不同養(yǎng)生條件水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度與模量研究

秘林源　葉　青　王燕芳

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng)　550016)

?

不同養(yǎng)生條件水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度與模量研究

秘林源葉青王燕芳

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng)550016)

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同養(yǎng)生溫度與齡期下水泥穩(wěn)定碎石的性能進(jìn)行了研究，揭示了其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和模量隨齡期的變化規(guī)律，為水泥穩(wěn)定碎石基層施工提供了依據(jù)。

水泥穩(wěn)定碎石，養(yǎng)生條件，抗壓強(qiáng)度，模量，劈裂強(qiáng)度

0　引言

在水泥穩(wěn)定碎石基層(底基層)施工過(guò)程中，合適的養(yǎng)生條件可以促使水泥穩(wěn)定碎石材料強(qiáng)度、模量的增長(zhǎng)，并避免干縮裂縫的產(chǎn)生。但是，由于自然環(huán)境條件的復(fù)雜，水泥穩(wěn)定碎石底基層(基層)碾壓成型后經(jīng)歷的養(yǎng)生環(huán)境也是多變的?；谶@種情況，本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了不同養(yǎng)生溫度、齡期下水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗壓回彈模量發(fā)展規(guī)律，為施工提供一定的指導(dǎo)。

1　試件成型與試驗(yàn)準(zhǔn)備

水泥穩(wěn)定碎石原材料選用的水泥為亞泰集團(tuán)哈爾濱水泥廠生產(chǎn)的P.O32.5級(jí)水泥，經(jīng)檢測(cè)其技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范規(guī)程要求，如表1所示。集料采用哈爾濱正大碎石廠生產(chǎn)的石灰?guī)r粗細(xì)集料，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表1　水泥技術(shù)指標(biāo)

表2　集料技術(shù)指標(biāo)

水泥穩(wěn)定碎石采用骨架密實(shí)級(jí)配，如表3所示[1-4]。

根據(jù)表3確定的礦料合成級(jí)配，采用振動(dòng)法確定不同水泥劑量下水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水量和最大干密度，而后通過(guò)各水泥劑量下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定滿足要求的水泥劑量，最終結(jié)果見(jiàn)表4。

表3　水泥穩(wěn)定碎石礦料合成級(jí)配

表4　水泥穩(wěn)定碎石基本參數(shù)

根據(jù)以上基本參數(shù)，運(yùn)用振動(dòng)成型法制作無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度及抗壓回彈模量試件：φ150 mm×150 mm的圓柱體試件，成型后，試件在不同的養(yǎng)生溫度下(5 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃)進(jìn)行不同齡期的養(yǎng)生。

達(dá)到規(guī)定的齡期即進(jìn)行強(qiáng)度、模量試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備均采用MTS810材料試驗(yàn)機(jī)。

2　不同養(yǎng)生條件強(qiáng)度與模量發(fā)展規(guī)律

2.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

將成型好的φ150 mm×150 mm的圓柱體試件放入選定的養(yǎng)生條件下，分別進(jìn)行不同齡期(7 d，14 d，21 d，28 d)的養(yǎng)生。養(yǎng)生完畢，按照規(guī)范中的試驗(yàn)方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后試件形態(tài)如圖1所示。

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5　無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表5及圖2中可以得出以下結(jié)論：

1)養(yǎng)生溫度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度有很大影響。當(dāng)溫度較低時(shí)(5 ℃)，水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度水平較低，其強(qiáng)度水平僅為正常養(yǎng)生溫度下的70%左右，隨著養(yǎng)生溫度的升高，其強(qiáng)度水平與正常養(yǎng)生溫度越接近，當(dāng)養(yǎng)生溫度升高到15 ℃時(shí)，其強(qiáng)度能達(dá)到正常養(yǎng)生的90%～98%，與正常養(yǎng)生強(qiáng)度幾乎沒(méi)有差距。

2)養(yǎng)生溫度相同時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度隨齡期的延長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)，但其增長(zhǎng)速率在不同階段有所不同，在7 d～14 d期間，其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，14 d～28 d其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率趨于平緩。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因與水泥的水化反應(yīng)有關(guān)，由于水泥水化反應(yīng)呈現(xiàn)先快后慢的特點(diǎn)，前期水化產(chǎn)物產(chǎn)生較快，膠結(jié)能力增長(zhǎng)較快，后期水化產(chǎn)物產(chǎn)生變慢，膠結(jié)能力增長(zhǎng)變慢，因此導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度前期增長(zhǎng)較快后期增長(zhǎng)放緩的現(xiàn)象。

3)對(duì)于不同的養(yǎng)生溫度，水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)生齡期的發(fā)展呈現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，即隨著齡期的延長(zhǎng)，其增長(zhǎng)速率逐漸變緩，區(qū)別是不同的養(yǎng)生溫度下強(qiáng)度存在差距。

2.2抗壓回彈模量發(fā)展規(guī)律

將成型好的φ150 mm×150 mm的圓柱體試件放入選定的養(yǎng)生條件下，分別進(jìn)行不同齡期(7 d，14 d，21 d，28 d)的養(yǎng)生。養(yǎng)生完畢，按照規(guī)范中的試驗(yàn)方法[5,11]進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用材料試驗(yàn)系統(tǒng)MTS810。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6　抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

從表6及圖3可得出以下結(jié)論：1)水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓回彈模量受溫度影響較大，低溫養(yǎng)生條件下抗壓回彈模量處于很低的水平，這主要是由于在低溫條件下水泥水化反應(yīng)較慢，對(duì)集料的粘結(jié)作用變小，導(dǎo)致整體性較差，因此模量較小。2)養(yǎng)生溫度相同時(shí)，抗壓回彈模量隨齡期增長(zhǎng)而增大，在養(yǎng)生的初期，抗壓回彈模量隨齡期的增長(zhǎng)速度比較快，14 d齡期后增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩。

2.3劈裂強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律

本文分別進(jìn)行了四個(gè)養(yǎng)生溫度(5 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃)和四個(gè)養(yǎng)生齡期(7 d，14 d，21 d，28 d)下水泥穩(wěn)定碎石圓柱體試件劈裂強(qiáng)度強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備采用材料試驗(yàn)系統(tǒng)MTS810，試件破壞形狀如圖4所示。試驗(yàn)完畢對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出不同養(yǎng)生條件下劈裂強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

表7　劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)構(gòu)類型齡期/d養(yǎng)生溫度/℃5101520骨架密實(shí)型70.480.530.580.69140.590.650.720.82210.680.760.810.9280.750.830.911

從表7和圖5中可以得到以下結(jié)論：

1)在溫度相同時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度隨養(yǎng)生齡期的延長(zhǎng)而增大，其增長(zhǎng)規(guī)律大致為線性；其增長(zhǎng)速率在不同階段有所不同，在7 d～21 d期間，其劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，21 d～28 d其劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)速率趨于平緩。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因與水泥的水化反應(yīng)有關(guān)，由于水泥水化反應(yīng)呈現(xiàn)先快后慢的特點(diǎn)，前期水化產(chǎn)物產(chǎn)生較快，膠結(jié)能力增長(zhǎng)較快，后期水化產(chǎn)物產(chǎn)生變慢，膠結(jié)

能力增長(zhǎng)變慢，因此導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度前期增長(zhǎng)較快后期增長(zhǎng)放緩的現(xiàn)象。

2)隨著養(yǎng)生溫度的升高，水泥穩(wěn)定碎石材料的劈裂強(qiáng)度隨之增大。當(dāng)養(yǎng)生溫度為5 ℃時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度與養(yǎng)生溫度為20 ℃相比，其比值范圍為0.52～0.90，尤其在低溫低齡期下，其強(qiáng)度僅為正常養(yǎng)生條件下的0.52～0.78；隨著養(yǎng)生溫度的提高，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度與正常養(yǎng)生條件下的劈裂強(qiáng)度越接近。

3　結(jié)語(yǔ)

1)養(yǎng)生齡期對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層材料的強(qiáng)度與模量有顯著影響，其強(qiáng)度與模量均隨齡期的增長(zhǎng)而增大?？箟簭?qiáng)度和模量隨著溫度的升高，增長(zhǎng)速率逐漸變緩，而劈裂強(qiáng)度在溫度由5 ℃升高到15 ℃時(shí)，增長(zhǎng)速率較慢，再升高到20 ℃時(shí)，劈裂強(qiáng)度陡然增加，說(shuō)明低溫對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響較大。2)養(yǎng)生溫度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度、模量影響同樣顯著，當(dāng)溫度較低(5 ℃)時(shí)，各個(gè)指標(biāo)的水平都比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下低很多。因此，在施工過(guò)程中，如遇低溫天氣，一定要適當(dāng)延長(zhǎng)基層的養(yǎng)生齡期。

[1]JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50092—1996，瀝青路面施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTG E51—2009，公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[6]沙愛(ài)民.半剛性基層的材料特性[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2008,21(1):1-5.

[7]沙慶林.重載交通長(zhǎng)壽命半剛性路面設(shè)計(jì)與施工[M].北京：人民交通出版社，2011.

[8]姚祖康.瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[9]莊少勤，劉樸，孫振平.水泥穩(wěn)定碎石變形性能及其影響因素[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2003，6(4)：356-363.

[10]孫兆輝,王鐵斌,許志鴻，等.水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響因素的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2006，9(3)：285-290.

[11]程箭,許志鴻,張超，等.水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11(6)：673-677.

On strength of cement stabilized gravel under various maintenance conditions and modulus

Bi LinyuanYe QingWang Yanfang

(GuizhouCommunicationsPlanning,SurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Guiyang550016,China)

According to the indoor tests, the paper researches the performance of the cement stabilized gravel under various maintenance temperature and ages, and discloses its unconfined compressive strength, splitting strength, and change rules for the modulus along with ages, it provides basis for cement stabilized gravel base construction.

cement stabilized gravel, maintenance condition, compressive strength, modulus, splitting strength

1009-6825(2016)19-0099-02

2016-04-16

秘林源(1990- )，男，助理工程師；葉青(1987- )，男，工程師；王燕芳(1985- )，女，高級(jí)工程師

TU521.25

A