活性粉末對水泥穩定碎石抗裂性能的影響研究

胡云

摘要：文章從水泥穩定碎石的開裂原理出發，對摻入了活性粉末的水泥穩定碎石的間接抗拉強度以及收縮性能進行研究，并結合實際工程驗證了研究成果。

關鍵詞：水泥穩定碎石;活性粉末;間距抗拉強度;收縮性能

0 引言

水泥穩定碎石常用來提供給公路結構作為穩定牢固的工作面層使用，以將其受到的荷載向下傳遞，并改善其面層結構的排水情況。水泥穩定碎石的質量好壞直接影響到路面的使用性能，而當水泥穩定碎石由于收縮而導致的應力比其自身抗拉強度高時，將會導致水泥穩定碎石出現裂縫。裂縫的出現將會削弱路面的結構功能，影響其長期使用[1-2]。本文將從摻入活性粉末的角度出發，研究活性粉末與水泥穩定碎石抗裂性之間的關系。

1 水泥穩定碎石間接抗拉強度試驗

水泥穩定碎石的間接抗拉強度是其主要的力學指標之一[3]。當層面厚度一致時，其抗裂性能與抗拉強度成正比。在荷載以及環境的影響下，強度較高的水泥穩定碎石容易出現斷裂破壞，進而對公路使用壽命造成影響。因此，研究水泥穩定碎石的間接抗拉強度有重要意義，本文間接抗拉強度試驗按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行。所得結果如表1所示。

從圖1中可看出，水泥穩定碎石的間接抗拉強度可通過摻入活性粉末進行改善。水泥穩定碎石在摻入粒化高爐礦渣之后的間接抗拉強度在7～28d達到最大，但單摻粉煤灰以及復摻活性粉末的水泥穩定碎石在90～180d時趕超了摻入粒化高爐礦渣的水泥穩定碎石。

分析可知，水泥穩定碎石在摻入活性粉末之后間接抗拉強度之所以能夠有所改善，主要是因為活性粉末提高了水泥穩定碎石的填充效應以及二次水化反應。水泥穩定碎石在摻入粒化高爐礦渣后能提高其早期的間接抗拉強度，主要是因為摻入的粒化高爐礦渣能與水泥相互促進，從而使其早期間接抗拉強度有所提高。水泥穩定碎石在復摻了活性粉末以及單摻粉煤灰時，由于其存在粉煤灰，使其早期具有相對較慢的水化反應，致使其具有較低的間接抗拉強度，但當時間達到90～180d時，其二次水化反應逐漸完全，進一步提高了間接抗拉強度，使其比摻入了粒化高爐礦渣的間接抗拉強度要高。

2 水泥穩定碎石收縮性能研究

水泥穩定碎石與路面性能有直接關系。干燥收縮和溫度收縮是水泥穩定碎石的主要收縮方式[4]。表層水分的蒸發以及內部水化是水泥穩定碎石干燥收縮的兩種模式，其主要發生在施工階段。

2.1 干縮機理

當水泥穩定碎石內部發生水化反應時，含水量的變化引起體積變化，即表現出干燥收縮的現象。在完成水泥穩定碎石的鋪設之后，隨著其水化反應的不斷進行導致其內部不斷產生應力，并且隨著水化反應的不斷進行而導致其應力不斷增大，收縮效果越來越顯著。若放任該種現象進行下去，將會導致其干縮現象更加顯著，此時若該水泥穩定碎石不具備足夠的強度，將會導致基層材料出現損傷。隨著水分不斷丟失，干裂縫將會不斷產生，即使相應的面層鋪設完成之后，內部水分仍然會出現不斷下降至失水率等于0的情況，使路面出現破壞。

2.2 干縮試驗結果

由于篇幅所限，本文僅針對性地列出部分數據，具體如表2所示。

由試驗結果可知：

（1）當水泥穩定碎石在加熱攪拌時，隨著不斷增長的齡期，水泥劑量越多，需要的用水量越多，因其水化反應就釋放越多的熱量。但在凝結硬化的時候，水泥穩定碎石具有更大的失水率，即其具有更大的收縮變形量。因此，水泥劑量與干縮現象成正比。由于高爐礦渣的二次水化反應較快，因此需要更多的用水量，水化反應時所釋放的熱量就越大，導致其干縮變形量越大;而由于水泥穩定碎石在復摻活性粉末之后有粉煤灰的存在，導致其在保障水化速率的前提下也改善了水泥漿體的內部結構，降低了水化反應的放熱作用，從而使其干縮變形量有所下降。當水泥穩定碎石中有活性粉末的加入，其失水率有所降低，使水化反應釋放的熱量減小，從而使其干縮變形量有所下降，改善了干燥收縮的現象。

（2）在降低水泥穩定碎石中水泥的用量時，其干縮變形有所降低。主要原因是在降低了水泥穩定碎石的水泥劑量時，其需水量以及水化放熱效應有所下降，繼而降低了干縮應力，提高了水泥穩定碎石抗收縮性能[5]。摻入了高爐礦渣之后的水泥穩定碎石前期收縮較大，后期收縮則趨于平緩。水泥穩定碎石在單摻粉煤灰以及復摻活性粉末時整體的干縮應變較小，主要原因是活性粉末的填充作用以及二次水化反應改善了水泥穩定碎石的內部結構，繼而使其抗收縮性能有所提高。

（3）水泥穩定碎石在試驗初期的失水率較大，主要是因為水泥穩定碎石內部結構與外界有較多孔隙連接，水分散失程度較高，導致其表現出失水率較大的現象;在試驗中期，其失水率有所下降，主要是因為水泥穩定碎石在該階段有較多的水化產物，使其內部結構密實化，水分難以蒸發;在試驗后期，其僅具有較低的失水率并趨于穩定狀態，此時其內部結構更加密實，水分蒸發難度更大。水泥劑量與失水率成反比，主要是因為水泥的摻入使其水化反應具有較多的產物，增強了內部結構的密實度，使水分難以蒸發，并且由于水泥劑量的上升，導致自由水被水化反應所消耗，致使其失水率下降。水泥穩定碎石在摻入了活性粉末之后改善了內部結構，孔隙被填充從而使水分蒸發難度增高。

（4）水泥穩定碎石在測試初期具有較大的干縮系數，主要是因為水泥穩定碎石的失水率較大，水泥穩定碎石的體積因水分的揮發而顯著收縮。在試驗中期，其干縮系數不斷降低，主要是由于此時的失水率已有所減少，從而使體積收縮受到的影響減小;在試驗后期，其干縮系數趨于穩定，主要是因為水泥穩定碎石此時的失水率已較低，水泥穩定碎石體積受到的影響較小，以至于其干縮系數有所下降[6]。水泥穩定碎石在復摻活性粉末之后具有較小的干縮系數，是因為復合活性粉末的加入能夠使其水化反應的速度有所上升，水化反應釋放的熱量較低而強度有所上升，并且因為含有粉煤灰，能使其內部結構有所改善，失水率有所降低，使水泥穩定碎石在摻入了復合活性粉末之后具有最小的干縮系數。

3 實體工程

在上述所確定的級配的基礎上，結合工程經驗優化了礦物的配合比，特別是使4.75mm以及0.075mm關鍵篩孔的通過率有所降低，以使混合料在后期的抗裂性能有所上升。試驗段礦料級配設計如表3所示。

3.1 試驗路段

試驗路段無側限抗壓強度如表4所示。

4 結語

通過對比試驗段以及對比段取樣樣本的無側限抗壓強度可知，其僅具有較小的差異，說明試驗的離散性較小，對于工程質量的控制而言具有較大的意義。活性粉末的摻入能夠有效地提高水泥穩定碎石的無側限抗壓強度。

參考文獻：

[1]王建軍.高速公路橋梁中抗裂性水泥穩定碎石基層質量控制[J].四川建材，2020，46（1）：148，152.

[2]唐存孝.道路抗裂型水泥穩定級配碎石基層的施工研究[J].建材與裝飾，2019（26）：275-276.

[3]宋建軍，李延盛，蔡乾東，等.抗裂耐久型水泥穩定碎石設計與施工控制措施[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（8）：38-40.

[4]李文斌.抗裂性水泥穩定碎石基層施工技術研究[J].交通世界，2019（23）：54-55，58.

[5]王銀州.分析抗裂型水泥穩定碎石基層的雙層連鋪施工工藝[J].科技創新導報，2019，16（22）：33-34.

[6]于亞軍.抗裂性水泥穩定碎石基層施工技術分析[J].中國公路，2019（9）：96-97.