級(jí)配對(duì)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)水穩(wěn)碎石性能的影響研究

摘 要：本文主要研究了水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配在規(guī)范允許的范圍內(nèi)變化時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明：級(jí)配變化對(duì)強(qiáng)度的影響較明顯，且級(jí)配中線是7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值；級(jí)配中線的最大干密度最大，且從級(jí)配上線到級(jí)配中線的變化過程中最大干密度逐漸增加，而從級(jí)配中線到級(jí)配下線的變化過程中最大干密度又逐漸變小；隨著含水量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也逐漸增加，達(dá)到最佳含水量后隨著含水量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度又逐漸減小。

關(guān)鍵詞：級(jí)配；水泥穩(wěn)定碎石；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.023

改革開放后我國(guó)公路建設(shè)獲得了長(zhǎng)足提升，有力的保障了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)以及社會(huì)的完善[1]。由于我國(guó)幅員遼闊，氣候和環(huán)境變化多樣，在公路工程設(shè)計(jì)和施工中，路面結(jié)構(gòu)形式也多種多樣，同時(shí)，隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)條件的逐步改善，路面結(jié)構(gòu)中基層已經(jīng)大面積使用水泥穩(wěn)定碎石。加上水泥穩(wěn)定碎石材料來源廣泛，施工工藝成熟可靠，后期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用[2]。水泥穩(wěn)定碎石性能主要受到原材料性能、級(jí)配狀況、水泥劑量、施工工藝及灑水養(yǎng)護(hù)等因素的綜合影響[3-5]。半剛性基層的主要作用是承受上部面層傳遞下來的能量，然后傳遞到路基中。通過已有研究成果表面，水泥使用量對(duì)水泥穩(wěn)定碎石能力的作用，但是系統(tǒng)的研究級(jí)配對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的效果目前還沒有報(bào)道。本文通過級(jí)配的變化來研究級(jí)配對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的作用變化趨勢(shì)。

1 原材料

水泥：山水牌PO32. 5 普通硅酸鹽水泥。

水：自來水，符合規(guī)范要求

粉煤灰：普通粉煤灰，浙江發(fā)電廠。

集料：在測(cè)定集料的技術(shù)性質(zhì)和單級(jí)配的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要組合成符合技術(shù)指標(biāo)的三種不同級(jí)配。具體性能指標(biāo)如表1所示：

2 研究方法

本文主要分析級(jí)配的變化對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的影響，基本思路是在水泥使用量固定的情況下，在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，以級(jí)配最高標(biāo)準(zhǔn)、級(jí)配中級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、級(jí)配最低標(biāo)準(zhǔn)三種不同的級(jí)配分別拌合水泥穩(wěn)定碎石，測(cè)定水泥穩(wěn)定碎石的性能，從而推斷出級(jí)配對(duì)性能的影響元素。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

水泥劑量固定中最常用5%，做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)以及無側(cè)限抗壓特性實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定最佳含水量、最大干密度、以及7d抗壓特性，分析級(jí)配對(duì)其性能的影響。

3.1 級(jí)配對(duì)最佳含水量的影響

由圖1可以看出，在水泥劑量固定的情況下，最佳含水量的變化時(shí)有規(guī)律的，從級(jí)配上線到級(jí)配下線的變化過程中，最佳含水量不斷增加。但是變化規(guī)律是不固定的，從級(jí)配上線變化至中線，最優(yōu)含水量從5.0%上升至5.5%，增加了0.5%，而從級(jí)配中線到級(jí)配下線的變化過程中，最佳含水量只增加了0.2%，最優(yōu)含水量的變化率遠(yuǎn)小于從級(jí)配上線到下線。通過研究可以推出因素可能是是在級(jí)配的變化過程中，細(xì)集料含量逐漸上升，從而導(dǎo)致最佳含水量逐漸上升；但是級(jí)配中線是最佳的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，所以超過級(jí)配中線后最佳含水量變化率就減緩。

3.2 級(jí)配對(duì)強(qiáng)度的影響

由圖2可以看出級(jí)配變化對(duì)強(qiáng)度的影響較明顯，且級(jí)配中線是7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值。同時(shí)可以觀察到從級(jí)配上線到級(jí)配中線的變化過程中，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從3.04Mpa增長(zhǎng)到3.68Mpa，增長(zhǎng)了21%，分析認(rèn)為原因是級(jí)配中線的粒徑分布廣，雖然還是懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，但是已經(jīng)有些類似于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，粗骨料形成骨架，細(xì)集料填充于粗骨料形成的空隙中，加上水泥的粘結(jié)作用，形成既有嵌擠作用，又有粘結(jié)作用的密實(shí)水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)。從級(jí)配中線到級(jí)配下線的變化過程中強(qiáng)度又變小，但是下降的速率遠(yuǎn)小于從級(jí)配上線到級(jí)配中線的變化。在整個(gè)級(jí)配形式中，強(qiáng)度從大到小的依次順序?yàn)榧?jí)配中線、級(jí)配下線、級(jí)配上線，并且從級(jí)配中線到級(jí)配上線強(qiáng)度的變化遠(yuǎn)大于從級(jí)配中線到級(jí)配下線。

3.3 級(jí)配對(duì)最大干密度的影響

由圖3能夠發(fā)現(xiàn)三種級(jí)配中，中線的最大干密度最大，且由級(jí)配上線到級(jí)配中線的變化過程中最大干密度逐漸增加，而從級(jí)配中線到下線的變化過程中此密度又逐漸變小。分析認(rèn)為原因是級(jí)配中線情況下粗細(xì)集料適當(dāng)，粗集料懸浮于細(xì)集料之中，從而使最大干密度略大于級(jí)配上線和級(jí)配下線。

3.4 級(jí)配中線情況下含水量對(duì)強(qiáng)度的影響

根據(jù)上面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出級(jí)配中線時(shí)最大干密度和強(qiáng)度都是最佳值，以級(jí)配中線為基礎(chǔ)，水泥劑量選擇5%，制作無側(cè)限試件，進(jìn)一步研究其中水量不同對(duì)性能的作用效果，水量分別選擇3%、4%、5%、6%、7%、8%，強(qiáng)度變化規(guī)律如圖4所示。

由圖4可以看出，級(jí)配中線情況下水泥穩(wěn)定碎石最優(yōu)水的含量是5%左右。在水的含量比較少的情況下，水的含量由小到大變化時(shí)，無側(cè)限抗壓特性也逐漸增加，且增長(zhǎng)速率基本一致。原因是水在穩(wěn)定碎石中除了為該物質(zhì)的水化提供水分外，還起到潤(rùn)滑作用，是隨著含水量增加，碎石顆粒、細(xì)集料和水泥顆粒表面都被水分包裹，減弱了摩擦阻力，使密實(shí)度不斷增加，從而使水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不斷增加。如果水的含量高于最優(yōu)水的含量后，伴隨著水的含量的逐漸上升，無側(cè)限抗壓特性又逐漸減弱。關(guān)鍵因素是由于水量過多，在固定空間內(nèi)造成碎石和水泥含量的減小，進(jìn)而造成密實(shí)度降低，進(jìn)而使無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低。同時(shí)通過該圖能夠發(fā)現(xiàn)，水的含量超過最優(yōu)含水量后強(qiáng)度的下降速率不同。含水量從5%到7%時(shí)的下降速率小于從7%到8%的下降速率。

3.5 級(jí)配中線情況下水泥劑量對(duì)強(qiáng)度的影響

以級(jí)配中線為基本，水的含量選擇5%，制作無側(cè)限實(shí)驗(yàn)元件，進(jìn)一步研究水泥劑量不同對(duì)強(qiáng)度的影響，水泥劑量分別選擇3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%，強(qiáng)度變化規(guī)律如圖5所示。

從圖5能夠發(fā)現(xiàn)，在級(jí)配中線情況下，隨著水泥使用量的不同，抗壓特性也逐漸的改變。水泥使用量處在3.5%～5.0%之間，抗壓特性呈現(xiàn)直線增加。分析認(rèn)為：水泥使用量逐漸增多，在整個(gè)水泥穩(wěn)定碎石中起作用的水泥有效成分也不斷增多，隨著進(jìn)一步水化和硬化，水泥對(duì)級(jí)配碎石的凝結(jié)作用不斷增加，所以無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也會(huì)不斷增加；但是水泥劑量從3.5%到4.0%和從4.0%到4.5%之間變化的速率是不同的，前者強(qiáng)度增加了0.6Mpa，后者強(qiáng)度增加了0.8Mpa，速率稍有增加，原因是當(dāng)水泥使用量在3.5%的時(shí)候，水泥數(shù)量相對(duì)太少，反應(yīng)生產(chǎn)的水化物也少，不能形成足夠強(qiáng)度。在最佳含水量5%時(shí)，無側(cè)限抗壓特性達(dá)到4.2Mpa，水泥劑量的增多，無側(cè)限抗壓特性又有增加，但是增加的幅度非常小，水泥使用量從5%到5.5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度只增加了0.2Mpa；而且水泥使用量由5.5%變化至6.0時(shí)，研究特性幾乎沒有變化。

4 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：（1）級(jí)配變化對(duì)強(qiáng)度的影響較明顯，且級(jí)配中線是7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大值；（2）級(jí)配中線的最大干密度最大，且從級(jí)配上線到級(jí)配中線的變化過程中最大干密度逐漸增加，而從級(jí)配中線到級(jí)配下線的變化過程中最大干密度又逐漸變??；（3）隨著含水量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也逐漸增加，達(dá)到最佳含水量后隨著含水量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度又逐漸減小。

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作者簡(jiǎn)介：劉振川（1973-），男，廣東中山人，工程師，主要從事公路工程建設(shè)管理工作。