粉煤灰對水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響研究

■張培峰 ■中交集團(tuán)第二公路工程局華盟公司，陜西 西安 710065

水泥穩(wěn)定碎石是水泥穩(wěn)定土的典型代表，利用水泥作結(jié)合料，在一定含水量條件下，和級配碎石拌合、攤鋪、碾壓并養(yǎng)生形成的一種材料，是目前高等級公路最常用的基層形式。水泥穩(wěn)定碎石具有良好的力學(xué)性能，強(qiáng)度高、整體性好、水穩(wěn)定性強(qiáng)、抗行車疲勞性能好，同時具有施工速度快、造價低等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛的使用。但其本身也具有施工難度大、早期強(qiáng)度低、容易出現(xiàn)干縮裂縫等缺點(diǎn)，國內(nèi)不少學(xué)者對如何提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性進(jìn)行了廣泛的研究［1-3］，參加粉煤灰就是改善水泥穩(wěn)定碎石抗裂性的重要措施之一［4-6］。本文通過粉煤灰數(shù)量的變化，研究了粉煤灰摻量對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、最佳含水量的影響。

1 原材料

水泥:秦嶺牌PO32.5 普通硅酸鹽水泥，陜西耀縣水泥廠，基本性能見表1。

集料:集料級配是在規(guī)范允許范圍的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往實(shí)際工程經(jīng)驗，同時考慮水泥穩(wěn)定碎石的收縮變形和關(guān)鍵篩孔通過率的情況下確定的。具體數(shù)據(jù)見表2

水:自來水

2 研究方法

本文在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上，通過粉煤灰摻量的變化，研究無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和最佳含水量的變化規(guī)律，確定粉煤灰的最佳摻量。在此基礎(chǔ)上，通過對齡期的研究，反映強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律。采用靜壓成型法成型，每組6 個試件，按照規(guī)范要求脫模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6 天，然后保水24 小時，在路面材料強(qiáng)度儀上進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 粉煤灰摻量對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上，分別摻入不同粉煤灰摻量制作無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，粉煤灰摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，強(qiáng)度變化規(guī)律如圖1 所示:

圖1 粉煤灰摻量對強(qiáng)度的影響

由圖1 可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加，7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也隨之降低，說明粉煤灰對水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度有不利影響，粉煤灰摻量越大，不利影響越明顯。究其原因，主要是由于粉煤灰的摻入增加了細(xì)集料的比例，造成了整個結(jié)合料級配的變化，降低了級配碎石的嵌擠作用。另外，由于粉煤灰表面致密且光滑，大部分都是以圓形顆粒存在，降低了結(jié)合料的摩阻力，從而造成了7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低。同時，粉煤灰具有延緩水泥水化的作用，摻量越大，延緩作用越明顯，因此表現(xiàn)出隨著摻量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不斷減小。當(dāng)粉煤灰摻量超過9%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于4.0MPa，已經(jīng)不符合規(guī)范要求了，所以粉煤灰摻量最好在9%左右。

3.2 粉煤灰摻量對最佳含水量的影響

在級配和水泥劑量固定的基礎(chǔ)上，分別摻入不同粉煤灰摻量做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗，確定不同摻量情況下的最佳含水量，分析粉煤灰摻量變化對最佳含水量的影響。粉煤灰摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，最佳含水量變化規(guī)律如圖2 所示:

圖2 粉煤灰摻量對最佳含水量的影響

由圖2 可以看出，隨著粉煤灰含量的增加，最佳含水量也在不斷增加，整個曲線圖中，只有含量從3%到6%變化的時候增長的速率稍微降低一些，其他含量情況下兩者幾乎成線性關(guān)系。

綜合上述兩個實(shí)驗的結(jié)論，在粉煤灰摻量9%，含水量7.5%時制作水泥穩(wěn)定碎石，通過養(yǎng)護(hù)齡期的變化，研究粉煤灰和含水量一定時，強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律。具體實(shí)驗數(shù)據(jù)如圖3 所示:

圖3 齡期對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3 可以看出，隨著齡期的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也在增加，早期強(qiáng)度增加快，后期強(qiáng)度增加慢。7d 到28d 時，抗壓強(qiáng)度從4.4MPa 增加到6.5MPa，增加了1.5 倍;從28d 到90d，雖然時間增加了兩個月，抗壓強(qiáng)度從6.5MPa 增加到7.6MPa，增加了1.2 倍，增加的速率遠(yuǎn)小于初期;而從90d 到180d 的時候，抗壓強(qiáng)度僅僅從7.6MPa 增加到8.2MPa。這是因為粉煤灰在水泥穩(wěn)定碎石中起到兩個方面作用，一是填充作用，二是火山灰效應(yīng)。從無機(jī)結(jié)合料開始攪拌到14d，粉煤灰只起到填充作用，水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度主要依靠水泥的水化強(qiáng)度;隨著齡期的增加，粉煤灰開始慢慢水化，和水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，形成可以增加強(qiáng)度的膠體，時間越長，形成的膠體越多，從而提高了水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。但是到了90d 以后，由于水泥水化產(chǎn)物的不斷減少，二次反應(yīng)也逐漸減少，所以強(qiáng)度增加就慢慢變得緩慢。

4 結(jié)論

通過以上圖表和實(shí)驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論:(1)粉煤灰摻量對水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)的影響明顯，隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸降低。(2)粉煤灰摻量和最佳含水量成正比關(guān)系，隨著粉煤灰摻量的增加，最佳含水量逐漸增加。(3)在粉煤灰摻量和含水量固定的條件下，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增加而增加，早期增長速率高，后期增長速率低。

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