連續與間斷鋪筑的水泥穩定基層抗剪性能對比研究

張海濤 陳 曦 洪浩凱

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

半剛性基層具有取材方便、前期強度高、施工工藝簡單、抵抗荷載疲勞效能強且造價低等優點。我國高速公路基層厚度設計值一般在30 cm以上，限于實際工程中缺少大型攤鋪機且功率有限，整體一次性攤鋪基層易出現施工質量問題，因此施工時一般分兩層攤鋪碾壓。傳統基層施工是待下基層攤鋪完成并養生7 d后再攤鋪上基層，近年提出連續攤鋪的施工方式，兩組施工機具配套合作，待下基層壓實后、初凝前完成上基層的攤鋪與碾壓，兩層一起養生。為對比這兩種施工方式對基層抗剪性能的影響，本研究設計了兩種基層模型，在不同養生期和三種試驗溫度條件下，對不同成型方式下的兩類基層混合料的抗剪性能進行對比分析。

1 試驗材料與配合比設計

1.1 試驗材料

研究采用虎鼎水泥廠生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，集料來自“玉泉誠信”第二采石場，土為低液限細粒土。材料經室內實驗檢驗均滿足相關規范要求。

1.2 配合比設計

1.2.1水泥穩定碎石配合比設計

1)級配設計。

水泥穩定碎石的級配采用骨架—密實型結構，級配組成如表1所示。

表1 骨架密實型級配組成

2)擊實試驗。

分別按3.5%，4.0%，4.5%,5.0%,5.5%的水泥劑量制備試件，通過重型擊實試驗可得各水泥劑量下混合料的最佳含水率和最大干密度，試驗選定的水泥劑量分別為4.5%和5.5%，最佳含水率及最大干密度分別為：4.5%(4.8%，2.319 g/cm3)，5.5%(4.7%，2.341 g/cm3)。

1.2.2水泥穩定土的配合比設計

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則中對水泥穩定土中的水泥摻量要求不宜超過12%，本試驗取10%，經擊實試驗得10%劑量下的水泥穩定土最佳含水率為13.0%，最大干密度為1.75 g/cm3。

2 試件制作與試驗方法

2.1 試件制作

試件為d(直徑)×h(高度)=15 cm×15 cm的靜壓圓柱形試件。為消除分層厚度及壓實度對試驗結果的影響，本研究設置兩種基層結構類型如圖1所示，均采用統一分層壓實厚度，即下層7 cm+上層8 cm。TypeⅠ試件上層壓實度97%，下層95%，TypeⅡ試件上層壓實度97%，下層96%。按規范算料及制件，兩類試件的成型方式設置為兩種，分別模擬分層連續和間斷攤鋪施工技術，在靜壓上層前對下層的上表面進行鑿毛處理，成型試件如圖2所示。

2.2 試驗方法

低溫：在-10 ℃環境下儲存24 h，在低溫環境中測試；常溫：在常溫水浴中浸泡24 h后將表面擦干，在常溫環境中測試；凍融：在-18 ℃環境中放置16 h，取出后在20 ℃水浴中存放8 h，擦干后測試。每組制作13個平行試件，當偏差系數CV>20%時重做試驗，直到同一組試驗數據的CV≤20%。由于著重對比研究層間聯結面的抗剪強度，而不是混合料本身，故采用改裝的劈裂強度試驗儀器進行試驗：將試件從原來的劈裂方向水平旋轉90°，將壓條對準圓柱形試件上下層間接觸的聯結面，加載速率為1 mm/min，記錄試件劈裂破壞時的最大壓力P1(N)，計算公式及試驗過程如圖3,圖4所示。

3 試驗結果及分析

試驗結果及試件破壞情況如圖5，圖6所示。

1)對比同組試驗數據，兩類試件劈裂抗剪強度大小都表現為：低溫>常溫>凍融；

2)在相同養生期和試驗溫度條件下，連續成型試件的劈裂抗剪強度均高于間斷成型試件，增幅在88.89%～425%之間，說明連續成型試件層間聯結性更好；

3)TypeⅡ試件大于TypeⅠ的劈裂抗剪強度，且在低溫試驗條件下強度增長率達103.13%，分析是由于TypeⅡ試件層間集料的接觸面積比TypeⅠ試件大，層間黏結力更大；

4)養生7 d時，間斷成型的兩類試件在凍融條件下的劈裂抗剪強度下降幅度大，分別達175.00%和160.00%，連續成型試件的強度下降幅度小，分別為19.05%和8.00%，但隨養生期延長，幅度均有所減緩。與此相對比，兩類試件在低溫試驗條件下的劈裂抗剪強度都有大幅度提升，TypeⅡ試件提升幅度更為顯著；

5)從試件破壞斷面來看，連續成型試件呈現鋸齒狀斷裂面，表明層間咬合力及黏結力較大，而間斷成型試件在分層界面處近乎整齊斷裂，表明層間的咬合力及黏結力較小。

4 結語

1)對比同組試驗數據：連續成型試件的劈裂抗剪強度比間斷成型試件的大，表明層間聯結狀態對水泥穩定基層的抗剪性能有重要影響，層間黏結力強、整體性好的基層結構具有更高的強度及穩定性。

2)水泥穩定土的層間黏結力比水泥穩定碎石大，更能提高基層的整體性。

3)隨養生期的增長，各試件強度都有所增長，但連續成型試件的強度增長率高于間斷成型試件，TypeⅡ的強度增長率大于TypeⅠ。可見采用連續攤鋪方式能極大改善基層的抗剪性能，TypeⅡ對不同成型方式更敏感。

4)采用不同成型方式的兩類試件在各試驗溫度條件下的抗剪強度都表現為：低溫>常溫>凍融。其中連續成型試件在低溫時的強度增幅和凍融后的強度降幅比間斷成型試件小，表明連續成型試件具有更好的耐久性。且與常溫試驗條件相比，TypeⅡ試件的劈裂抗剪強度在低溫和凍融條件下的增幅及降幅均很顯著，說明與水泥穩定碎石基層相比，水泥穩定土基層不宜在凍融交替頻繁的地區使用，但較適合應用在常年低溫地區。