養(yǎng)生溫濕度對基層材料力學(xué)性能影響的對比分析★

張海濤 楊佳南

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

在路面設(shè)計中，水泥土等半剛性基層材料被廣泛使用。近年來，關(guān)于養(yǎng)生溫度對半剛性基層材料路用性能影響的研究逐漸增多，人們似乎認(rèn)為養(yǎng)生溫度對基層材料路用性能的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于養(yǎng)生濕度，但是并沒有具體的科學(xué)依據(jù)來證明此觀點。

本研究通過控制養(yǎng)生濕度(溫度)，分析不同養(yǎng)生溫度(濕度)對基層材料力學(xué)性能的影響。研究的創(chuàng)新在于不僅研究了養(yǎng)生溫度對基層材料力學(xué)性能的影響，也研究了養(yǎng)生濕度對基層材料力學(xué)性能的影響。以基層材料力學(xué)性能為標(biāo)準(zhǔn)，通過養(yǎng)生溫濕度對基層材料力學(xué)性能影響的不同而確定各自的權(quán)重系數(shù)，建立不同養(yǎng)生溫濕度與養(yǎng)生時間的回歸關(guān)系。

1 水泥穩(wěn)定土配合比設(shè)計

1.1 水泥

試驗所用的水泥為虎鼎水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5水泥，經(jīng)試驗測試，符合規(guī)范對水泥的要求。

1.2 土

實驗用土均直接取自黑龍江哈爾濱，進(jìn)行資料的查找與對比確定土的液限塑限等指標(biāo)，土的性質(zhì)和類別劃分如表1所示。

表1 土類劃分

1.3 配合比設(shè)計

水泥穩(wěn)定土的水泥劑量為10%，含水率分別采用8%，10%，12%，14%，16%，選用電動擊實儀進(jìn)行水泥穩(wěn)定土的擊實試驗。確定水泥劑量為10%的水泥穩(wěn)定土最佳含水率和最大干密度分別為13%和1.75 g/cm3。

2 水泥穩(wěn)定土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

2.1 試件的制作及養(yǎng)生

水泥穩(wěn)定土的水泥劑量為10%，最佳含水率為13%，最大干密度為1.75 g/cm3。在實驗室制成50 mm×50 mm水泥穩(wěn)定土圓柱體試件。不同養(yǎng)生條件的養(yǎng)生溫濕度如表2所示。

表2 不同養(yǎng)生條件的養(yǎng)生溫濕度

將1號養(yǎng)生箱內(nèi)的試件在相應(yīng)的條件下分別養(yǎng)生1 d,3 d,5 d。2號箱內(nèi)的試件分別養(yǎng)生12 h,36 h,60 h。3號,4號箱內(nèi)的試件分別養(yǎng)生3 d,6 d,9 d。養(yǎng)生后的試件分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。

2.2 試驗結(jié)果

水泥穩(wěn)定土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如表3所示。

表3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

通過對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論：

1)養(yǎng)生過程中，當(dāng)濕度相同、溫度不同時，試件在20 ℃條件下養(yǎng)生3 d所得到的強(qiáng)度與在25 ℃下養(yǎng)生2.5 d的強(qiáng)度相等。即強(qiáng)度相同時的養(yǎng)生溫度相差5 ℃，養(yǎng)生時間相差0.5 d，因此，可以換算為養(yǎng)生溫度相差1 ℃，養(yǎng)生時間相差2.4 h。

2)養(yǎng)生過程中，當(dāng)溫度相同、濕度不同時，試件在濕度90%條件下養(yǎng)生5.7 d所得到的強(qiáng)度與在濕度96%下養(yǎng)生6 d的強(qiáng)度相等。即強(qiáng)度相同時的養(yǎng)生濕度相差6%，養(yǎng)生時間相差0.29 d，因此，可以換算為養(yǎng)生濕度相差1 %，養(yǎng)生時間相差1.16 h。

3 養(yǎng)生溫濕度對水泥穩(wěn)定土力學(xué)性能影響的分析

3.1 不同養(yǎng)生溫濕度的權(quán)重系數(shù)確定

根據(jù)表3的試驗數(shù)據(jù)，可以得到不同養(yǎng)生條件下的水泥穩(wěn)定土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)生時間的關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，各強(qiáng)度曲線的回歸方程及相關(guān)系數(shù)如表4所示。

表4 試驗數(shù)據(jù)的回歸方程及相關(guān)系數(shù)

對兩個平均曲率進(jìn)行加權(quán)平均計算，可以得到相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。計算結(jié)果如表5所示。

表5 不同養(yǎng)生溫濕度的平均曲率與權(quán)重系數(shù)

3.2 權(quán)重系數(shù)的應(yīng)用

根據(jù)表5的平均權(quán)重系數(shù)，以達(dá)到相同的水泥穩(wěn)定土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，可以得到不同養(yǎng)生溫濕度的換算養(yǎng)生時間的計算公式。

利用表5的不同養(yǎng)生期的平均權(quán)重系數(shù)，根據(jù)上述公式可得到不同養(yǎng)生期的換算養(yǎng)生時間計算公式，養(yǎng)生前期(1 d～3 d)、養(yǎng)生中期(3 d～7 d)、養(yǎng)生后期(7 d以后)分別為：

T=0.51×Tt×Δt+0.49×Th×Δh，

T=0.41×Tt×Δt+0.59×Th×Δh，

T=0.40×Tt×Δt+0.60×Th×Δh。

4 結(jié)語

1)通過對水泥穩(wěn)定土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)生時間關(guān)系曲線的曲率分析，可以發(fā)現(xiàn)，無論養(yǎng)生溫度和水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度如何影響，水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度增長的速度都是越來越小的。且水泥穩(wěn)定土在前3 d強(qiáng)度的增長速度最快，3 d之后強(qiáng)度的增長速度逐漸減緩，7 d之后強(qiáng)度的增長速度已經(jīng)很小。

2)通過對權(quán)重系數(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，在水泥穩(wěn)定土養(yǎng)生過程中，養(yǎng)生溫度只有在養(yǎng)生第1天時對強(qiáng)度的影響大于濕度，從養(yǎng)生第2天起，相對于養(yǎng)生溫度，養(yǎng)生濕度對水泥穩(wěn)定土力學(xué)性能起更重要的作用。