成和最佳比例，對水泥穩定類、二灰穩定類和水泥、石灰、粉煤灰穩定類半剛性材料的抗裂性能進行深入研究。

1試驗材料配合比組成

依據《公路路面基層施工技術規范》 （JTJ 034—2000），采用石灰、粉煤灰做基層或底基層時，石灰與粉煤灰的比在1∶2～1∶4（質量比），因此本文在1∶2～1∶4區間內等梯度地劃分了5種比例，并對二灰穩定類半剛性材料進行抗壓強度試驗，以5種二灰比中具有最大強度的作為最佳二灰配比[4]。5種不同二灰比下的半剛性材料的抗壓強度指標如圖1所示。

由圖1可以看出，當石灰與粉煤灰之比大約在1∶2.3左右時，強度出現了峰值，即此時7 d飽水抗壓強度最大，所以本文采用石灰與粉煤灰之比為1∶23。同時，對二灰在集料中占不同比例及不同狀態（堆積與插搗狀態）下的實際填充量進行比較和分析，最終統一選擇二灰的合理填充量為20%，則石灰、粉煤灰、砂礫之比為6∶14∶80（質量比）。

在相同集料級配條件下，用水泥代替部分石灰組成的水泥、石灰、粉煤灰三灰穩定類材料的最佳配合比，即通過抗壓強度及抗壓回彈模量試驗得到的最優抗裂性能時的配合比[56]。對不同結合料穩定砂礫進行編號，具體如表1所示。

2抗壓強度試驗結果及分析

半剛性材料一般作為基層和底基層，需要具備足夠的強度和一定的剛度，而這個要求在很大程度上取決于結合料的配合比和使用量。當用量一定的情況下，結合料的配合比十分重要[78]。因此，進行不同結合料配比穩定的砂礫抗壓強度試驗，結果如表2所示。

由表2可知以下幾點。

（1）從6種材料的早期強度（28 d以前）可以看出：二灰砂礫抗壓強度最小，水泥粉煤灰砂礫的抗壓強度最大，三灰砂礫居中；隨著水泥替代石灰用量的增加，三灰砂礫的強度逐漸增加。此外，幾類材料的后期強度（180 d齡期）中，三灰砂礫的抗壓強度最大（J2、J3、J4），水泥粉煤灰砂礫（J5、J6）次之，二灰砂礫（J1）是最小。

（2）各類材料的強度在90 d之前（即早期強度錢）呈線性增長，90 d后二灰砂礫（J1）和水泥粉煤灰砂礫（J5、J6）的增長幅度明顯變緩，但三灰砂礫（J2、J3、J4）90 d后仍然保持直線增長的趨勢，因此在后期強度中，三灰砂礫的抗壓強度最大。

（3）依據《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）的規定：采用綜合穩定時，如水泥用量占結合料總量的30%以上，二級及二級以下公路基層的7 d強度應在25～3 MPa，高速公路和一級公路的強度應在3～5 MPa。若按此規定，只有J5（水泥用量42%）滿足規范要求，但從180 d的后期強度來看，J5的強度并不高，比J2、J3、J4低，可見規范中存在明顯的不足，應進行適當的補充和調整。

實際應用過程中，由于測試材料后期強度周期相對較長，給工程進度帶來較大的影響，因此利用早期強度推算后期強度很有必要，能給工程節省很多人力和時間。基于此，通過表2對J1～J6各個齡期的抗壓強度進行線性回歸，三灰砂礫的強度增長如表3、4所示。

由表3、4可知：隨著水泥替代石灰用量的增加，三灰砂礫早期強度是呈直線增長趨勢的，尤其與7 d飽水強度的相關性更好（相關系數為0999 1）；石灰粉煤灰砂礫（J1）和水泥粉煤灰砂礫（J5）后期強度（90～180 d）增長回歸公式，相關系數最大為0945 2，相關性相對比較差但三灰砂礫（J2、J3、J4）后期強度增長回歸公式，相關系數最小為0958 7，相關性較好即三灰砂礫無論是在早期還是在晚期，其強度基本都是呈現直線增長趨勢[910]。

因此，可以用表3、4中的公式根據早期強度推測后期強度，而且只要得出一種三灰砂礫的強度，就可推測其他配比砂礫的早期強度和后期強度。

3抗壓回彈模量試驗結果及分析

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTJ 057—94），抗壓回彈模量試驗采用頂面法，J1～J6試驗結果如表5所示。

由表5可知以下幾點。

（1）各類材料的抗壓回彈模量隨著齡期的增長而增大，后期強度的抗壓回彈模量明顯大于早期強度的抗壓回彈模量。

（2）當水泥和石灰用量相同時，石灰粉煤灰穩定類材料的抗壓回彈模量小于水泥穩定類材料。

（3）隨著水泥用量的增加，水泥穩定類材料的抗壓回彈模量也隨之增加。

（4）隨著水泥用量的增加，三灰砂礫的抗壓回彈模量也隨之增加（J2、J3、J4）。

總之，在滿足規范對強度要求的前提下（例如J1的7 d強度為048 MPa），剛度越小，抗裂性能越好。因此，J2在強度、剛度都滿足規范要求時抗裂性能是最好的。

4結語

通過對水泥石灰粉煤灰砂礫的配合比設計及力學性能研究分析，有以下結論。

（1）通過對三灰砂礫力學性能的研究，發現目前規范對半剛性材料性能評價指標體系的不完善和不足，應當補充和調整。本文推薦采用早期強度（7 d）和后期強度（180 d甚至更長）作為評定半剛性材料的強度指標。

（2）隨著齡期的增長，半剛性材料抗壓回彈模量增大。在水泥及石灰用量相同的條件下，水泥穩定類材料的抗壓回彈模量與二灰穩定類材料相比是較大的。此外，隨著水泥用量的增大，三灰穩定類和水泥穩定類材料的抗壓回彈模量都是增大的。

（3）三灰砂礫強度的回歸增長公式具有非常良好的相關性，無論是早期強度還是晚期強度都基本相當于直線增長，這對指導設計、施工及試驗工作，具有十分重要的意義和價值。

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[責任編輯：王玉玲]