低溫條件下水泥激發(fā)劑對(duì)水穩(wěn)砂礫基層強(qiáng)度影響研究

摘 要：水泥穩(wěn)定砂礫混合料廣泛應(yīng)用于我國各類公路的基層或底基層，其強(qiáng)度是最重要的路用性能參數(shù)。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)分別研究了水泥劑量、水泥激發(fā)劑（GRJ）、砂礫集料的級(jí)配等三個(gè)因素對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥劑量是影響抗壓強(qiáng)度的主要因素，當(dāng)水泥劑量較低時(shí)（3%），摻加一個(gè)最佳劑量的GRJ后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度得到顯著提高；水泥穩(wěn)定級(jí)配砂礫混合料的強(qiáng)度要高于同劑量的水泥穩(wěn)定天然砂礫混合料，但增加值不大。

關(guān)鍵詞：低溫條件；水泥激發(fā)劑；水泥穩(wěn)定級(jí)配砂礫；水泥穩(wěn)定天然砂礫；抗壓強(qiáng)度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.044

0 引言

水泥穩(wěn)定砂礫混合料廣泛應(yīng)用于我國各類公路的基層或底基層，是半剛性基層材料的主要形式之一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為抗壓強(qiáng)度控制指標(biāo)，并作為施工控制指標(biāo)嚴(yán)格執(zhí)行[1]。并且水泥穩(wěn)定材料的強(qiáng)度與抗裂性能密切相關(guān)，大量研究表明[2]，水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度越高其產(chǎn)生干溫縮裂縫的可能性就越大，而低溫條件對(duì)強(qiáng)度和抗裂性能要求都較高，矛盾更為突出，因此本文將一種聚合物水泥激發(fā)劑用于確保低劑量水泥用量的水泥穩(wěn)定砂礫混合料強(qiáng)度，通過室內(nèi)試驗(yàn)分別研究了水泥劑量、水泥激發(fā)劑（GRJ）、砂礫集料的級(jí)配等三種因素對(duì)水泥穩(wěn)定砂礫混合料強(qiáng)度的影響，以期能緩解這種矛盾。

1 原材料性質(zhì)與集料級(jí)配

1.1 水泥和激發(fā)劑性能檢驗(yàn)

試驗(yàn)中的水泥主要采用青海大通水泥股份有限公司生產(chǎn)的水泥，試驗(yàn)結(jié)果表明所用水泥符合我國水泥技術(shù)規(guī)范的要求，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

水泥激發(fā)劑為一種新型的水溶性粘稠高分子添加劑，檢測結(jié)果如表 2所示。

1.2 集料性質(zhì)與級(jí)配

按規(guī)范[3]檢驗(yàn)集料的主要技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于粒徑小于0.6mm的顆粒，檢驗(yàn)其液限和塑性指數(shù)。集料的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表3所示。

集料級(jí)配是影響混合料性質(zhì)的重要因素，本次試驗(yàn)選取了兩種集料進(jìn)行試驗(yàn)，一種是天然砂礫集料，另一種是級(jí)配砂礫集料（粒徑37.5～2.36mm占75%，粒徑2.36～0.075mm占25%），兩種砂礫篩分結(jié)果見圖1。

2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

試驗(yàn)中水泥劑量取3.0%、4%、5.0%，當(dāng)水泥劑量為3%時(shí)，水泥激發(fā)劑摻量分別取水泥用量的0%、2%、6%、10%，采用課題組前期研究的結(jié)果，先加水泥后加水拌合[4]，經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)確定各類型試件最佳含水量和最大干密度后，進(jìn)行了7天和28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

由表4，表5可以看出：（1）隨著水泥劑量增大，水泥穩(wěn)定砂礫最佳含水量和最大干密度均有所增大。這是因?yàn)樗鄤┝吭酱?，水化作用需要的水就越多，水化后產(chǎn)生的膠結(jié)物越多，粘聚力越大，干密度越大。（2）隨著GRJ摻量的增加，最佳含水量降低，最大干密度增加，表明該水泥激發(fā)劑具備減水功能，也應(yīng)是強(qiáng)度增加的一個(gè)原因。

2.2 強(qiáng)度試驗(yàn)

（1）水泥劑量對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響。從圖2和圖3可以看出，隨著水泥劑量的增大，水泥穩(wěn)定天然砂礫混合料的強(qiáng)度越高，這是因?yàn)椋核鄤┝吭酱螅螽a(chǎn)生的膠結(jié)物越多，粘結(jié)力也越大；同時(shí)，集料之間的嵌擠作用隨著粘結(jié)力的增加而得到更充分的發(fā)揮，摩阻力增大。水泥劑量越高，強(qiáng)度也越高，但同時(shí)也意味著基層的成本越高，而且水泥劑量越高，水穩(wěn)砂礫混合料的干、溫縮特性增強(qiáng)，更容易導(dǎo)致水穩(wěn)基層開裂 。因此我們?cè)噲D通過在添加低劑量水泥（3%）的混合料中添加水泥激發(fā)劑（GRJ）來提高水泥穩(wěn)定砂礫混合料的強(qiáng)度。

（2）GRJ和集料級(jí)配對(duì)強(qiáng)度的影響分析。從圖2和圖3可以看出：

1）在水泥劑量為3%的情況下，摻加一定劑量的GRJ后，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增長后降低的規(guī)律，這說明GRJ摻量存在一個(gè)最佳摻量值，能夠顯著提高混合料的抗壓強(qiáng)度；2）在水泥劑量為3%的情況下，添加2%和6%GRJ后，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能滿足三、四等級(jí)道路對(duì)基層強(qiáng)度的要求（）；3）GRJ的強(qiáng)度高于同劑量水泥，與4%甚至5%的水泥劑量相當(dāng)；4）水泥穩(wěn)定級(jí)配砂礫的強(qiáng)度要高于水泥穩(wěn)定天然砂礫，但增加值不大。

3 結(jié)束語

通過上述研究表明：在降低水泥摻量的情況下，通過添加適量的水泥激發(fā)劑（GRJ），可以顯著提高水穩(wěn)砂礫的抗壓強(qiáng)度，大大降低成本，同時(shí)也降低了水穩(wěn)基層的干、溫縮特性，減少基層因干、溫縮而開裂，非常適合低溫氣候條件下公路建設(shè)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國交通部.JTG D50-2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].人民交通出版社，2006.

[2]李再新.水泥穩(wěn)定碎石混合料路用性能及指標(biāo)相關(guān)性研究[D].南京：東南大學(xué)，2007.

[3]中華人民共和國交通部.JTG E51-2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].人民交通出版社，2009.

[4]李志剛，施威特.水泥添加次序?qū)λ€(wěn)天然砂礫基層強(qiáng)度的影響研究[J].國防交通工程與技術(shù)，2011，9（04）：14-16.

作者簡介：趙躍（1982-），男，江蘇淮安人，碩士，工程師，主要從事：道橋工程材料與施工。