摻低溫超早強粉的水穩(wěn)基層路用性能研究

楊明艷

【摘要】本文依托高海拔常年低溫的西藏地區(qū)某國道大修工程，對摻加低溫超早強粉的水穩(wěn)碎石基層路用性能進行室內試驗研究。試驗結果表明，摻加低溫超早強粉的水穩(wěn)碎石基層抗壓強度、收縮性能、水穩(wěn)定性能及疲勞性能均得到了很大程度的提高，能夠滿足低溫地區(qū)對水穩(wěn)基層路用性能要求。

【關鍵詞】常年低溫；水穩(wěn)碎石基層；低溫超早強粉；路用性能

Study on the Pavement Performance of Cement-stabilized Base with Low-temperature Super Early-strength Agent

Yang Ming-yan

（PingdingshanJiaYang Road and Engineering Co. Ltd Pingdingshan Henan 467000）

【Abstract】Based on the testing section of a certain maintenance project of a state road in Tibet where the temperature is perennially low and the latitude is high， a set of laboratory experiments were carried out to validate the pavement performance of cement-stabilized macadam base which the low-temperature super early-strength agent was added. The results showed that adding low-temperature super early-strength agent greatly improved the compressive strength， shrinkage properties， water stability and fatigue properties of the base， making it meet the requirements for pavement performance in low temperature areas.

【Key words】Perennially low temperature；Cement-stabilized macadam base；Low-temperature super early-strength agent；Pavement performance

對于高海拔常年低溫的西藏地區(qū)，水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑完成后需養(yǎng)生10～15天才能取出完整芯樣，即早期強度形成慢，影響后續(xù)瀝青面層的連續(xù)鋪筑；同時，隨著水穩(wěn)基層在低溫條件下暴露的時間越長，其因收縮造成開裂嚴重，后續(xù)鋪筑瀝青混凝土后的反射裂縫較多^[1]。為此，本文依托西藏地區(qū)某國道大修工程，在水泥穩(wěn)定基層中添加了一種MJ-低溫超早強粉，通過室內試驗分析MJ-低溫超早強粉對水泥穩(wěn)定碎石基層抗壓強度、收縮特性、水穩(wěn)定性及疲勞特性等路用性能的影響，以求解決低溫地區(qū)因水穩(wěn)基層強度形成較慢造成瀝青面層早期病害的問題，通過鋪筑試驗段的成功，證明了添加MJ-低溫超早強粉后的水穩(wěn)基層能夠滿足低溫地區(qū)對其路用性能的要求。

1. MJ-低溫超早強粉簡介

MJ-低溫超早強粉性狀為淺灰色細粉末，其主要的礦物成分為硅酸鈣、硫鋁酸鈣、鋁酸鈣和部分晶體^[2]。摻加后通過與水泥的反應，在短時間內能夠生成大量的水化鋁酸鈣、針狀的鈣礬石和纖維狀的水化硅酸鈣，填充于原先為水、孔隙所占的空間；同時，還能顯著降低水的冰點，增加水泥水化結晶晶胚的生成速度，降低表面能與液相粘度而增加成鍵比例等作用，使得水泥穩(wěn)定基層在低溫條件下早期強度迅速形成。

2. 摻低溫超早強粉的水穩(wěn)基層路用性能分析

2.1 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的抗壓強度。

2.1.1 現(xiàn)行的《公路路面基層施工技術規(guī)范》（JTJ034-2000）^[3]中對水泥穩(wěn)定碎石混合料應用于各級公路的抗壓強度指標就是7d無側限抗壓強度?？紤]到低溫超早強粉主要針對特殊低溫條件使用，水穩(wěn)基層選擇在-5℃低溫條件下進行保濕養(yǎng)生，并進行不同摻量的混合料無側限抗壓強度對比分析。試驗結果如表1及圖1所示。

2.1.2 由圖1可知：（1）在-5℃養(yǎng)生條件下，與未摻相比，摻入MJ-低溫超早強粉后水穩(wěn)基層抗壓強度大幅提高，混合料低溫早期強度形成過程明顯加快，主要原因在于MJ-低溫超早強粉降低了自由水冰點，減小了負溫對早期水泥水化反應的影響。同時，MJ-低溫超早強粉的活化成分加速了水化物的生成、結晶與凝結過程，使水泥石骨架快速形成。

（2）隨著低溫超早強粉摻量的增加，水穩(wěn)碎石抗壓強度也隨著增大，以3d為例，摻16%的抗壓強度較未摻加提高1.59倍，較摻加4%提高1.34倍，較摻加8%提高1.21倍，較摻加12%提高1.11倍。

2.2 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的抗收縮性能。

2.2.1 本次試驗是參照混凝土的干縮試驗方法，利用混凝土的測長儀器（精度0.0lmm）測量中梁失水收縮變形。將試件放在天然濕度下風干，室內溫度保持在18～22℃之間，觀測不同時間試件的重量和變形，直至含水量不再減小，試件體積基本不變?yōu)橹?。干縮試驗共持續(xù)28d，根據(jù)累計干縮應變按下式計算干縮系數(shù)α。

α=ε/ω

式中：α——干縮系數(shù)（10^-6m）；

ε——干縮應變（10^-6m）；endprint

ω——失水率（%）。

按照上述方法進行干縮試驗，所得試驗結果如表2和圖2～4。

2.2.2 從表2及圖2～4可知：

（1）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的干縮應變的變化規(guī)律很相似，都是隨著齡期的增長而增長，相同試驗齡期時，5種混合料中未摻的干縮應變最大，摻16%的最小其他的介于兩者之間。以齡期7d時為例，摻8%的干縮應變比摻16%的大37.7%，而未摻的比摻16%要大55.2%。

（2）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的失水量變化規(guī)律亦很相似，失水量都是隨時間的增長而增大，5種混合料中未摻的失水總量最大，摻16%的失水總量最小，其他的失水總量居中。以齡期為14d時為例，摻8%的失水量比摻16%的大36.9%，而未摻的比摻16%要大52.6%。

（3）水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮系數(shù)隨齡期的變化規(guī)律是：在試驗初期，干縮系數(shù)較大，隨著時間的增長而有所降低，在這5種材料中，摻16%的干縮系數(shù)最小，未摻的最大，其他介于兩者之間。說明低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

2.3 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的水穩(wěn)性能。

（1）進入路面結構層中的水能使含土多、土的塑性指數(shù)較大的基層或底基層材料的含水量增加，使強度大大降低，從而導致瀝青路面過早破壞。在低溫冰凍地區(qū)，這種水造成的危害更大。

（2）在路面材料性能研究中，常采用軟化系數(shù)來表示材料的耐水性。

C=R/Rω

式中：C——軟化系數(shù)；

R——飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）；

Rω——未飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）。

對每一個外加劑摻量的水泥穩(wěn)定碎石成型兩組平行試件，養(yǎng)生至規(guī)定齡期。在齡期最后一天，一組不浸水，一組浸水24h，測試它們的無側限抗壓強度。試驗結果如表3和圖5所示。

（3）與其他結合料穩(wěn)定碎石相比，水泥穩(wěn)定碎石的耐水性比較好。從表3和圖5中也可以看出，水泥穩(wěn)定碎石的軟化系數(shù)很高。各種摻量（包括未摻外加劑）的軟化系數(shù)都在0.98以上。通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高。

（4）因此，低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，而且在大多數(shù)情況下是有所幫助的。這主要是因為外加劑的摻入加速了水泥的水化產生很多的膠凝物質填充孔隙，改善水泥石的孔結構，使水泥穩(wěn)定碎石內部更密實，不利于水分的進入，也有利于強度增長，就相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

2.4 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的疲勞性能。

（1）本文采用控制應力的加載模式。施加應力的圖式為正弦波形，平行試驗誤差不大于20%。加載時環(huán)境溫度為10～20℃，加載誤差小于2%^[4]。

（2）試件采用靜壓法成型，尺寸為10cm×10cm×40cm的中梁，在20±2℃的保溫保濕養(yǎng)生90d，用于抗彎拉強度的試件與用于疲勞試驗的試件同批成型和養(yǎng)生。摻入低溫超早強粉的混合料疲勞性能對比試驗結果見表4。

（3）由試驗結果可見，摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能略有提高，其中在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯。摻低溫超早強粉，回歸參數(shù)值降低約12.8% ， 即疲勞曲線變緩， 說明混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低。從理論疲勞壽命值看，摻低溫超早強粉使混合料疲勞壽命隨應力比降低而增加的幅度和速率提高。同時，當混合料的理論疲勞壽命達到106次時對應的應力水平值在摻低溫超早強粉后略有提高。由此可得，摻低溫超早強粉對水泥穩(wěn)定碎石的彎拉疲勞性能整體影響不大，但在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。

（4）分析其機理作用可知，摻低溫超早強粉的水泥穩(wěn)定碎石，由于外加劑里摻加了表面活性劑，表面活性劑具有兩個基團而產生表面吸附能降低表面自由能和表面張力，并產生分散、濕潤、潤滑晶粒細化和起泡作用，可以使水泥水化更充分，水泥顆粒也能夠均勻的分散到碎石中去，減少水泥與集料界面缺陷的出現(xiàn)。另外，摻低溫超早強粉中還摻加了膨脹阻裂成分，這些都能改善水泥石的孔結構，降低孔隙率，使水泥石內部更密實，具有更高的強度和疲勞壽命。

3. 工程案例

本次試驗段選擇海拔高度在4000米以上新藏公路某段，具體的鋪筑方案、外加劑添加方法等如下。

3.1 摻加量的確定。

由于水泥在不同的環(huán)境溫度下的初終凝時間不同，摻加早強粉后原水泥的初凝時間有所縮短，為此在鋪筑試驗段之前，需要根據(jù)氣溫適當調整摻加的比例，通過變化不同摻加量，測定水泥的初凝時間，試驗結果最終確定摻加量與施工溫度的關系如下表5所示，試驗段施工時，施工溫度在0℃左右，故采用16%的添加量。

3.2 早強粉添加方法。

采用袋裝添加的方法進行添加，在水泥穩(wěn)定土拌合站的袋裝水泥上料口添加早強粉，水泥則通過

散裝水泥灌調價到拌合缸中，通過電腦控制將水泥和早強粉準確地添加到拌合缸中。

3.3 現(xiàn)場取芯結果。

（1）養(yǎng)生1天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生1d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果沒有取出芯樣。（外界溫度2℃）。

（2）養(yǎng)生2天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生2d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果全部取出斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（3）養(yǎng)生3天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果3個取出完整芯樣，1個斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（4）未摻有SES-I低溫早強劑養(yǎng)生的基層，養(yǎng)生7天，取芯數(shù)4個未取出完整芯樣。

取芯結果表明：在新藏公路該試驗段中，摻加16%早強粉后的水穩(wěn)基層，養(yǎng)生3天均可以滿足設計強度，并可取出芯樣，解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，因此該方案可在常年低溫地區(qū)水泥穩(wěn)定基層中推廣應用。

4. 結論

通過室內試驗的驗證，摻低溫超早粉的水穩(wěn)碎石基層路用性能得到了不同程度的提高，能夠滿足常年低溫的西藏地區(qū)公路工程應用，具體結論如下：

（1）在-5℃養(yǎng)生條件下，摻入MJ-低溫超早強粉后水穩(wěn)基層抗壓強度大幅提高，混合料低溫早期強度形成過程明顯加快，工程應用中3d能取出完整芯樣也證明了此點。同時隨著低溫超早強粉摻量的增加，水穩(wěn)碎石抗壓強度也隨著增大，但最佳摻量的確定需根據(jù)工程實際進一步確定。

（2）隨著低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

（3） 低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高，相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

（4）摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯，在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。而且混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低，具有更高的疲勞壽命。

（5）通過試驗段驗證，在常年低溫地區(qū)進行水穩(wěn)基層施工，通過添加低溫超早強粉，可以解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，值得該地區(qū)推廣應用。

參考文獻

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] JTJ034-2000，公路路面基層施工技術規(guī)范.

[3] JTJ E51-2009，公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程.endprint

ω——失水率（%）。

按照上述方法進行干縮試驗，所得試驗結果如表2和圖2～4。

2.2.2 從表2及圖2～4可知：

（1）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的干縮應變的變化規(guī)律很相似，都是隨著齡期的增長而增長，相同試驗齡期時，5種混合料中未摻的干縮應變最大，摻16%的最小其他的介于兩者之間。以齡期7d時為例，摻8%的干縮應變比摻16%的大37.7%，而未摻的比摻16%要大55.2%。

（2）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的失水量變化規(guī)律亦很相似，失水量都是隨時間的增長而增大，5種混合料中未摻的失水總量最大，摻16%的失水總量最小，其他的失水總量居中。以齡期為14d時為例，摻8%的失水量比摻16%的大36.9%，而未摻的比摻16%要大52.6%。

（3）水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮系數(shù)隨齡期的變化規(guī)律是：在試驗初期，干縮系數(shù)較大，隨著時間的增長而有所降低，在這5種材料中，摻16%的干縮系數(shù)最小，未摻的最大，其他介于兩者之間。說明低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

2.3 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的水穩(wěn)性能。

（1）進入路面結構層中的水能使含土多、土的塑性指數(shù)較大的基層或底基層材料的含水量增加，使強度大大降低，從而導致瀝青路面過早破壞。在低溫冰凍地區(qū)，這種水造成的危害更大。

（2）在路面材料性能研究中，常采用軟化系數(shù)來表示材料的耐水性。

C=R/Rω

式中：C——軟化系數(shù)；

R——飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）；

Rω——未飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）。

對每一個外加劑摻量的水泥穩(wěn)定碎石成型兩組平行試件，養(yǎng)生至規(guī)定齡期。在齡期最后一天，一組不浸水，一組浸水24h，測試它們的無側限抗壓強度。試驗結果如表3和圖5所示。

（3）與其他結合料穩(wěn)定碎石相比，水泥穩(wěn)定碎石的耐水性比較好。從表3和圖5中也可以看出，水泥穩(wěn)定碎石的軟化系數(shù)很高。各種摻量（包括未摻外加劑）的軟化系數(shù)都在0.98以上。通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高。

（4）因此，低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，而且在大多數(shù)情況下是有所幫助的。這主要是因為外加劑的摻入加速了水泥的水化產生很多的膠凝物質填充孔隙，改善水泥石的孔結構，使水泥穩(wěn)定碎石內部更密實，不利于水分的進入，也有利于強度增長，就相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

2.4 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的疲勞性能。

（1）本文采用控制應力的加載模式。施加應力的圖式為正弦波形，平行試驗誤差不大于20%。加載時環(huán)境溫度為10～20℃，加載誤差小于2%^[4]。

（2）試件采用靜壓法成型，尺寸為10cm×10cm×40cm的中梁，在20±2℃的保溫保濕養(yǎng)生90d，用于抗彎拉強度的試件與用于疲勞試驗的試件同批成型和養(yǎng)生。摻入低溫超早強粉的混合料疲勞性能對比試驗結果見表4。

（3）由試驗結果可見，摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能略有提高，其中在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯。摻低溫超早強粉，回歸參數(shù)值降低約12.8% ， 即疲勞曲線變緩， 說明混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低。從理論疲勞壽命值看，摻低溫超早強粉使混合料疲勞壽命隨應力比降低而增加的幅度和速率提高。同時，當混合料的理論疲勞壽命達到106次時對應的應力水平值在摻低溫超早強粉后略有提高。由此可得，摻低溫超早強粉對水泥穩(wěn)定碎石的彎拉疲勞性能整體影響不大，但在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。

（4）分析其機理作用可知，摻低溫超早強粉的水泥穩(wěn)定碎石，由于外加劑里摻加了表面活性劑，表面活性劑具有兩個基團而產生表面吸附能降低表面自由能和表面張力，并產生分散、濕潤、潤滑晶粒細化和起泡作用，可以使水泥水化更充分，水泥顆粒也能夠均勻的分散到碎石中去，減少水泥與集料界面缺陷的出現(xiàn)。另外，摻低溫超早強粉中還摻加了膨脹阻裂成分，這些都能改善水泥石的孔結構，降低孔隙率，使水泥石內部更密實，具有更高的強度和疲勞壽命。

3. 工程案例

本次試驗段選擇海拔高度在4000米以上新藏公路某段，具體的鋪筑方案、外加劑添加方法等如下。

3.1 摻加量的確定。

由于水泥在不同的環(huán)境溫度下的初終凝時間不同，摻加早強粉后原水泥的初凝時間有所縮短，為此在鋪筑試驗段之前，需要根據(jù)氣溫適當調整摻加的比例，通過變化不同摻加量，測定水泥的初凝時間，試驗結果最終確定摻加量與施工溫度的關系如下表5所示，試驗段施工時，施工溫度在0℃左右，故采用16%的添加量。

3.2 早強粉添加方法。

采用袋裝添加的方法進行添加，在水泥穩(wěn)定土拌合站的袋裝水泥上料口添加早強粉，水泥則通過

散裝水泥灌調價到拌合缸中，通過電腦控制將水泥和早強粉準確地添加到拌合缸中。

3.3 現(xiàn)場取芯結果。

（1）養(yǎng)生1天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生1d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果沒有取出芯樣。（外界溫度2℃）。

（2）養(yǎng)生2天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生2d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果全部取出斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（3）養(yǎng)生3天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果3個取出完整芯樣，1個斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（4）未摻有SES-I低溫早強劑養(yǎng)生的基層，養(yǎng)生7天，取芯數(shù)4個未取出完整芯樣。

取芯結果表明：在新藏公路該試驗段中，摻加16%早強粉后的水穩(wěn)基層，養(yǎng)生3天均可以滿足設計強度，并可取出芯樣，解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，因此該方案可在常年低溫地區(qū)水泥穩(wěn)定基層中推廣應用。

4. 結論

通過室內試驗的驗證，摻低溫超早粉的水穩(wěn)碎石基層路用性能得到了不同程度的提高，能夠滿足常年低溫的西藏地區(qū)公路工程應用，具體結論如下：

（1）在-5℃養(yǎng)生條件下，摻入MJ-低溫超早強粉后水穩(wěn)基層抗壓強度大幅提高，混合料低溫早期強度形成過程明顯加快，工程應用中3d能取出完整芯樣也證明了此點。同時隨著低溫超早強粉摻量的增加，水穩(wěn)碎石抗壓強度也隨著增大，但最佳摻量的確定需根據(jù)工程實際進一步確定。

（2）隨著低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

（3） 低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高，相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

（4）摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯，在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。而且混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低，具有更高的疲勞壽命。

（5）通過試驗段驗證，在常年低溫地區(qū)進行水穩(wěn)基層施工，通過添加低溫超早強粉，可以解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，值得該地區(qū)推廣應用。

參考文獻

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] JTJ034-2000，公路路面基層施工技術規(guī)范.

[3] JTJ E51-2009，公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程.endprint

ω——失水率（%）。

按照上述方法進行干縮試驗，所得試驗結果如表2和圖2～4。

2.2.2 從表2及圖2～4可知：

（1）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的干縮應變的變化規(guī)律很相似，都是隨著齡期的增長而增長，相同試驗齡期時，5種混合料中未摻的干縮應變最大，摻16%的最小其他的介于兩者之間。以齡期7d時為例，摻8%的干縮應變比摻16%的大37.7%，而未摻的比摻16%要大55.2%。

（2）摻與未摻外加劑的水泥穩(wěn)定碎石的失水量變化規(guī)律亦很相似，失水量都是隨時間的增長而增大，5種混合料中未摻的失水總量最大，摻16%的失水總量最小，其他的失水總量居中。以齡期為14d時為例，摻8%的失水量比摻16%的大36.9%，而未摻的比摻16%要大52.6%。

（3）水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮系數(shù)隨齡期的變化規(guī)律是：在試驗初期，干縮系數(shù)較大，隨著時間的增長而有所降低，在這5種材料中，摻16%的干縮系數(shù)最小，未摻的最大，其他介于兩者之間。說明低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

2.3 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的水穩(wěn)性能。

（1）進入路面結構層中的水能使含土多、土的塑性指數(shù)較大的基層或底基層材料的含水量增加，使強度大大降低，從而導致瀝青路面過早破壞。在低溫冰凍地區(qū)，這種水造成的危害更大。

（2）在路面材料性能研究中，常采用軟化系數(shù)來表示材料的耐水性。

C=R/Rω

式中：C——軟化系數(shù)；

R——飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）；

Rω——未飽水狀態(tài)下的無側限抗壓強度（MPa）。

對每一個外加劑摻量的水泥穩(wěn)定碎石成型兩組平行試件，養(yǎng)生至規(guī)定齡期。在齡期最后一天，一組不浸水，一組浸水24h，測試它們的無側限抗壓強度。試驗結果如表3和圖5所示。

（3）與其他結合料穩(wěn)定碎石相比，水泥穩(wěn)定碎石的耐水性比較好。從表3和圖5中也可以看出，水泥穩(wěn)定碎石的軟化系數(shù)很高。各種摻量（包括未摻外加劑）的軟化系數(shù)都在0.98以上。通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高。

（4）因此，低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，而且在大多數(shù)情況下是有所幫助的。這主要是因為外加劑的摻入加速了水泥的水化產生很多的膠凝物質填充孔隙，改善水泥石的孔結構，使水泥穩(wěn)定碎石內部更密實，不利于水分的進入，也有利于強度增長，就相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

2.4 摻低溫超早強粉水穩(wěn)基層的疲勞性能。

（1）本文采用控制應力的加載模式。施加應力的圖式為正弦波形，平行試驗誤差不大于20%。加載時環(huán)境溫度為10～20℃，加載誤差小于2%^[4]。

（2）試件采用靜壓法成型，尺寸為10cm×10cm×40cm的中梁，在20±2℃的保溫保濕養(yǎng)生90d，用于抗彎拉強度的試件與用于疲勞試驗的試件同批成型和養(yǎng)生。摻入低溫超早強粉的混合料疲勞性能對比試驗結果見表4。

（3）由試驗結果可見，摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能略有提高，其中在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯。摻低溫超早強粉，回歸參數(shù)值降低約12.8% ， 即疲勞曲線變緩， 說明混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低。從理論疲勞壽命值看，摻低溫超早強粉使混合料疲勞壽命隨應力比降低而增加的幅度和速率提高。同時，當混合料的理論疲勞壽命達到106次時對應的應力水平值在摻低溫超早強粉后略有提高。由此可得，摻低溫超早強粉對水泥穩(wěn)定碎石的彎拉疲勞性能整體影響不大，但在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。

（4）分析其機理作用可知，摻低溫超早強粉的水泥穩(wěn)定碎石，由于外加劑里摻加了表面活性劑，表面活性劑具有兩個基團而產生表面吸附能降低表面自由能和表面張力，并產生分散、濕潤、潤滑晶粒細化和起泡作用，可以使水泥水化更充分，水泥顆粒也能夠均勻的分散到碎石中去，減少水泥與集料界面缺陷的出現(xiàn)。另外，摻低溫超早強粉中還摻加了膨脹阻裂成分，這些都能改善水泥石的孔結構，降低孔隙率，使水泥石內部更密實，具有更高的強度和疲勞壽命。

3. 工程案例

本次試驗段選擇海拔高度在4000米以上新藏公路某段，具體的鋪筑方案、外加劑添加方法等如下。

3.1 摻加量的確定。

由于水泥在不同的環(huán)境溫度下的初終凝時間不同，摻加早強粉后原水泥的初凝時間有所縮短，為此在鋪筑試驗段之前，需要根據(jù)氣溫適當調整摻加的比例，通過變化不同摻加量，測定水泥的初凝時間，試驗結果最終確定摻加量與施工溫度的關系如下表5所示，試驗段施工時，施工溫度在0℃左右，故采用16%的添加量。

3.2 早強粉添加方法。

采用袋裝添加的方法進行添加，在水泥穩(wěn)定土拌合站的袋裝水泥上料口添加早強粉，水泥則通過

散裝水泥灌調價到拌合缸中，通過電腦控制將水泥和早強粉準確地添加到拌合缸中。

3.3 現(xiàn)場取芯結果。

（1）養(yǎng)生1天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生1d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果沒有取出芯樣。（外界溫度2℃）。

（2）養(yǎng)生2天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生2d后，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果全部取出斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（3）養(yǎng)生3天后取芯：摻加16%早強粉水穩(wěn)基層養(yǎng)生，進行現(xiàn)場取芯，取芯數(shù)4個，結果3個取出完整芯樣，1個斷裂芯樣。（外界溫度1℃）。

（4）未摻有SES-I低溫早強劑養(yǎng)生的基層，養(yǎng)生7天，取芯數(shù)4個未取出完整芯樣。

取芯結果表明：在新藏公路該試驗段中，摻加16%早強粉后的水穩(wěn)基層，養(yǎng)生3天均可以滿足設計強度，并可取出芯樣，解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，因此該方案可在常年低溫地區(qū)水泥穩(wěn)定基層中推廣應用。

4. 結論

通過室內試驗的驗證，摻低溫超早粉的水穩(wěn)碎石基層路用性能得到了不同程度的提高，能夠滿足常年低溫的西藏地區(qū)公路工程應用，具體結論如下：

（1）在-5℃養(yǎng)生條件下，摻入MJ-低溫超早強粉后水穩(wěn)基層抗壓強度大幅提高，混合料低溫早期強度形成過程明顯加快，工程應用中3d能取出完整芯樣也證明了此點。同時隨著低溫超早強粉摻量的增加，水穩(wěn)碎石抗壓強度也隨著增大，但最佳摻量的確定需根據(jù)工程實際進一步確定。

（2）隨著低溫超早強粉的加入能夠減小水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干燥收縮的能力。

（3） 低溫超早強粉的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的耐水性沒有不良影響，隨著摻量增加，軟化系數(shù)進一步提高，相應提高了水泥穩(wěn)定碎石的耐水性。

（4）摻低溫超早強粉后水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能在應力水平S小于0.8的低應力區(qū)提高比較明顯，在低應力水平作用范圍內可以延長使用壽命。而且混合料疲勞壽命隨應力變化的敏感程度降低，具有更高的疲勞壽命。

（5）通過試驗段驗證，在常年低溫地區(qū)進行水穩(wěn)基層施工，通過添加低溫超早強粉，可以解決水泥穩(wěn)定基層強度增長緩慢的問題，值得該地區(qū)推廣應用。

參考文獻

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