聚酯纖維對道路二灰碎石基層結(jié)構(gòu)溫縮性能的影響

盧楊　陳磊　李修國　鄭辰翔

摘 要：為了有效解決二灰穩(wěn)定碎石基層易受溫度應(yīng)力作用產(chǎn)生溫縮裂縫的問題，本文研究了材料級配和聚酯纖維對二灰碎石基層材料溫縮特性的影響。研究結(jié)果表明，在集料所占混合料的比例一致的情況下，粉煤灰含量高的級配改善試件的溫縮性能較明顯。聚酯纖維有助于提高二灰材料的溫縮性能，但以摻量為1‰左右時，表現(xiàn)出的效果最佳。

關(guān)鍵詞：聚酯纖維；二灰穩(wěn)定碎石；溫度應(yīng)力；溫縮系數(shù)

中圖分類號：U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）08-076-01

石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石（二灰穩(wěn)定碎石）是常用的半剛性基層材料，由于具有優(yōu)良的路用性能，因此其常作為瀝青和水泥混凝土路面的基層[1-2]。國內(nèi)外的研究表明，半剛性材料長期受溫度應(yīng)力作用熱脹冷縮易產(chǎn)生溫縮裂縫，嚴(yán)重時，甚至?xí)U(kuò)散至道面面層形成反射裂縫，縮短道面的使用壽命。因此，對二灰碎石的溫縮特性進(jìn)行深入地研究具有十分重要的意義。纖維作為一種阻裂增韌的材料已在混凝土工程中廣泛應(yīng)用，基于此，本文提出在二灰穩(wěn)定碎石中摻加纖維的方法，以期起到改善二灰穩(wěn)定碎石基層溫縮性能的目的。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)過程

1.1 主要原料

1.1.1 水泥

試驗(yàn)采用的水泥為標(biāo)號為42.5#普通硅酸鹽水泥，試驗(yàn)前對其各項(xiàng)指標(biāo)復(fù)測，滿足試驗(yàn)要求。

1.1.2 石灰

本文選用的石灰為經(jīng)充分消解和干燥的Ⅲ級鈣質(zhì)消石灰，試驗(yàn)前過0.15mm篩處理，去除雜質(zhì)。有效鈣鎂含量為58.7%，含水量為2.1%。

1.1.3 粉煤灰

此次用于試驗(yàn)的粉煤灰經(jīng)檢測，氧化物含量為88.62%、燒失量為5.68%、比表面積為338m2/kg，滿足我國《公路路面基層技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）要求。

1.1.4 碎石

本次試驗(yàn)采用的是石灰?guī)r碎石，由3種粒徑范圍的骨料組成，最大粒徑為30mm，粒徑小于2.5mm的集料用細(xì)砂代替，壓碎值為20.7%，經(jīng)確認(rèn)表面無粘附泥土。

1.1.5 纖維

試驗(yàn)所用的纖維為泰安路達(dá)工程材料有限公司生產(chǎn)的單絲狀聚酯纖維。

1.2 試件制作與試驗(yàn)方法

1.2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

在確定的配合比基礎(chǔ)上，通過擊實(shí)試驗(yàn)測試出在3種不同配合比下的二灰碎石基層材料的最大干密度和最佳含水量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，纖維的摻入對最大干密度和最佳含水率影響很小，可忽略不計(jì)。

1.2.2 溫縮試驗(yàn)[3]

本試驗(yàn)采用應(yīng)變片電測法。首先將試件放入溫度為105℃的烘箱中烘干12h，清理試件表面后在兩側(cè)貼應(yīng)變片，并用502膠水粘結(jié)密封防水。材料試驗(yàn)箱的初始溫度設(shè)為40℃，通過資料分析，當(dāng)恒溫3h之后，試件內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定。數(shù)據(jù)由應(yīng)變儀通過計(jì)算機(jī)自動采集。溫度控制程序中，設(shè)定以10℃的降溫幅度進(jìn)行降溫，降溫速率為1℃/min，除在初始溫度40℃恒溫3h以外，每降10℃后恒溫2h。在恒溫時間結(jié)束前的5min內(nèi)對該恒溫段的應(yīng)變值記錄數(shù)據(jù)，然后再往下一目標(biāo)溫度降溫，直至降溫曲線繪制完畢結(jié)束試驗(yàn)。

采用平均溫縮系數(shù)來衡量二灰碎石的溫縮性能，溫縮系數(shù)可按以下公式計(jì)算：

式中：l為試件的長度，即400mm；△li為溫度變化時，試件的溫縮量；αt為二灰碎石的平均溫縮系數(shù)； ti和ti+1分別為相鄰兩個恒溫段的溫度值；εi 和εi+1分別為溫度ti和ti+1時試件的溫縮應(yīng)變值；βs為補(bǔ)償片的線膨脹系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同級配對二灰穩(wěn)定碎石溫縮特性的影響

針對不同的養(yǎng)護(hù)齡期會對材料的溫縮特性產(chǎn)生影響，本節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均是在28d齡期時測定的。由溫縮系數(shù)與溫度區(qū)間的關(guān)系可以看出：3種不同配合比的混合料的溫縮系數(shù)均隨著溫度的降低而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在-10～0℃時達(dá)到峰值。根據(jù)各溫度區(qū)間的溫縮系數(shù)αt，計(jì)算出了3種級配的二灰穩(wěn)定碎石材料在溫段（-30～40℃）中的平均溫縮系數(shù)分別為8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以級配Ⅲ的平均溫縮系數(shù)最小，溫縮性能最佳。

2.2 纖維體積摻量對二灰穩(wěn)定碎石溫縮應(yīng)變的影響

聚酯纖維以0.5‰、1.0‰、1.5‰、和2.0‰四種不同的體積摻量加入到二灰混合料中，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以每個溫度區(qū)間的中值代表該溫度區(qū)間，做出了二灰碎石材料的溫縮應(yīng)變與溫度區(qū)間的關(guān)系曲線圖，如圖1所示。下面以級配Ⅲ、齡期28d為例說明。

從圖1中可以看出：無論摻入纖維與否，試件的溫應(yīng)變均隨著溫度的不斷降低而增大，并且在試驗(yàn)初期（20～40℃左右），此時試件的溫縮應(yīng)變增長幅度較小，到-10～20℃溫度區(qū)間時，溫縮應(yīng)變增長迅速、幅度加劇，當(dāng)溫度到達(dá)-30～-10℃區(qū)間內(nèi)溫縮變形明顯減緩。

3 結(jié)語

不同的材料級配對二灰穩(wěn)定碎石基層的溫縮性能有一定程度的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)處理，3種級配的二灰穩(wěn)定碎石材料在溫段（-30～40℃）中的平均溫縮系數(shù)分別為8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以級配Ⅲ的平均溫縮系數(shù)最小，溫縮性能最佳。

隨著聚酯纖維體積摻量的增大，試件的溫縮應(yīng)變較素二灰碎石有所降低。當(dāng)聚酯纖維摻量在1‰范圍內(nèi)，對溫縮應(yīng)變的影響比較明顯，特別是在低溫區(qū)間內(nèi)有較大幅度的降低；但纖維體積超過1‰，對溫縮應(yīng)變影響減弱，溫縮形變有所緩和。

二灰穩(wěn)定碎石溫縮系數(shù)在試驗(yàn)溫度區(qū)間（-30～40℃）內(nèi)隨著溫度降低呈現(xiàn)先增大后減小的態(tài)勢，且在（-10～0℃）溫度區(qū)間中溫縮系數(shù)達(dá)到最大?；鶎邮┕ぶ校?10～0℃溫度區(qū)間的溫度收縮系數(shù)來評價(jià)基層材料的溫縮性能較為合理。