不同摻量粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石基層綜合路用性能分析

王 敏

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌712100)

水泥穩(wěn)定類和石灰粉煤灰穩(wěn)定類半剛性材料常用于道路基層與底層。水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)雖然早期強(qiáng)度較高，但是后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，抗裂性能差;石灰粉煤灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)早期強(qiáng)度低，優(yōu)質(zhì)石灰匱乏、消解難度大。日益凸顯的缺點(diǎn)制約著這兩類結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用，為克服原有結(jié)構(gòu)的缺陷，提高強(qiáng)度、降低成本、改善路用性能，通過摻入粉煤灰對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行改性已成為研究的重點(diǎn)之一。粉煤灰蘊(yùn)藏量豐富，成本低廉，后期強(qiáng)度高、整體性能好，外摻粉煤灰可以改善和提高水泥穩(wěn)定碎石材料的綜合路用性能。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥采用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，碎石采用壓碎值為21.2%石灰?guī)r，其它指標(biāo)均符合要求。表1 和表2 分別列出水泥和粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)。

表1 水泥檢驗(yàn)結(jié)果

表2 粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)分析

1.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)選用級(jí)配A 和B 2 種均為骨架密實(shí)型級(jí)配集料，其中B 型選用的是《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50－2006)中推薦的骨架密實(shí)型，且B 級(jí)配空隙率比A 級(jí)配大，具體級(jí)配指標(biāo)見表3。

表3 外摻粉煤灰水穩(wěn)碎石混合料級(jí)配

2 力學(xué)性能研究

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同摻量粉煤灰的水穩(wěn)碎石混合料，經(jīng)試驗(yàn)分別測(cè)得7d、28d、90d 齡期所對(duì)應(yīng)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表4。分析試驗(yàn)結(jié)果可以得出:混合料的抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，初期增長(zhǎng)速度較快，強(qiáng)度大小接近，相同摻量的水泥穩(wěn)定碎石混合料的強(qiáng)度28d 后強(qiáng)度增長(zhǎng)變緩如圖1 所示。

表4 外摻粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

圖1 混合料不同齡期的抗壓強(qiáng)度

圖2 粉煤灰不同摻量對(duì)混合料抗壓強(qiáng)度的影響

粉煤灰摻量對(duì)水穩(wěn)碎石抗壓強(qiáng)度的影響如圖2。由圖2 可以看出，外摻粉煤灰摻量從3%增加至7%，A級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石混合料7d、28d、90d 抗壓強(qiáng)度也隨之增長(zhǎng)，但在粉煤灰摻量達(dá)到9%時(shí)，其中28d、90d的抗壓強(qiáng)度下降。B 級(jí)配混合料在粉煤灰摻量超過9.5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度也出現(xiàn)了下降趨勢(shì)?？梢?，在粉煤灰的摻量與混合料7d、28d、90d 的強(qiáng)度增長(zhǎng)之間，存在一個(gè)粉煤灰的最佳摻量值。經(jīng)分析，對(duì)于級(jí)配A 和B，粉煤灰最佳摻量分別約為7%和9.5%。

2.2 劈裂強(qiáng)度

劈裂強(qiáng)度通過對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土的間接抗彎拉試驗(yàn)方法(劈裂試驗(yàn))(T0806－94)參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行，采用不加載壓條的方式。不同摻量粉煤灰的4 種混合料在A 級(jí)配和B級(jí)配條件下，7d、28d、90d 劈裂強(qiáng)度結(jié)果及其變化規(guī)律見表5 和圖3。隨著粉煤灰摻量和剩余空隙率大小的變化，相同類型的級(jí)配混合料劈裂強(qiáng)度存在峰值，表明存在最佳粉煤灰用量范圍，對(duì)應(yīng)不同級(jí)配粉煤灰摻量范圍為7%～9.5%。水泥和粉煤灰比例相同的情況下，集料級(jí)配偏細(xì)、孔隙率較小時(shí)則劈裂強(qiáng)度較高。

表5 外摻粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石不同齡期的劈裂強(qiáng)度

圖3 粉煤灰摻量對(duì)混合料劈裂強(qiáng)度的影響

3 抗裂性能研究

3.1 試驗(yàn)方法

半剛性基層材料的抗裂性能從抗溫縮和抗干縮兩個(gè)方面來體現(xiàn)。測(cè)試試件采用10cm×10cm×40cm 中梁，溫度收縮試驗(yàn)采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，干燥收縮試驗(yàn)采用變態(tài)電阻應(yīng)變儀，精度較高，能達(dá)到10－6m。

溫度區(qū)間內(nèi)平均溫縮系數(shù)αti見式(1)。

干燥收縮系數(shù)指每單位含水量變化時(shí)的應(yīng)變值，干縮試驗(yàn)在高低溫烘箱中進(jìn)行，試件與溫縮試驗(yàn)所用試件相同。取每?jī)纱螠y(cè)定的含水量ωi、ωi+1及計(jì)算得出的應(yīng)變?chǔ)舏、εi+1，進(jìn)行計(jì)算可得αi見式(2)。

將αi近似認(rèn)為是在含水量ωi、ωi+1之間的干燥收縮系數(shù)，即用平均值代替真值。

3.2 外摻粉煤灰對(duì)水穩(wěn)碎石材料抗裂性能的影響

外摻粉煤灰水穩(wěn)碎石材料溫縮和干縮試驗(yàn)結(jié)果如表6。為進(jìn)行直觀的比較，用同樣的方法和條件測(cè)試水穩(wěn)碎石的干縮與溫縮系數(shù)如表7。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，可見外摻粉煤灰可以降低水穩(wěn)碎石材料的溫縮系數(shù)與干縮系數(shù)，增加半剛性材料的抗裂性能，使得半剛性基層瀝青路面的使用壽命得到延長(zhǎng)。

表6 外摻粉煤灰水穩(wěn)碎石的溫縮和干縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 水穩(wěn)碎石溫縮和干縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 外摻粉煤灰摻量對(duì)水穩(wěn)碎石材料抗裂性能的影響

2 種級(jí)配類型的混合料，平均溫縮系數(shù)達(dá)到最小，這就要求粉煤灰的用量存在最佳用量。A 級(jí)配混合料，粉煤灰的最佳摻量為7%，平均溫縮系數(shù)為9.74με/℃。當(dāng)粉煤灰劑摻量為3%時(shí)，平均溫縮系數(shù)為10.67με/℃，相比增長(zhǎng)了9.5%。粉煤灰摻量為9%時(shí)，平均溫縮系數(shù)為10.19με/℃，增長(zhǎng)了4.6%;B級(jí)配混合料，當(dāng)粉煤灰摻量為9.5%時(shí)，混合料的溫縮系數(shù)最小，為9.22με/℃。隨著粉煤灰的摻量的減少，平均溫縮系數(shù)逐漸增大，粉煤灰摻量為5.5%時(shí)，平均溫縮系數(shù)為10.34με/℃，增大12%，當(dāng)粉煤灰摻量超過10%，平均溫縮系數(shù)迅速增長(zhǎng)，為11.17，增大21%。因此，綜合考慮2 種級(jí)配類型混合料的溫縮，粉煤灰的推薦合理摻量為5%-9.5%。

A 級(jí)配和B 級(jí)配的干縮系數(shù)相差不大，集料級(jí)配對(duì)混合料的干縮系數(shù)的影響較小。粉煤灰顆粒填充于水泥漿體中水泥顆粒間空隙后，能使水泥漿的密實(shí)度明顯提高，硬化后水泥漿體的干縮明顯減少，降低混合料的開裂，提高了混合料的抗裂性能［4］。

4 結(jié) 論

通過對(duì)2 種級(jí)配混合料的力學(xué)性能和收縮性試驗(yàn)分析，不同摻量粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石雖然降低半剛性材料的強(qiáng)度，但是降低了水穩(wěn)碎石材料的溫縮與干縮系數(shù)，從而增強(qiáng)半剛性材料的抗裂性能，提高了綜合路用性能。針對(duì)骨架密實(shí)型級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石混合料，粉煤灰的推薦外摻量最佳為5%－9%。

［1］王穎.外摻粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石路用性能研究［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

［2］劉懷相.摻粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石路用性能的研究［J］.北方交通，2007，10:34-37.

［3］余峰，李永亮，楊紅輝.粉煤灰在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應(yīng)用［J］.中外公路，2004，04:150-152.

［4］胡建強(qiáng).外摻粉煤灰在水泥穩(wěn)定碎石中最佳值的探討［J］.北方交通，2010，02:18-19.