摻加膠粉的水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度性能研究

王云鵬，楊文平，張明堂 （華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

1 引言

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層材料具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、剛度大、低造價和原材料來源廣泛等優(yōu)點。但是在水分缺失、溫度變化較大等自然因素和超載車輛不斷碾壓的綜合作用下，水泥穩(wěn)定碎石基層材料具有收縮變形大、易開裂等缺點。廢舊輪胎由于技術(shù)限制，不能再發(fā)揮其原來的作用，但是良好的彈性和可塑性仍然存在，且沒有粘性，膠粉的憎水性可以確保其難以吸收水分。如果將其摻在混合料中，可以賦予混合料一定的韌性，同時也可以提高水泥穩(wěn)定碎石基層的抗凍性。同濟(jì)大學(xué)熊杰等人發(fā)現(xiàn)：摻有橡膠顆粒的水泥穩(wěn)定碎石基層的抗壓強(qiáng)度與橡膠顆粒的摻量呈負(fù)相關(guān)；何勇等人系統(tǒng)研究了含有橡膠顆粒的水穩(wěn)天然骨料的力學(xué)強(qiáng)度，他們發(fā)現(xiàn)：水穩(wěn)天然集料混合料的抗壓強(qiáng)度與摻加橡膠顆粒的粒徑大小有關(guān)系，抗壓強(qiáng)度與橡膠粒徑呈負(fù)相關(guān)，橡膠顆粒粒徑越小，抗壓強(qiáng)度損失率越小。覃峰等人通過對含不同摻量膠粉的水泥穩(wěn)定碎石試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗和抗沖刷性能試驗，測定和分析不同摻量的橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗沖刷能力變化，對橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石基層的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。本文主要研究膠粉對水泥穩(wěn)定碎石基層材料抗壓強(qiáng)度的影響。

2 原材檢測

2.1 水泥原材檢測

水泥是一種水硬性膠凝材料，其主要化學(xué)成分為3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3，能夠在水中硬化，保持強(qiáng)度的持續(xù)增長。作為一種極其重要的膠結(jié)材料，被廣泛的應(yīng)用在土木、水利、交通道路等不同的工程中。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)行原材檢測。檢測結(jié)果見表1。

2.2 碎石原材檢測

由于水泥穩(wěn)定碎石基層的強(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)度來實現(xiàn)的，所以集料的質(zhì)量極為重要。集料應(yīng)干凈，干燥，無風(fēng)化。其中要求集料顆粒應(yīng)有棱角且具有足夠的強(qiáng)度。一般來講，在最佳含水率的狀態(tài)下，級配較為良好的集料與適當(dāng)?shù)乃鄤┝浚ㄟ^壓實和養(yǎng)生，可以得到性能優(yōu)良的水泥穩(wěn)定碎石基層。碎石原材檢測結(jié)果見表2。

水泥原材檢測結(jié)果 表1

碎石原材檢測結(jié)果 表2

3 試驗方法及實驗結(jié)果分析

3.1 試件的制備

本課題試驗所選用的骨料最大公稱粒徑小于19mm，屬中粒土，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），采用靜壓成型法，制作規(guī)格為φ100mm×100mm的圓柱形試件。然后放入養(yǎng)護(hù)室（溫度保持在25℃±2℃）內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，在養(yǎng)生期的最后一天需把試件在水中浸泡24h，再進(jìn)行試驗。

3.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

3.2.1 試驗過程

將養(yǎng)生到期的試件從水中取出，用毛巾擦拭試件，吸取試件表面自由水至表干狀態(tài)備用，放在試驗機(jī)上，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。在試驗過程中，微機(jī)端采用1mm/min的速率以保證試件能夠保持恒定的形變速度，記錄試件破壞時的最大壓力 P（N）。

3.2.2 試驗結(jié)果

見表3。

3.2.3 試驗結(jié)果分析

①依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF 20-2015），每組試件的抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)不得大于10%。由表可知，膠粉摻量不同的混合料，其變異系數(shù)均小于10%，變異系數(shù)較小，說明試件制作規(guī)范，其測得的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)更加具有準(zhǔn)確性。

不同膠粉摻量下28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 表3

②摻加橡膠粉混合料成型的試件28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯降低，且膠粉摻量越高，強(qiáng)度越低。這是因為膠粉的特質(zhì)，在試件受到外力作用時，膠粉顆粒會產(chǎn)生形變，不能給結(jié)構(gòu)提供足夠的支撐。當(dāng)混合料承受外力作用的時候，膠粉不能和細(xì)集料一樣發(fā)揮嵌擠作用，表現(xiàn)為摻加膠粉的試件28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于未摻加膠粉的試件。

4 結(jié)論

摻加橡膠粉的混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有所下降，并且膠粉的摻量越多，其力學(xué)性能越差。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這是因為膠粉本身承受壓力的能力較差和結(jié)合能力弱的特點，不利于混合料的強(qiáng)度開展和結(jié)合面的強(qiáng)度上升。