活性粉末對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能的影響研究

胡云

摘要：文章從水泥穩(wěn)定碎石的開裂原理出發(fā)，對(duì)摻入了活性粉末的水泥穩(wěn)定碎石的間接抗拉強(qiáng)度以及收縮性能進(jìn)行研究，并結(jié)合實(shí)際工程驗(yàn)證了研究成果。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石;活性粉末;間距抗拉強(qiáng)度;收縮性能

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石常用來提供給公路結(jié)構(gòu)作為穩(wěn)定牢固的工作面層使用，以將其受到的荷載向下傳遞，并改善其面層結(jié)構(gòu)的排水情況。水泥穩(wěn)定碎石的質(zhì)量好壞直接影響到路面的使用性能，而當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石由于收縮而導(dǎo)致的應(yīng)力比其自身抗拉強(qiáng)度高時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石出現(xiàn)裂縫。裂縫的出現(xiàn)將會(huì)削弱路面的結(jié)構(gòu)功能，影響其長期使用[1-2]。本文將從摻入活性粉末的角度出發(fā)，研究活性粉末與水泥穩(wěn)定碎石抗裂性之間的關(guān)系。

1 水泥穩(wěn)定碎石間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定碎石的間接抗拉強(qiáng)度是其主要的力學(xué)指標(biāo)之一[3]。當(dāng)層面厚度一致時(shí)，其抗裂性能與抗拉強(qiáng)度成正比。在荷載以及環(huán)境的影響下，強(qiáng)度較高的水泥穩(wěn)定碎石容易出現(xiàn)斷裂破壞，進(jìn)而對(duì)公路使用壽命造成影響。因此，研究水泥穩(wěn)定碎石的間接抗拉強(qiáng)度有重要意義，本文間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)按《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。所得結(jié)果如表1所示。

從圖1中可看出，水泥穩(wěn)定碎石的間接抗拉強(qiáng)度可通過摻入活性粉末進(jìn)行改善。水泥穩(wěn)定碎石在摻入?；郀t礦渣之后的間接抗拉強(qiáng)度在7～28d達(dá)到最大，但單摻粉煤灰以及復(fù)摻活性粉末的水泥穩(wěn)定碎石在90～180d時(shí)趕超了摻入?；郀t礦渣的水泥穩(wěn)定碎石。

分析可知，水泥穩(wěn)定碎石在摻入活性粉末之后間接抗拉強(qiáng)度之所以能夠有所改善，主要是因?yàn)榛钚苑勰┨岣吡怂喾€(wěn)定碎石的填充效應(yīng)以及二次水化反應(yīng)。水泥穩(wěn)定碎石在摻入?；郀t礦渣后能提高其早期的間接抗拉強(qiáng)度，主要是因?yàn)閾饺氲牧；郀t礦渣能與水泥相互促進(jìn)，從而使其早期間接抗拉強(qiáng)度有所提高。水泥穩(wěn)定碎石在復(fù)摻了活性粉末以及單摻粉煤灰時(shí)，由于其存在粉煤灰，使其早期具有相對(duì)較慢的水化反應(yīng)，致使其具有較低的間接抗拉強(qiáng)度，但當(dāng)時(shí)間達(dá)到90～180d時(shí)，其二次水化反應(yīng)逐漸完全，進(jìn)一步提高了間接抗拉強(qiáng)度，使其比摻入了?；郀t礦渣的間接抗拉強(qiáng)度要高。

2 水泥穩(wěn)定碎石收縮性能研究

水泥穩(wěn)定碎石與路面性能有直接關(guān)系。干燥收縮和溫度收縮是水泥穩(wěn)定碎石的主要收縮方式[4]。表層水分的蒸發(fā)以及內(nèi)部水化是水泥穩(wěn)定碎石干燥收縮的兩種模式，其主要發(fā)生在施工階段。

2.1 干縮機(jī)理

當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)，含水量的變化引起體積變化，即表現(xiàn)出干燥收縮的現(xiàn)象。在完成水泥穩(wěn)定碎石的鋪設(shè)之后，隨著其水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行導(dǎo)致其內(nèi)部不斷產(chǎn)生應(yīng)力，并且隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行而導(dǎo)致其應(yīng)力不斷增大，收縮效果越來越顯著。若放任該種現(xiàn)象進(jìn)行下去，將會(huì)導(dǎo)致其干縮現(xiàn)象更加顯著，此時(shí)若該水泥穩(wěn)定碎石不具備足夠的強(qiáng)度，將會(huì)導(dǎo)致基層材料出現(xiàn)損傷。隨著水分不斷丟失，干裂縫將會(huì)不斷產(chǎn)生，即使相應(yīng)的面層鋪設(shè)完成之后，內(nèi)部水分仍然會(huì)出現(xiàn)不斷下降至失水率等于0的情況，使路面出現(xiàn)破壞。

2.2 干縮試驗(yàn)結(jié)果

由于篇幅所限，本文僅針對(duì)性地列出部分?jǐn)?shù)據(jù)，具體如表2所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知：

（1）當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石在加熱攪拌時(shí)，隨著不斷增長的齡期，水泥劑量越多，需要的用水量越多，因其水化反應(yīng)就釋放越多的熱量。但在凝結(jié)硬化的時(shí)候，水泥穩(wěn)定碎石具有更大的失水率，即其具有更大的收縮變形量。因此，水泥劑量與干縮現(xiàn)象成正比。由于高爐礦渣的二次水化反應(yīng)較快，因此需要更多的用水量，水化反應(yīng)時(shí)所釋放的熱量就越大，導(dǎo)致其干縮變形量越大;而由于水泥穩(wěn)定碎石在復(fù)摻活性粉末之后有粉煤灰的存在，導(dǎo)致其在保障水化速率的前提下也改善了水泥漿體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了水化反應(yīng)的放熱作用，從而使其干縮變形量有所下降。當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石中有活性粉末的加入，其失水率有所降低，使水化反應(yīng)釋放的熱量減小，從而使其干縮變形量有所下降，改善了干燥收縮的現(xiàn)象。

（2）在降低水泥穩(wěn)定碎石中水泥的用量時(shí)，其干縮變形有所降低。主要原因是在降低了水泥穩(wěn)定碎石的水泥劑量時(shí)，其需水量以及水化放熱效應(yīng)有所下降，繼而降低了干縮應(yīng)力，提高了水泥穩(wěn)定碎石抗收縮性能[5]。摻入了高爐礦渣之后的水泥穩(wěn)定碎石前期收縮較大，后期收縮則趨于平緩。水泥穩(wěn)定碎石在單摻粉煤灰以及復(fù)摻活性粉末時(shí)整體的干縮應(yīng)變較小，主要原因是活性粉末的填充作用以及二次水化反應(yīng)改善了水泥穩(wěn)定碎石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，繼而使其抗收縮性能有所提高。

（3）水泥穩(wěn)定碎石在試驗(yàn)初期的失水率較大，主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外界有較多孔隙連接，水分散失程度較高，導(dǎo)致其表現(xiàn)出失水率較大的現(xiàn)象;在試驗(yàn)中期，其失水率有所下降，主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石在該階段有較多的水化產(chǎn)物，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)化，水分難以蒸發(fā);在試驗(yàn)后期，其僅具有較低的失水率并趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，水分蒸發(fā)難度更大。水泥劑量與失水率成反比，主要是因?yàn)樗嗟膿饺胧蛊渌磻?yīng)具有較多的產(chǎn)物，增強(qiáng)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，使水分難以蒸發(fā)，并且由于水泥劑量的上升，導(dǎo)致自由水被水化反應(yīng)所消耗，致使其失水率下降。水泥穩(wěn)定碎石在摻入了活性粉末之后改善了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，孔隙被填充從而使水分蒸發(fā)難度增高。

（4）水泥穩(wěn)定碎石在測試初期具有較大的干縮系數(shù)，主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石的失水率較大，水泥穩(wěn)定碎石的體積因水分的揮發(fā)而顯著收縮。在試驗(yàn)中期，其干縮系數(shù)不斷降低，主要是由于此時(shí)的失水率已有所減少，從而使體積收縮受到的影響減小;在試驗(yàn)后期，其干縮系數(shù)趨于穩(wěn)定，主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石此時(shí)的失水率已較低，水泥穩(wěn)定碎石體積受到的影響較小，以至于其干縮系數(shù)有所下降[6]。水泥穩(wěn)定碎石在復(fù)摻活性粉末之后具有較小的干縮系數(shù)，是因?yàn)閺?fù)合活性粉末的加入能夠使其水化反應(yīng)的速度有所上升，水化反應(yīng)釋放的熱量較低而強(qiáng)度有所上升，并且因?yàn)楹蟹勖夯?，能使其?nèi)部結(jié)構(gòu)有所改善，失水率有所降低，使水泥穩(wěn)定碎石在摻入了復(fù)合活性粉末之后具有最小的干縮系數(shù)。

3 實(shí)體工程

在上述所確定的級(jí)配的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化了礦物的配合比，特別是使4.75mm以及0.075mm關(guān)鍵篩孔的通過率有所降低，以使混合料在后期的抗裂性能有所上升。試驗(yàn)段礦料級(jí)配設(shè)計(jì)如表3所示。

3.1 試驗(yàn)路段

試驗(yàn)路段無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表4所示。

4 結(jié)語

通過對(duì)比試驗(yàn)段以及對(duì)比段取樣樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可知，其僅具有較小的差異，說明試驗(yàn)的離散性較小，對(duì)于工程質(zhì)量的控制而言具有較大的意義?；钚苑勰┑膿饺肽軌蛴行У靥岣咚喾€(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

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