石灰粉煤灰水泥穩定碎石的力學性能研究*

周小虎

（中鐵二十一局集團第二工程有限公司，甘肅 蘭州730000）

無機結合材料穩定碎石強度高、穩定性好，是各級公路基層和底基層常用鋪筑材料之一［1-4］。水泥穩定碎石成本較高、干縮溫縮較大，通常采用水泥石灰粉煤灰等無機結合材料綜合穩定碎石［5-8］。硫鋁酸鹽水泥快硬早強、環境適應性廣，在石灰粉煤灰穩定碎石中添加硫鋁酸鹽水泥［9］，組成石灰粉煤灰硫鋁酸鹽水泥綜合穩定碎石，并與石灰粉煤灰普通硅酸鹽酸鹽水泥穩定碎石的力學性能進行對比，探求碎石的級配、無機結合材料摻量及水泥種類對穩定碎石強度的影響。

1 試驗原材料及配合比

1.1 原材料

碎石取自蘭州市動物園易地搬遷建設項目路面材料料場，石料的壓碎值為12.8%。粉煤灰和熟石灰購自甘肅嵩山建筑工程有限公司，硫鋁酸鹽水泥從上海通達有限公司購買，普通硅酸鹽水泥為祁連山425號水泥。

1.2 石灰粉煤灰水泥穩定碎石的配合比

根據《公路路面基層施工技術細則》選用碎石的級配［10］，通過改變粒徑范圍比例得到級配a和級配b兩類碎石，具體碎石的級配見表1所列，為減少試驗工作量，試驗選用石灰：粉煤灰的比例為1：4，無機結合料摻量取15%和20%兩種，水泥摻量占穩定碎石總量的1%和2%，穩定碎石的配合比見表2所列。

表1 碎石的級配組成

2 試驗方法

通過標準擊實試驗得出不同配合比穩定碎石的最佳含水量和最大干密度見表2所列，根據試驗所得最大干密度和最佳含水量在電動擊實儀上制作無側限抗壓強度和凍融循環試樣，制作的試樣在標準條件下養護至規定齡期（1 d、4 d、7 d、28 d、90 d），然后用作力學性能試驗。

在路強儀上試樣不受側向約束以1 mm/min的速率施加軸向壓力直至試件破壞，破壞時施加的軸向力與試樣底面積的比值為無側限抗壓強度（UCS）。凍融循環試驗力學性能測試前首先將試樣在標準條件下養護28 d，養護后的試樣放入冰箱中凍18 h，然后在20℃的水槽中解凍6 h，試樣凍融循環5次后在路強儀上測試穩定碎石的無側限抗壓強度。

表2 穩定碎石的配合比、最大干密度和最佳含水量

3 試驗結果與分析

3.1 最大干密度和最佳含水率

通過標準擊實試驗所得穩定碎石最大密度與含水率的關系如圖1所示，由圖1可知：隨著無機結合材料和細集料摻量的增加最佳含水率增大、最大干密度減小。

圖1 穩定碎石的標準擊實曲線

3.2 水泥摻量、碎石級配及養護齡期對UCS的影響

通過無側限抗壓強度試驗所得穩定碎石的UCS如圖2所示，由圖2可知當水泥摻量和養護齡期相同時，不同配合比養護1 d的穩定碎石的UCS大小關系為：Ⅰ-a（ⅰ-a）＞Ⅱ-a（ⅱ-a）＞Ⅰ-b（ⅰ-b）＞Ⅱ-b（ⅱ-b），由此可見，良好級配碎石中摻加較少的無機結合材料也能獲得較高的強度，這是因為良好級配的穩定碎石能相互嵌擠形成骨架結構，依靠碎石之間的摩擦提供了較高的強度。當無機結合料摻量、水泥摻量和碎石級配相同時，穩定碎石的UCS隨著養護齡期的增長而提高，這是因為隨著養護齡期的增長無機結合材料充分的發生了化學反應生成更多的膠結物將碎石膠結在一起，因此，提高了穩定碎石的強度。

圖2 不同養護齡期的UCS

3.3 水泥種類對UCS的影響

水泥種類對UCS的影響如圖3所示，由圖3可知當無機結合材料摻量、水泥摻量相同，養護齡期為1 d的硫鋁酸鹽水泥穩定碎石的UCS高于普通硅酸鹽水泥穩定碎石的UCS，這是因為硫鋁酸鹽水泥早期水化速率大于普通硅酸鹽水泥的水化速率，硫鋁酸鹽水泥生成了大量的膠結物快速提升了穩定碎石的早期強度。養護齡期為4 d、7 d，兩種水泥穩定碎石強度接近，養護齡期為28 d，硫鋁酸鹽水泥穩定碎石的強度稍微高于普通硅酸鹽水泥穩定碎石，沒有出現類似于硫鋁酸鹽水泥混凝土強度的倒縮現象，90 d時硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥綜合穩定碎石的強度接近。

圖3 不同水泥種類穩定碎石的UCS對比圖

3.4 石灰粉煤灰水泥穩定碎石的抗凍性能

凍融循環前后無側限抗壓強度的對比結果如圖4所示，從圖4可知兩類水泥綜合穩定碎石凍融前后無側限抗壓強度的損失率接近，且強度的損失率都低于5%，證明兩類水泥穩定碎石都具有較好的抗凍性能。

圖4 穩定碎石凍融前后的UCS對比

4 結論

論文采用無側限抗壓強度試驗和凍融循環試驗對水泥綜合穩定碎石的無側限抗壓強度（UCS）和抗凍性能開展了研究，所得主要結論有：

（1）綜合穩定碎石的UCS隨水泥摻量的增加而增大、隨著養護齡期的增長而增大；

（2）養護早期硫鋁酸鹽水泥穩定碎石的無側限抗壓強度高于硅酸鹽水泥綜合穩定碎石的無側限抗壓強度，養護后期二者的強度接近；

（3）兩類水泥綜合穩定碎石凍融前后無側限抗壓強度的損失率接近，且強度的損失率小于5%，兩類水泥穩定碎石都具有較好的抗凍性能。