水泥漿取代細集料對路面性能影響的評價

安改俊

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

本文試驗分為3組（均為統(tǒng)一制成的標準馬歇爾試件），分別在瀝青碎石的基礎(chǔ)上添加細集料和灌入水泥膠漿，通過車轍試驗，間接拉伸試驗對比3組材料的動穩(wěn)定度和劈裂參數(shù)，從而評價水泥和細集料對路面性能的影響，為道路施工選材提供參考。

1 材料選擇

粗集料統(tǒng)一選擇粒徑9.5～13.2 mm石灰?guī)r，瀝青選用國產(chǎn)基質(zhì)瀝青AH-70號，水泥膠漿為滿足流動性要求，配比在滿足力學強度等的基礎(chǔ)上加入粉煤灰，為水泥∶水∶粉煤灰=48.2∶35.3∶16.5[1]，細集料為防止粒徑干涉，能較好與粗集料形成密實骨架結(jié)構(gòu)，選用玄武巖石屑級配如表1。

表1 玄武巖石屑級配圖

2 對比分組

2.1 分組制備試件

選取粒徑9.5～13.2 mm粗集料與瀝青拌合制備瀝青碎石混合料不灌漿作為參照組1，油石比為2.5%，制備標準馬歇爾試件，在此基礎(chǔ)上，添加本文指定級配細集料并加入相應(yīng)瀝青制備瀝青混凝土，配合比為：粗集料∶細集料∶瀝青=83.6∶13.6∶2.8，作為對比組1，在參照組1制備好碎石混合料后，灌入147.5 g水泥漿，用振蕩器震蕩均勻，作為對比組2。

2.2 理論灌漿量與實際值比較

通過試驗結(jié)合計算得出連通空隙率為19.6%，結(jié)合公式：理論灌漿質(zhì)量=試件體積×連通空隙率×砂漿密度（1.83 g/cm3）[2-3]，算出理論灌漿量152.6 g，與實際灌漿量對比相差 152.6-147.5=5.1 g/152.6 g=3.34%，說明灌漿量符合預(yù)期。

3 試驗研究

3.1 車轍試驗

在評價瀝青混合料高溫性能可以從材料抗剪切應(yīng)變切入，常用的有簡單剪切試驗或單軸和三軸試驗。這是從車轍產(chǎn)生的力學機理角度來評價的，但目前國內(nèi)常用的還是車轍試驗來評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。

3.1.1 試驗概況

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對于高速公路、一般公路的表面層和中間層的瀝青混凝土作配合比設(shè)計時，應(yīng)進行車轍試驗，以檢驗瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性。由于水泥漿灌入瀝青碎石，但材料整體仍偏向柔性，故可以按此規(guī)定用車轍試驗分析高溫穩(wěn)定性能。

動穩(wěn)定度作為瀝青混合料抗車轍能力的指標，是通過某個時間段內(nèi)瀝青混合料變形曲線的斜率計算，現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定為45～60 min。從車轍試驗記錄儀自動記錄的變形曲線上讀取45 min及60 min的車轍變形，并按式計算。瀝青混合料的車轍試驗是在規(guī)定尺寸的板塊狀壓實試件上，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。試驗方法和步驟見《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》。

3.1.2 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表2、圖1所示。

表2 試件車轍深度（mm）與動穩(wěn)定度結(jié)果表

圖1 車轍深度折線圖

3.1.3 試驗結(jié)果分析

a）從以上3種材料的車轍深度和動穩(wěn)定度來看，不加細集料不灌漿的試件車轍深度最大，加入細集料的次之，水泥灌漿半柔性混合料的車轍深度最小，動穩(wěn)定度也最大，所以數(shù)據(jù)得出三者的高溫穩(wěn)定性水泥灌漿瀝青碎石大于填入細集料的瀝青混凝土大于不加細集料的瀝青碎石。

b）加入細集料使瀝青碎石混合料更密實，空隙率更小，能在一定程度提高整體的抗車轍能力，但是效果明顯沒有灌入水泥的瀝青碎石好，加入了水泥漿，使整體結(jié)構(gòu)剛性大大增加，抵抗剪切變形的能力隨之增強，所以得出此結(jié)果在預(yù)料中。

3.2 間接拉伸試驗

常用以評價瀝青混合料低溫抗裂性能的方法有間接拉伸試驗和蠕變彎曲試驗，對于蠕變彎曲試驗，制成標準試件在0℃下進行。試驗完成可得蠕變彎曲曲線，該曲線分為蠕變遷移，蠕變穩(wěn)定和蠕變破壞3個階段，根據(jù)蠕變穩(wěn)定階段在t2～t1對應(yīng)的蠕動變形可得蠕變速率，該指標可評價混合料的低溫穩(wěn)定性。本文采用間接拉伸試驗比選混合料低溫穩(wěn)定性好壞[1-2]。

3.2.1 試驗概況

加載條加靜載于圓柱形試件的軸向，試件按一定的變形速率加載，施加的壓縮荷載，垂直、水平變形通過LVDT得到，從而可獲得瀝青混合料劈裂強度和變形數(shù)據(jù)。本實驗試驗溫度控制在10℃。

試件尺寸采用標準馬歇爾試件尺寸，即直徑101.6 mm，高度 63.5 mm，條寬度為 12.7 mm，加載速率采用1 mm/min。泊松比μ取值0.25，劈裂抗拉強度RT，破壞拉伸應(yīng)變εT及破壞勁度模量ST按式（1）～式（3）計算。

3.2.2 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果見表3、圖2。

表3 試件間接拉伸試驗參數(shù)結(jié)果表

圖2 間接拉伸結(jié)果柱狀圖

3.2.3 實驗數(shù)據(jù)分析

無論是劈裂抗拉強度，還是破壞拉伸應(yīng)變和破壞勁度模量，從圖2、表3都可以看出灌漿水泥瀝青具有優(yōu)勢，比加入細集料的瀝青混凝土劈裂強度高0.56 MPa，破壞拉伸應(yīng)變的勁度模量也都高很多，所以綜合來看灌漿水泥瀝青混合料低溫抗裂性能遠遠優(yōu)于瀝青混凝土。

4 結(jié)論

a）本文選擇單一級配礦料，油石比2.5%，制成瀝青碎石混合料，通過密度試驗混合料孔隙率為21.5%，有效空隙率19.6%。理論灌漿量為152.6 g，實際灌漿量為147.5 g，比較得出相差僅為約3%，說明理論灌漿公式可行，可以用來指導(dǎo)施工。

b）高溫穩(wěn)定性水泥灌漿瀝青碎石大于填入細集料的瀝青混凝土大于不加細集料的瀝青碎石。

c）灌漿水泥瀝青混合料低溫抗裂性能遠遠優(yōu)于瀝青混凝土。其劈裂抗拉強度、破壞拉伸應(yīng)變、破壞勁度模量均高于瀝青混合料。