骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能研究

沈 陽，汪仲卿，葉仕鎮(zhèn)，邱 實(shí)

(蘇交科華東(浙江)工程設(shè)計(jì)有限公司 杭州市 310012)

0 引言

骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石具有較高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度)，較低的溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)，從而表現(xiàn)出良好的抗裂性能[1-2]。水泥穩(wěn)定碎石混合料中0.075mm以下的細(xì)集料含量越多，混合料抵抗干縮能力越差[3-4]。安徽省、河南省、浙江省、江蘇省等都已經(jīng)提出了抗裂性骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的級配并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)，骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石混合料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在上述省份的公路建設(shè)中。主要針對骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能進(jìn)行研究，分析骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能以及水泥劑量對骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響。

1 水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計(jì)

水泥穩(wěn)定碎石材料均采用四檔料，分別為：0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，各擋材料的篩分結(jié)果見表1。

表1 石料篩分結(jié)果

通過對四檔材料進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，分別得到骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的設(shè)計(jì)級配，設(shè)計(jì)級配詳見表2、表3、圖1、圖2。

圖1 懸浮密實(shí)型水穩(wěn)定碎石級配

圖2 骨架密實(shí)型水穩(wěn)定碎石級配

表2 骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石級配

表3 懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石級配

2 干縮試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)今測量水泥穩(wěn)定級配碎石干縮特性有兩種常用方法：一種是通過讀取安裝在試件兩側(cè)的千分表數(shù)值來反映試件本身的干縮特性，精確度可達(dá)10-6；另一種是使用電阻應(yīng)變計(jì)通過被測材料試件與補(bǔ)償試件接入臥式半橋連接而產(chǎn)生的電阻變化率精確測定試件本身的干縮特性，精確度可達(dá)10-11。根據(jù)試驗(yàn)條件和對精度的要求，本項(xiàng)目采用千分表測量干縮量的方法，即將兩只千分表安裝在試件兩側(cè)，分別讀數(shù)，總和即為干縮量，并對試件稱重。

失水率：

(1)

干縮應(yīng)變：

(2)

平均干縮系數(shù)：

(3)

式中：M0—標(biāo)準(zhǔn)試件的初始重量(g)；

Mt—干縮試驗(yàn)t時(shí)標(biāo)準(zhǔn)試件的重量(g)；

w—試件的含水量，以試件的最佳含水量代；

δl0、δr0—千分表左表、右表初始讀數(shù)(mm)；

δlt、δrt—干縮試驗(yàn)t時(shí)千分表左表、右表讀數(shù)(mm)；

L0—試件的初始長度(400mm)；

εt—試驗(yàn)期為t時(shí)的干縮應(yīng)變；

αt—干縮試驗(yàn)t時(shí)的平均干縮系數(shù)。

本次干縮試驗(yàn)分為兩組，每組5個(gè)平行試件，三組試件分別為3.0%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件、3.0%水泥劑量懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件以及2.5%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件。通過室內(nèi)干縮試驗(yàn)對比研究級配類型以及水泥劑量對水泥穩(wěn)定碎石材料干縮性能的影響。

(1)骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能影響分析

通過表4及圖3、圖4可知骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第7d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)相對于第28d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)均呈現(xiàn)急劇增加的趨勢。骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應(yīng)變是第7d干縮應(yīng)變的2.61倍，干縮系數(shù)是第7d干縮應(yīng)變的2.03倍。

表4 骨架密實(shí)型與懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗(yàn)結(jié)果

圖3 干縮應(yīng)變隨失水率變化曲線

圖4 干縮系數(shù)隨時(shí)間變化曲線

懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應(yīng)變是第7d干縮應(yīng)變的2.76倍，干縮系數(shù)是第7d干縮系數(shù)的2.12倍。第28d后骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)增加速度均逐漸變緩。骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應(yīng)變相對于28d的增加了37.4%，干縮系數(shù)增加了16.3%；懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應(yīng)變相對于28d的增加了113.5%，干縮系數(shù)增加了78.6%。

隨著時(shí)間的推移骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)在28d后增長幅度逐漸變緩，但是懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的增長幅度明顯要大于骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件。骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)均小于懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件。

(2)水泥劑量對骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能得影響

通過表5及圖5、圖6可知水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件前28d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)急劇增加，28d后增速逐漸放緩。3.0%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應(yīng)于28d齡期增加了16.3%，干縮應(yīng)變增加了37.4%。2.5%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應(yīng)于28d齡期增加了8.5%，干縮應(yīng)變增加了27.6%。

表5 不同水泥劑量骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗(yàn)結(jié)果

圖5 干縮應(yīng)變隨失水率變化曲線

圖6 干縮系數(shù)隨時(shí)間變化曲線

通過對比可知：2.5%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)均比3.0%水泥劑量的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)要低。

3 結(jié)論

(1)骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)要低于懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件，骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定材料的干縮抗裂性能要優(yōu)于懸浮密實(shí)型。

(2)水泥穩(wěn)定碎石材料的干縮均主要發(fā)生在前28d，后期干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)增長緩慢，但是懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件的后期增長幅度明顯要大于骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件。

(3)水泥穩(wěn)定碎石材料性能受水泥劑量影響較大，2.5%水泥劑量的干縮系數(shù)相應(yīng)于3.0%水泥劑量的干縮系數(shù)降低了28.3%。因此在施工實(shí)際過程中，盡量避免單純通過提高水泥劑量來提高強(qiáng)度指標(biāo)，建議對水泥穩(wěn)定材料級配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。