水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)性能和路用性能研究

潘國(guó)志

（喀左縣公路管理段喀左縣122300）

水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)性能和路用性能研究

潘國(guó)志

（喀左縣公路管理段喀左縣122300）

水泥穩(wěn)定碎石基層材料來源廣泛，價(jià)格相對(duì)較低，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各個(gè)等級(jí)道路工程。對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層混合料進(jìn)行了力學(xué)性能和路用性能的試驗(yàn)研究，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

水泥穩(wěn)定碎石；基層；力學(xué)性能；路用性能

隨著我國(guó)公路建設(shè)速度的不斷加快，瀝青混凝土路面成為主流，而瀝青混凝土面層的剛度小，荷載分布能力弱，需設(shè)半剛性基層作為瀝青路面的主要承重層。在遼寧省的半剛性基層材料中，主要應(yīng)用了水泥穩(wěn)定碎石（砂礫）、石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石（砂礫）。其中水泥穩(wěn)定碎石混合料具有相對(duì)較高的抗壓強(qiáng)度和一定的抗折強(qiáng)度。由于其具有良好的板體性，整體性好，抗凍害能力較強(qiáng)，材料來源廣泛和相對(duì)較低的價(jià)格，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各個(gè)等級(jí)道路工程中。本文對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的力學(xué)性能和路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1　原材料

試驗(yàn)用的石灰?guī)r碎石取自遼陽小屯，分為20～30mm、10～20mm、5～10mm、0～5mm四檔，水泥采用遼寧山水工源水泥有限公司本溪水泥廠生產(chǎn)的P·O32.5普通硅酸鹽水泥，碎石和水泥均符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034-2000）的技術(shù)要求，可以應(yīng)用于水泥穩(wěn)定路面基層。

2　配合比設(shè)計(jì)

2.1級(jí)配設(shè)計(jì)

按照表1級(jí)配范圍的要求，試驗(yàn)材料比例為20～30mm、10～20mm、5～10mm、0～5mm為22∶24∶29∶25，合成級(jí)配見表1、級(jí)配曲線見圖1。

表1　水泥穩(wěn)定碎石的顆粒組成

2.2擊實(shí)試驗(yàn)

采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法，確定各個(gè)水泥摻配率下混合料的最佳含水量和最大干密度，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　最佳含水量和最大干密度

2.37d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3　7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度取3.5MPa，確定合適的水泥劑量為4.5%。

3　力學(xué)性能試驗(yàn)

3.1無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)水泥穩(wěn)定碎石混合料不同養(yǎng)生時(shí)間的試件進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，做出強(qiáng)度與養(yǎng)生時(shí)間關(guān)系曲線見圖2。

表4　水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.2動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

車輛荷載對(duì)路面的沖擊屬于動(dòng)態(tài)作用，半剛性基層混合料在動(dòng)態(tài)荷載作用下的力學(xué)反應(yīng)更接近于實(shí)際狀況。動(dòng)態(tài)荷載作用下半剛性基層的力學(xué)反應(yīng)特性直接影響著水泥穩(wěn)定碎石混合料乃至整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層的長(zhǎng)、短期性能。

對(duì)水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，來評(píng)價(jià)半剛性基層的抗永久變形能力。

采用靜壓法成型直徑150mm、高150mm的圓柱體試件，按最大干密度的98%控制。試驗(yàn)采用連續(xù)無間歇的半正矢荷載波形，不施加圍壓，試驗(yàn)溫度為20℃，水泥穩(wěn)定碎石混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　水泥穩(wěn)定碎石基層動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

3.3靜態(tài)模量試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定類基層不僅要有一定的強(qiáng)度，還要求有一定的剛度。在室內(nèi)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層混合料制備的試件采用頂面法進(jìn)行抗壓回彈模量的測(cè)定。

（1）試件尺寸：采用靜壓法成型直徑150mm、高150mm的圓柱體試件，按最大干密度的98%控制。

（2）試驗(yàn)條件：采用UTM-100多功能材料試驗(yàn)系統(tǒng)，加載速率為1mm/min。加載板上預(yù)定的單位壓力P分別為0.28MPa和0.50MPa，再以0.1P、0.2P…0.5P進(jìn)行5級(jí)分級(jí)加載，用加載板上的計(jì)算單位壓力P與相應(yīng)的修正回彈變形計(jì)算半剛性材料的靜態(tài)抗壓回彈模量。

式中：EC—抗壓回彈模量（MPa）；

P—單位壓力（MPa）；

h—試件的高度（mm）；

l—試件回彈變形（mm）。

試驗(yàn)結(jié)果平均值列于表6中。

表6　水泥穩(wěn)定碎石靜態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

3.4劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定碎石混合料在施工后結(jié)成板體，在行車荷載的作用下，半剛性基層層底處于受拉狀態(tài)。劈裂試驗(yàn)是檢測(cè)半剛性基層材料強(qiáng)度的一種方法，通過其劈裂強(qiáng)度的大小檢測(cè)其材料的抗拉性能。

采用靜壓法成型直徑150mm、高150mm的圓柱體試件，按最大干密度的98%控制。材料的養(yǎng)生齡期為90d，養(yǎng)生溫度為20℃，濕度為95%。養(yǎng)生齡期的最后一天，試件飽水24h。通過劈裂試驗(yàn)測(cè)得水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度為0.903MPa。

4　路用性能試驗(yàn)

4.1溫度穩(wěn)定性

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d的水泥穩(wěn)定碎石試件在養(yǎng)生期的最后一天，一組置于-20℃的低溫箱中，一組試件置于0℃的低溫箱中，另外兩組試件分別置于20℃、40℃的恒溫水浴中，一天后測(cè)各組試件的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表7。

表7　水穩(wěn)碎石不同溫度下抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表7中可以看出，水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度基本不受溫度影響。

4.2水穩(wěn)定性

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d的水泥穩(wěn)定碎石試件在養(yǎng)生期的最后一天分別浸泡在清水和3%鹽水中，浸泡7d后，測(cè)試件的抗壓強(qiáng)度，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較。

表8　水穩(wěn)碎石試件浸水抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4.3抗凍融循環(huán)特性

半剛性基層材料多為有孔隙材料，這類材料在受到凍融循環(huán)時(shí)，其孔隙內(nèi)壁受到水膨脹產(chǎn)生附加內(nèi)力的擠壓和松弛的反復(fù)作用，在多次凍融循環(huán)作用下，材料強(qiáng)度會(huì)全部或部分損失，因此半剛性材料的冰凍穩(wěn)定性對(duì)材料的影響強(qiáng)度較大，尤其在季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)考慮其抗凍融循環(huán)耐久性。

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d的水泥穩(wěn)定碎石試件在養(yǎng)生期的最后一天分別浸泡在清水和3%鹽水中，浸水完畢后，取出試件，用濕布擦除表面的水分，稱質(zhì)量。取凍融的一組試件，置入低溫箱中，低溫箱的溫度為-18℃，凍結(jié)時(shí)間為16h，凍結(jié)試驗(yàn)結(jié)束后，取出試件，立即放入20℃水槽中進(jìn)行融化，融化時(shí)間為8h，此為一個(gè)凍融循環(huán)，凍融5個(gè)循環(huán)后，取出試件擦干后稱質(zhì)量，測(cè)其抗壓強(qiáng)度，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生28d試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較，計(jì)算強(qiáng)度損失率。

表9　水穩(wěn)碎石凍融后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

5　結(jié)語

通過試驗(yàn)研究，水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層作為瀝青路面的主要承重層，具有一定的板體性、剛度，擴(kuò)散應(yīng)力強(qiáng)，具有良好的溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗凍融循環(huán)特性，符合路面基層的要求，使得路面基層受力性能良好，并且保證了基層的穩(wěn)定性。

［1］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.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］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 林繡賢.半剛性基層材料組成設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制［M］.北京：人民交通出版社，1991.11.

Research on Mechanical Property and Pavement Performance of Cement Stabilized Macadam Base Course

PAN Guo-zhi
（Highway Management Department in Kazuo County，Kazuo 122300，China）

The material source of cement stabilized macadam base courseis wide，and its price is relatively low，so it is widely applied in road engineering at each grade.The experimental researches on mechanical property and pavement performance of mixture of cement stabilized macadam base course are performed，thus providing reference for relevant personnel.

Cement stabilized macadam；Base course；Mechanical property；Pavement performance

U416.214

B

1673-6052（2016）03-0110-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.032