硅鋁基固化劑及穩定碎石混合料性能研究

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0 引言

水泥穩定碎石是我國高等級公路建設普遍采用的基層形式，具有強度高、剛性大、穩定性好等優點[1]。但在其使用過程中，水泥穩定碎石的強度和彈性模量會在干濕和凍融循環以及反復荷載的作用下因疲勞而逐漸衰減，基層的收縮開裂還會引起瀝青路面的反射裂縫[2]。同時，水泥穩定碎石基層對集料，尤其是細集料的品質要求較高，否則易出現質量問題。

1 硅鋁基固化劑材料特性

1.1 膠砂強度試驗

試驗用固化劑采用H2000 型耐久性硅鋁基固化劑，其膠砂的質量配合比為固化劑：標準砂：水=450：350：210，試驗共制作了3 組平行試樣，其各齡期的膠砂強度見表1.1-1。

表1.1-1 硅鋁基固化劑各齡期的膠砂強度（MPa）

從試驗數據可以看出，硅鋁基固化劑膠砂強度隨時間增長顯著，其中3d 平均抗壓強度為36.8MPa，28d平均抗壓強度為53.9MPa，3d平均抗折強度為7.5MPa，28d 平均抗折強度為10.4MPa，均滿足現行規范中膠砂強度的有關要求。

1.2 固化土強度試驗

將硅鋁基固化劑代替水泥固化軟土進行強度對比試驗，試驗采用的4 種配比分別為45kg/m、50kg/m、55kg/m和60kg/m，試驗結果見表1.2-1、表1.2-2以及圖1.2-1、圖1.2-2。

表1.2-1 水泥和硅鋁基固化劑固化軟土7d 強度對比（MPa）

表1.2-2 水泥和硅鋁基固化劑固化軟土28d 強度對比（MPa）

圖1.2-1 不同摻量下固化土7d 強度變化曲線

圖1.2-2 不同摻量下固化土28d 強度變化曲線

在相同摻量的條件下，固化劑固化土7d 強度比水泥提高了6.5%～10.7%，其28d 強度比水泥提高了3.9%～12.0%，說明其在低摻量的條件下優勢更明顯。

2 硅鋁基穩定碎石混合料性能

2.1 混合料級配要求

硅鋁基穩定碎石混合料的級配范圍是在懸浮密實型級配的基礎上進行了適當優化，并將其與懸浮密實型級配進行比較，見表2.1-1。

表2.1-1 混合料中集料級配范圍要求

從上表可以看出：

（1）硅鋁基穩定碎石混合料的級配范圍與懸浮密實結構大體一致，主要是減少了粗集料的通過率，增加細集料的通過率；

（2）為保證固化劑更好地發揮穩定粒料的作用，將合成級配0.075mm通過率范圍放寬至5%～15%，而在規范及設計文件中一般要求控制在5%以內，目前市場上生產的集料很難滿足規范的這一要求。

2.2 力學性能對比

采用相同混合料級配設計，采用4.0%和5.0%兩種摻量的硅鋁基固化劑和水泥，分別對其進行7d、14d、28d 和90d 的無側限抗壓強度試驗，無側限抗壓強度試驗結果見表2.2-1。

表2.2-2 無側限抗壓強度試驗結果

從上表可以看出：

（1）硅鋁基固化劑和水泥穩定碎石混合料的強度變化規律相同，其無側限抗壓強度均隨齡期增長而增長；

（2）兩種混合料的無側限抗壓強度的前期增長速率較快，后期增長速率漸慢，由此說明兩種混合料的強度主要在前期形成，在4%摻量的條件下，硅鋁基穩定碎石的前期強度略低于水泥穩定碎石，沒有明顯優勢，但隨著齡期的增長28d 后強度基本一致；

（3）在相同劑量、相同齡期條件下，硅鋁基穩定碎石和水泥穩定碎石強度差異很小，尤其在高摻量的條件下差異更小，二者的性能相當。

2.3 干縮性能對比

混合料中硅鋁基固化劑和水泥摻量為5%，分別對其失水率、干縮應變和干縮系數的變化規律進行對比分析，試驗結果見圖2.3-1 和圖2.3-2：

圖2.3-1 失水率變化曲線（5%劑量）

圖2.3-2 應變變化曲線（5%劑量）

試驗結果表明：

（1）混合料的收縮應變表現出的規律類似于失水率的變化規律，即隨著時間的延長干縮應變逐漸增大，在試驗后期增幅趨緩[3]；

（2）在固化劑用量一定的條件下，硅鋁基穩定碎石混合料的干縮應變要稍大于水泥穩定碎石，但對于硅鋁基穩定碎石來說，其在抗干縮性方面已經起到了很好的效果。

2.4 耐久性能對比

為評價硅鋁基穩定碎石基層混合料的耐久性，進行了混合料的凍融試驗和抗沖刷試驗，試驗結果見表2.4-1 和表2.4-2。

表2.4-1 凍融試驗結果

表2.4-2 抗沖刷試驗結果（28d）

從試驗結果可以看出，在摻量相同的條件下，硅鋁基穩定碎石混合料抗沖刷能力和水泥穩定碎基本相當。

3 結論

（1）在相同劑量、相同齡期條件下，硅鋁基穩定碎石和水泥穩定碎石強度差異很小，二者的力學性能相當。與水泥相比，硅鋁基固化劑在低摻量的條件下優勢更明顯。穩定粒料含泥量控制在5%～15%范圍內時，硅鋁基固化劑穩定粒料可以表現出高強度、低收縮的性能。

（2）硅鋁基固化劑作為膠凝材料穩定碎石基層，具有較好的和易性和水穩定性，對細集料的含泥量和粉塵含量要求較寬，合成級配0.075mm 通過率范圍放寬至5%～15%，且干縮小、裂紋少。