瀝青水泥穩定碎石的路用性能試驗研究

摘要：以基層為水泥乳化瀝青穩定碎石的某公路為研究對象，開展室內試驗，分析瀝青摻量及養護齡期對其強度和抗裂性能的影響。得出以下結論：隨瀝青摻入量的增大，試樣的抗壓強度逐漸減??；這是由于瀝青具有一定的柔性，對試樣抗壓強度有一定的影響。瀝青的延展性較好，其摻入量越大，試樣的回彈模量越小，試樣越容易發生變形破壞。在實際工程中，為滿足公路強度的需要，應適當控制瀝青的用量，避免其摻量過大導致其強度的下降。

關鍵詞：瀝青水泥穩定碎石；路用性能；室內試驗；抗壓強度；回彈模量

0" "引言

瀝青水泥穩定碎石是一種常用的路基基層，由于其強度高、抗裂性能好，被廣泛應用于公路工程中。但其養護齡期及瀝青的摻量對公路的強度有一定的影響，近年來，許多專家學者針對上述問題開展相關研究。

周開利等人[1]以某公路工程為研究對象，將瀝青廢料應用于道路基層中，通過室內試驗研究其強度和抗裂性能的變化規律；研究結果表明，該基礎的穩定性良好，驗證了該方案的可行性。黃琴龍[2]等人開展彎拉疲勞試驗，基于Weibull分布建立力學分析模型，研究瀝青水泥碎石混合料在循環荷載下力學性能的變化規律；研究結果表明，瀝青可使混合料的疲勞性能提升。符佳等人[3]開展室內試驗，研究瀝青摻量、溫度等因素對路基力學性能的影響，并建立上述因素間的回歸模型，研究其變化規律。張曉天[4]等人以某道路工程為研究對象，基于正交試驗，研究混凝土纖維摻入量對路基力學性能的影響，并分析路基抗裂性能的變化規律。李宏波[5]等人開展無側限抗壓試驗，研究廢舊瀝青混凝土路面的穩定性，根據試驗數據，得出其路用最佳配合比。

本研究以基層為水泥乳化瀝青穩定碎石的某公路為研究對象，開展室內試驗，分析青摻量及養護齡期對其強度和抗裂性能的影響。

1" "工程概況

本研究以塔克納某公路為研究對象，該公路總長346.71km，道路等級為城市次干路，設計速度50km/h，路基寬7.2m，總工期3年。定期養護28.4km，包括基層加固20cm、乳化瀝青穩定層15cm、MC-30瀝青噴灑300cm3/m2、13%乳化瀝青稀漿封層等。

2" "實驗方案

原狀土取自公路土場，采用圓柱形取土器，對其埋深為5.3～5.6m處進行取土。為研究不同摻量瀝青對試樣路用性能的影響，對其開展室內試驗。本研究試樣的水泥摻量為5%，其配合比如表2所示。

瀝青水泥穩定碎石的路用性能主要與其強度有關，故開展無側限抗壓強度試驗、劈裂試驗、抗壓回彈模量試驗。為研究其抗裂性能，開展彎曲韌性試驗，并考慮不同養護齡期對其強度及性能的影響。

3" "試驗結果分析

3.1" " 無側限抗壓試驗

對4種試樣開展無側限抗壓試樣，并分析齡期為7d、28d、60d和90d下，試樣強度的變化規律，其齡期-抗壓強度曲線如圖1所示。

由圖1可知，齡期與試樣的抗壓強度呈正相關關系。這是由于在試樣養護的前期，試樣中的材料間接觸并不緊密。隨著養護時間的增大，試樣內部逐漸致密化，使其強度增大。當齡期較小時，試樣的抗壓強度增長量較大，增長趨勢較為明顯。隨著齡期的持續增大，其曲線變化趨勢逐漸平緩。其中，試樣1的增長量最大，達到3.65MPa；試樣4的增長量最小，其值為1.4MPa。

分析認為，這是由于試樣1中瀝青含量為0%，其試樣的強度主要與水泥有關，試樣4中的瀝青含量為4%，為瀝青含量最大的試樣。隨養護時間的增大，水泥發生水化作用。該過程對養護的要求較高，在此期間試樣的強度顯著提升。而瀝青的強度與養護時間的關系較小，且其在試樣中主要起填充和粘結的作用，對養護的需求較小。所以當瀝青的摻量較大時，隨養護齡期的增大，其強度變化較小。

4種試樣的抗壓強度具有一定的差異性。其中，試樣1的強度最大，且其數值遠大于其他試樣；摻入瀝青的試樣強度較小，且其數值相對較為集中。這是由于瀝青的抗壓性能較差，其延展性好，主要起粘結的作用。而水泥在水化作用下，其強度和硬度會顯著增大，抗壓性能較好。且隨瀝青摻入量的增大，試樣的抗壓強度逐漸減小，這是由于瀝青具有一定的柔性，對試樣抗壓強度有一定的影響。

3.2" " 劈裂試驗

為研究試樣的劈裂強度，對其開展劈裂試驗，分析不同瀝青摻量、齡期對其強度的影響，其齡期-劈裂強度曲線如圖2所示。

由圖2可知，試驗的劈裂強度與其齡期呈正相關關系。當齡期較小時，試驗的劈裂強度增長趨勢顯著。其中，試驗1的劈裂強度增長量最大，其增長量為0.42MPa；試樣4的劈裂強度增長量最小，其值為0.16Mpa。這是由于隨養護齡期的增大，試樣的強度和硬度會得到顯著提升。在前期水泥會發生水化作用，其強度提升尤為明顯，養護后期試樣逐漸趨于穩定，其強度增長較為緩慢。

當養護齡期為7d時，試樣1和試樣2、試樣3和試樣4之間的強度差距較小。隨著齡期的增大，其強度差距逐漸增大。其中試樣1的劈裂強度最大，試樣4的劈裂強度最小。試樣1中的瀝青含量為0%，而試樣4中的瀝青含量為4%，根據上文對抗壓強度的分析可得，瀝青摻量與試樣的抗壓強度呈負相關關系。由于瀝青具有柔性，且抗壓性能較差，在試樣中主要起粘結作用，在豎向荷載下，試樣承受剪力而發生脆性破壞。影響試樣劈裂強度的物質主要為試樣內部的碎石，所以瀝青的摻入對試樣的劈裂強度具有一定的影響。在實際工程中，為滿足公路強度的需要，應適當控制瀝青的用量，避免摻量過大導致其強度下降。

3.3" " 抗壓回彈模量試驗

回彈模量可以反應試樣變形的難易程度與剛度，是計算和分析路面強度的基礎。本研究對試樣開展抗壓回彈模量試驗，試驗過程共包括7個加、卸載過程，以養護齡期為60d、90d的試驗為研究對象，分析其回彈模量的變化規律，其試驗結果如表3所示。

由表3可知，養護齡期為90d試樣的回彈模量，均大于養護齡期為60d試樣的回填模量，說明養護過程對試樣的回彈模量有顯著的提升作用。這是由于在養護過程中，試樣內部的材料逐漸結合緊密，且其內部的水泥會發生水化反應，增大其強度。當養護齡期為60～90d時，不同試樣的回彈模量增量差距較小，其增量均在110MPa左右，養護對于不同試樣的回彈模量提升效果具有一致性。

不同試樣的差異主要體現在其瀝青含量。在試樣養護過程中，主要是水泥發生水化反應，瀝青的強度與養護時間的關系較小，且其在試樣中主要起填充和粘結的作用，對養護的需求較小，所以不同試樣的回彈模量增量差距較小。

在相同養護條件且養護時間相同時，試樣1的回彈模量最大，養護齡期為90d對應的回彈模量為1660MPa，且其回彈模量遠大于其他3種試樣。其他3種加入瀝青的試樣回彈模量數值較為集中。其中試樣4的回彈模型最小，其值為1260MPa，說明瀝青的加入對試樣的回彈模量有一定的影響。瀝青摻入量越大，試樣的回彈模量越小，試樣越容易發生變形破壞。這是由于瀝青的延展性較好，加入后會使得試樣具有一定的柔性，從而更容易發生變形破壞。

3.4" " 彎曲韌性試驗

彎曲韌性試驗可以反映試驗加載過程中對能量吸收的大小，測得試樣的韌性，根據試樣出現裂縫前后的撓度-荷載曲線的面積比值，可得出彎曲指數I5、I10、I20。以試樣1和試樣3為研究對象，對其開展彎曲韌性試驗，得出的撓度-荷載曲線的面積如圖3所示。根據其面積比計算得出試樣的韌性指數，其計算結果如圖4所示。

由圖4可知，試樣的韌性指數與養護齡期呈負相關關系，說明在養護過程中，試樣的韌性逐漸減小。試樣1的韌性指數均大于試樣3，當養護齡期較小時，二者之間的差距較大。隨著養護齡期的增大，其差值逐漸減小，且試樣1和試樣3的I5差距較小，其差值為0.33，I10的差距較大，其值為0.58。

由此說明，試樣中的瀝青會影響其韌性指數，減小試樣的強度。這是由于瀝青會影響試樣的早期強度，導致其荷載值下降較快。試樣1的韌性指數的數值差異較大，且其差值具有一致性。試樣3的韌性指數差距較小，但是其差值具有差異性。

5" "結論

本研究以基層為水泥乳化瀝青穩定碎石的某公路為研究對象，開展室內試驗，研究瀝青摻量及養護齡期對其強度和抗裂性能的影響，得出以下結論：

隨瀝青摻入量的增大，試樣的抗壓強度逐漸減小。這是由于瀝青具有一定的柔性，對試樣抗壓強度有一定的影響。在實際工程中，為滿足公路強度的需要，應適當控制瀝青的用量，避免其摻量過大導致其強度的下降。

瀝青的加入對試樣的回彈模量有一定的影響，其摻入量越大，試樣的回彈模量越小，試樣越容易發生變形破壞。這是由于瀝青的延展性較好，在加入試樣后會使得試樣具有一定的柔性，使其容易發生變形破壞。在養護過程中，試樣內部的材料逐漸結合緊密，且其內部的水泥會發生水化反應，增大其強度。

參考文獻

[1] 周開利，趙小潔，楊冬梅，等.瀝青水穩混合舊料用于再生水泥穩定碎石基層的力學性能研究[J].公路交通科技（應用技術版），2017，13（4）：48-50.

[2] 黃琴龍，權晨嘉，楊壯，等.乳化瀝青水泥穩定碎石混合料的疲勞性能試驗[J].建筑材料學報，2017，20（5）：739-744.

[3] 符佳，楊吳禮，談至明，等.乳化瀝青水泥穩定碎石的變形特征試驗研究[J].公路，2015，60（6）：202-206.

[4] 張曉天，劉占江，楊明成.廢舊瀝青砼纖維水泥穩定碎石的力學性能試驗[J].桂林理工大學學報，2014，34（1）：58-62.

[5] 李宏波，劉占江，鄒媛媛，等.大摻量廢舊瀝青混凝土水泥穩定碎石的試驗研究[J].鐵道建筑，2012（10）：147-149.