聚酯纖維對(duì)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

（1.中國人民解放軍空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場(chǎng)工程與保障系，江蘇 徐州 221000；2.中國人民解放軍95996部隊(duì)，北京 102402）

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(shí)，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(duì)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(hào)為42.5#普通硅酸鹽水泥，試驗(yàn)前對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)復(fù)測(cè)，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(jí)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(cè)，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(cè)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(duì)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(cè)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(dòng)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(shí)間結(jié)束前的5min內(nèi)對(duì)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(shí)，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(gè)恒溫段的溫度值；εi和εi+1分別為溫度ti和ti+1時(shí)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(jí)配對(duì)二灰穩(wěn)定碎石溫縮特性的影響

針對(duì)不同的養(yǎng)護(hù)齡期會(huì)對(duì)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(shí)測(cè)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(shì)，在-10～0℃時(shí)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(jí)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(jí)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(duì)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(gè)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(jí)配Ⅲ、齡期28d為例說明。

圖1 不同纖維摻量的二灰碎石材料的溫縮應(yīng)變的變化

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(shí)試件的溫縮應(yīng)變?cè)鲩L幅度較小，到-10～20℃溫度區(qū)間時(shí)，溫縮應(yīng)變?cè)鲩L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(jí)配對(duì)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(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(shì)，且在（-10～0℃）溫度區(qū)間中溫縮系數(shù)達(dá)到最大。基層施工中，以-10～0℃溫度區(qū)間的溫度收縮系數(shù)來評(píng)價(jià)基層材料的溫縮性能較為合理。