減水劑和粉煤灰對骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的影響

張桂霞 張博

【摘 要】在本文中，對分別摻加減水劑和粉煤灰的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石以及同時摻加減水劑和粉煤灰的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的易密性進(jìn)行了研究。首先總結(jié)了目前國內(nèi)評價材料易密性的指標(biāo)，并在已有評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上提出了新的評價水泥穩(wěn)定碎石材料易密性的指標(biāo)——最大干密度（振動擊實(shí)試驗(yàn)）和振動成型時間（振動成型試驗(yàn)）。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加減水劑和粉煤灰都可以改善骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的易密性，復(fù)合摻加減水劑和粉煤灰時，對水泥穩(wěn)定碎石易密性的改善效果更好。

【關(guān)鍵詞】易密性；振動成型時間；水泥穩(wěn)定碎石；最大干密度

0.引言

室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石材料在力學(xué)性能、抗凍性能、抗沖刷性能、抗裂性能及抗疲勞性能等方面都比其他結(jié)構(gòu)類型的水泥穩(wěn)定碎石更有優(yōu)勢。因此，已成為我國路面基層的主要材料。在骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石中，粗集料含量較多，因此壓實(shí)比較困難。同時，由于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石中粗集料含量較大，粗集料的重力大，在施工拌和、儲存、運(yùn)輸和攤鋪過程中粗集料容易集中，極易出現(xiàn)粗細(xì)集料離析現(xiàn)象。集料離析會加劇壓實(shí)不充分的問題，造成基層局部強(qiáng)度不足，在反復(fù)行車荷載作用下，路面易出現(xiàn)早期破壞。本文從摻加外加劑的角度考慮，研究摻加減水劑和粉煤灰對骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的影響。

1.易密性評價指標(biāo)的提出

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50—2006）規(guī)定，水泥穩(wěn)定碎石混合料宜采用振動成型方法，因此，評價骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的指標(biāo)，必須是建立在振動擊實(shí)試驗(yàn)或者振動成型試驗(yàn)基礎(chǔ)上的。

目前，振動壓路機(jī)在公路施工中被廣泛采用，而室內(nèi)試驗(yàn)則多用振動壓實(shí)儀。用振動壓實(shí)儀對材料進(jìn)行振動壓實(shí)時，一般都要經(jīng)過三個階段：（1）在剛開始振動時，被壓材料密實(shí)度很低，在振動過程中材料顆粒之間發(fā)生相對移動，并相互填充空隙，此時，振動壓實(shí)儀與被壓材料緊密接觸，振動壓頭的振幅較小，機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行；（2）伴隨著振動過程，被壓材料顆粒間距越來越小，密實(shí)度逐漸增大，振動壓頭在振動過程同樣與被壓材料保持緊密接觸，但此時振動壓頭的振幅增大；（3）當(dāng)振動進(jìn)行了一定時間后，振動壓頭開始出現(xiàn)無規(guī)律的回彈跳起，表明被壓材料已經(jīng)達(dá)到了最大的密實(shí)度，不能再被繼續(xù)壓實(shí)，如果繼續(xù)進(jìn)行振動壓實(shí)，不僅會將已經(jīng)達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)的材料振松，振動壓頭還會將集料砸碎，從而改變混合料的級配。因此，目前室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場施工過程中都是在振動壓實(shí)儀的壓頭或者振動壓路機(jī)的振動輪出現(xiàn)無規(guī)律回彈跳起時就立即停機(jī)。將“機(jī)器開動到出現(xiàn)振動壓實(shí)儀壓頭出現(xiàn)無規(guī)律回彈跳起的時間”稱為“振動成型時間”。振動成型時間越短，表示被壓材料達(dá)到最大密實(shí)度所需要的壓實(shí)功越小，被壓材料越容易達(dá)到密實(shí)。

因此，本文中提出用振動成型方法成型試件時的振動成型時間（從開動機(jī)器到振動壓實(shí)儀壓頭出現(xiàn)無規(guī)律劇烈跳起的時間間隔）作為評價骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的指標(biāo)。但要注意的是，在試件成型過程中，要經(jīng)歷混合料的拌和、裝模、搗實(shí)等過程，造成振動成型時間存在一定的差異性。因此，在測定同一種水泥穩(wěn)定碎石的振動成型時間時，至少要做6組平行試驗(yàn)，當(dāng)6個試件振動成型時間的變異系數(shù)小于20%時，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。如果變異系數(shù)大于20%，應(yīng)追加試驗(yàn)組數(shù)，直到各個試件的振動成型時間的變異系數(shù)小于20%為止。

此外，本文也借鑒黃煜鑌[2]等人的研究方法，采用振動擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度作為評價骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的指標(biāo)。

2.原材料性質(zhì)及混合料配合比

本文試驗(yàn)所用的水泥是陜西耀縣水泥廠生產(chǎn)的秦嶺牌水泥，強(qiáng)度等級為42.5。在本文中水泥摻量為4.5%。

本文采用的減水劑為CT高效減水劑，摻量為1.0%。

本文采用的粉煤灰來自河南鄭州發(fā)電廠。

本試驗(yàn)所用的石料采用陜西臨撞蓮花寺石料廠的石灰?guī)r，分為四種規(guī)格：30～15mm，20～10mm，10～5mm，5～0mm，分別稱為1#、2#、3#、4#料。本文采用的是連續(xù)級配骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，參考（JTGD50-2006）《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定類半剛性基層的級配范圍中線，將四檔料按1#：2#：3#：4#=0.33：0.24：0.23：0.2的比例（質(zhì)量比）進(jìn)行配比?；旌狭辖M成和編號如表1。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

為了研究減水劑和粉煤灰對骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石混合料最大干密度的影響，對表4中的4種不同外加劑摻量的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行了振動擊實(shí)試驗(yàn)，振動壓實(shí)儀的參數(shù)設(shè)置為：上車配重為3塊、下車配重為6塊，偏心塊夾角為60。，靜壓力為104MPa，振動頻率為28.1Hz，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

根據(jù)振動擊實(shí)試驗(yàn)得出的最佳含水量和最大干密度進(jìn)行振動成型試驗(yàn)，振動壓實(shí)儀的參數(shù)設(shè)置與進(jìn)行振動擊實(shí)試驗(yàn)時相同，得出的試驗(yàn)結(jié)果如表3。

由表2可以看出，與不摻加外加劑的水泥穩(wěn)定碎石相比，單獨(dú)摻加CT高效減水劑和粉煤灰時，都提高了骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的最大干密度，說明分別摻加CT高效減水劑和粉煤灰都改善了骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石基層的易密性。當(dāng)同時摻加CT高效減水劑和粉煤灰時，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的最大干密度得到大幅度提高，說明同時摻加減水劑和粉煤灰后，其改善水泥穩(wěn)定碎石基層易密性的效果得到疊加。

從表3可以看出，單獨(dú)摻加CT高效減水劑和粉煤灰時，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的振動成型時間較不摻加外加劑的水泥穩(wěn)定碎石縮短了，說明從振動成型時間的角度看，摻加CT高效減水劑或粉煤灰都能改善骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石基層的易密性。同時摻加減水劑和粉煤灰時，振動成型時間更短，說明復(fù)合摻加減水劑和粉煤灰時，減水劑和粉煤灰改善骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的效果得到疊加。

4.結(jié)論

（1）提出適宜評價骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石材料易密性的指標(biāo)——最大干密度（振動擊實(shí)試驗(yàn)）和振動成型時間（振動成型試驗(yàn)）。

（2）通過室內(nèi)試驗(yàn)證明，無論以最大干密度還是以振動成型時間作為評價易密性的指標(biāo)，單獨(dú)摻加減水劑或粉煤灰能改善骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石的易密性；而同時摻加減水劑和粉煤灰，水泥穩(wěn)定碎石的最大干密度較不摻和單摻減水劑或粉煤灰時都有提高，而振動成型時間都縮短，說明減水劑和粉煤灰對骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石易密性的改善效果得到疊加。

【參考文獻(xiàn)】

[1]肖常青.半剛性基層材料易壓實(shí)性研究.公路與汽運(yùn)，2005（107）.

[2]黃煜鑌，呂偉民，徐建達(dá).減水劑對水泥穩(wěn)定碎石物理力學(xué)性能的影響.建筑材料學(xué)報，2005（3）.