摻加橡膠粉的水泥穩(wěn)定碎石劈裂抗拉強(qiáng)度性能研究

張家俊

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車日漸成為一種家用品，路面上的汽車越來越多，與之俱來的是大量廢舊輪胎。如何合理利用這些廢舊輪胎，儼然已經(jīng)成為了當(dāng)今社會急需解決的問題。環(huán)保型膠粉在公路施工中的應(yīng)用對減少污染、保護(hù)自然資源和環(huán)境具有無可替代的現(xiàn)實(shí)意義。本課題主要研究摻加橡膠粉的水泥穩(wěn)定碎石基層材料的劈裂抗拉強(qiáng)度。所做的主要工作和取得的成果如下： ①原材料性能的分析：包括水泥、碎石和膠粉。采用膠砂試驗測試水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時間、篩分儀進(jìn)行碎石篩分、測出碎石表觀密度、吸水率以及壓碎值。②進(jìn)行擊實(shí)試驗，確定不同水泥劑量對應(yīng)的最佳含水量及最大干密度。③進(jìn)行 7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，確定合適的水泥劑量為 4.8%，對應(yīng)的最佳含水量為 4.3%，最大干密度為 2.305g/cm3。成型膠粉摻量不同的試件，進(jìn)行劈裂抗拉試驗，發(fā)現(xiàn)摻加膠粉不利于水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能，力學(xué)性能與膠粉摻量呈負(fù)相關(guān)，膠粉摻量越高，力學(xué)性能越差。

Abstract： With the rapid development of China's economy， the automobile has become a kind of household goods， more and more cars on the road， with a lot of waste tires. How to make rational use of these waste tires has become an urgent problem in today's society. The application of environmental protection rubber powder in highway construction has irreplaceable practical significance for reducing pollution and protecting natural resources and environment. This paper mainly studies the splitting tensile strength of cement stabilized macadam base material mixed with rubber powder. The main work done and the results achieved are as follows：①Analysis of raw material properties： including cement， gravel and rubber powder. The cement-sand test was used to test the strength and setting time of cement， and the sieve was used to screen gravel， and the apparent density， water absorption and crushing value of gravel were measured. ②The optimum moisture content and maximum dry density of different cement doses were determined by compaction test. ③The 7d unconfined compressive strength test was conducted to determine the appropriate cement dose of 4.8%， the corresponding optimal moisture content of 4.3%， and the maximum dry density of 2.305g/cm3. Split and tensile tests were carried out on the samples with different dosage of molded rubber powder. It was found that the addition of rubber powder was not conducive to the mechanical properties of cement stabilized gravel.

關(guān)鍵詞： 橡膠粉;水泥穩(wěn)定碎石;劈裂抗拉強(qiáng)度

0? 引言

廢舊橡膠污染問題一直困擾著人們，如何合理解決對世界各國來說都是一大難題。早在二十世紀(jì)初，世界各地的科研人員針對廢棄輪胎等橡膠制品的回收再利用方法相繼進(jìn)行了探討。廢舊輪胎出于各種原因無法發(fā)揮其原來的作用，但其良好的彈性和良好的可塑性仍然存在，且沒有粘性，橡膠制品表面的墮水性還能確保其難以吸收水分。若將其制成橡膠粉摻加在混合料中，這些優(yōu)點(diǎn)有助于提高水泥穩(wěn)定碎石基層的抗凍性;在外力荷載作用下，橡膠顆?？梢援a(chǎn)生可恢復(fù)的形變，將其摻加到混合料中，甚至可以賦予水泥穩(wěn)定碎石基層一定的韌性。

1? 原材檢測

1.1 水泥原材檢測

水泥是一種水硬性膠凝材料，在水中能很好的硬化，并且強(qiáng)度可以持續(xù)增長，所以被人們廣泛應(yīng)用于各種工程建設(shè)中，是一種現(xiàn)代工程建設(shè)中不可或缺的膠結(jié)材料。依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/ T F20-2015），對水泥進(jìn)行細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性和膠砂強(qiáng)度等技術(shù)性質(zhì)試驗。檢測結(jié)果如表1。

1.2 碎石原材檢測

在水泥穩(wěn)定碎石基層中，其強(qiáng)度來源主要是靠集料之間的嵌擠作用和水泥的膠結(jié)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的，集料質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到水泥穩(wěn)定基層的質(zhì)量。一般來說，具有良好級配的集料與適當(dāng)?shù)乃鄤┝吭谧罴押繝顟B(tài)下，通過機(jī)械壓實(shí)，養(yǎng)生后能得到優(yōu)良的水泥穩(wěn)定碎石基層。碎石原材檢測結(jié)果見表2。

2? 試驗方法及實(shí)驗結(jié)果分析

2.1 試件的制備

本試驗采用的集料公稱最大粒徑小于19mm，屬于中粒土，根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51—2009），采用規(guī)格為？覬100mm×100mm的圓柱體試模成型試件，采用靜壓成型法制作試件。然后用塑料薄膜包覆，放入到恒溫室內(nèi)（溫度保持在25±2℃）進(jìn)行保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生期的最后一天，將試件浸泡在水中24小時后進(jìn)行試驗。

2.2 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗

2.2.1 試驗過程

把養(yǎng)生至規(guī)定齡期（28d）且水中浸泡24小時的試件用軟的舊布吸取表面水至表干狀態(tài)備用，在壓力機(jī)底座上放置一根壓條，然后將試件橫置在壓條上，在試件頂面平行放置一根壓條，上下壓條要保持平行，且兩根壓條形成的面必須經(jīng)過試件上下底面的直徑，并與升降臺垂直。在試驗過程中，在控制液壓機(jī)的微機(jī)上將速率設(shè)置為1mm/min 以保證使試件的形變速度恒定。本文使用華龍WAW-600 微機(jī)電液伺服試驗機(jī)進(jìn)行試驗，記錄試件破壞時的最大壓力 P（N）。

2.2.2 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果見表3。

2.2.3 試驗結(jié)果分析

《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG /TF 20-2015）要求每組試件的抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)不得大于 10%。由表可知，膠粉摻量為 0%、0.5%、1%、1.5%和 2%的混合料，其28 天劈裂強(qiáng)度變異系數(shù)均未超過 10%，變異系數(shù)小說明試件制作過程比較規(guī)范，由此測得的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)更有準(zhǔn)確性，由表可知： ①各組試件的劈裂強(qiáng)度的最小劈裂強(qiáng)度為 0.4MPa。劈裂強(qiáng)度的形成都是初期速度快，后期增長慢。劈裂強(qiáng)度的增長趨勢和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增長趨勢相一致。②摻加橡膠粉的水泥穩(wěn)定碎石基層試件的劈裂強(qiáng)度要明顯低于沒有添加橡膠粉的試件，且隨著橡膠粉摻量的增加，試件的劈裂強(qiáng)度下降的越多。

3? 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

摻加橡膠粉會降低混合料的劈裂強(qiáng)度，且橡膠粉的摻量越多，力學(xué)性能越差。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)這是因為摻加橡膠粉的混合料中，結(jié)合面變得復(fù)雜，橡膠粉與集料和結(jié)合料的結(jié)合不夠好，橡膠粉之間的結(jié)合面也很脆弱，從而降低了整體的抗壓性，也不利于劈裂強(qiáng)度的增長。

3.2 展望

本文通過一系列試驗得到了橡膠粉對水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能的影響，不過試驗過程中仍存在許多不足和需要改進(jìn)的地方。例如，橡膠顆粉粒徑的變化是否會對半剛性基層的力學(xué)性能產(chǎn)生影響也還需要研究。以下為本實(shí)驗可以進(jìn)行完善的幾個方面：①試驗設(shè)計時確定的水泥摻量為 5%，實(shí)際應(yīng)該對滿足強(qiáng)度要求的 6%和 7%水泥劑量混合料進(jìn)行相應(yīng)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗和彎拉強(qiáng)度試驗;②橡膠粉顆粒的粒徑同樣會對混合料力學(xué)性能產(chǎn)生影響，可以增加橡膠粉粒徑的種類數(shù)，更加細(xì)致地研究不同粒徑的橡膠粉對水穩(wěn)基層力學(xué)性能的影響;③本文僅對不同膠粉摻量下的水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能方面做出了一定的研究，對于工程上的實(shí)際應(yīng)用來說這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，還應(yīng)該從路用性能方面對含膠粉的水泥穩(wěn)定碎石做出研究。

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