骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能研究

沈 陽，汪仲卿，葉仕鎮(zhèn)，邱 實

(蘇交科華東(浙江)工程設計有限公司 杭州市 310012)

0 引言

骨架密實結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石具有較高強度(抗拉強度)，較低的溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)，從而表現(xiàn)出良好的抗裂性能[1-2]。水泥穩(wěn)定碎石混合料中0.075mm以下的細集料含量越多，混合料抵抗干縮能力越差[3-4]。安徽省、河南省、浙江省、江蘇省等都已經(jīng)提出了抗裂性骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石的級配并制定了地方標準，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料已經(jīng)廣泛應用在上述省份的公路建設中。主要針對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能進行研究，分析骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能以及水泥劑量對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響。

1 水泥穩(wěn)定碎石級配設計

水泥穩(wěn)定碎石材料均采用四檔料，分別為：0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，各擋材料的篩分結(jié)果見表1。

表1 石料篩分結(jié)果

通過對四檔材料進行級配設計，分別得到骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石的設計級配，設計級配詳見表2、表3、圖1、圖2。

圖1 懸浮密實型水穩(wěn)定碎石級配

圖2 骨架密實型水穩(wěn)定碎石級配

表2 骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石級配

表3 懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石級配

2 干縮試驗結(jié)果分析

現(xiàn)今測量水泥穩(wěn)定級配碎石干縮特性有兩種常用方法：一種是通過讀取安裝在試件兩側(cè)的千分表數(shù)值來反映試件本身的干縮特性，精確度可達10-6；另一種是使用電阻應變計通過被測材料試件與補償試件接入臥式半橋連接而產(chǎn)生的電阻變化率精確測定試件本身的干縮特性，精確度可達10-11。根據(jù)試驗條件和對精度的要求，本項目采用千分表測量干縮量的方法，即將兩只千分表安裝在試件兩側(cè)，分別讀數(shù)，總和即為干縮量，并對試件稱重。

失水率：

(1)

干縮應變：

(2)

平均干縮系數(shù)：

(3)

式中：M0—標準試件的初始重量(g)；

Mt—干縮試驗t時標準試件的重量(g)；

w—試件的含水量，以試件的最佳含水量代；

δl0、δr0—千分表左表、右表初始讀數(shù)(mm)；

δlt、δrt—干縮試驗t時千分表左表、右表讀數(shù)(mm)；

L0—試件的初始長度(400mm)；

εt—試驗期為t時的干縮應變；

αt—干縮試驗t時的平均干縮系數(shù)。

本次干縮試驗分為兩組，每組5個平行試件，三組試件分別為3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件、3.0%水泥劑量懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件以及2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。通過室內(nèi)干縮試驗對比研究級配類型以及水泥劑量對水泥穩(wěn)定碎石材料干縮性能的影響。

(1)骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能影響分析

通過表4及圖3、圖4可知骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第7d干縮應變和干縮系數(shù)相對于第28d干縮應變和干縮系數(shù)均呈現(xiàn)急劇增加的趨勢。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應變是第7d干縮應變的2.61倍，干縮系數(shù)是第7d干縮應變的2.03倍。

表4 骨架密實型與懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗結(jié)果

圖3 干縮應變隨失水率變化曲線

圖4 干縮系數(shù)隨時間變化曲線

懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應變是第7d干縮應變的2.76倍，干縮系數(shù)是第7d干縮系數(shù)的2.12倍。第28d后骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應變和干縮系數(shù)增加速度均逐漸變緩。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應變相對于28d的增加了37.4%，干縮系數(shù)增加了16.3%；懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應變相對于28d的增加了113.5%，干縮系數(shù)增加了78.6%。

隨著時間的推移骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石的干縮應變與干縮系數(shù)在28d后增長幅度逐漸變緩，但是懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的增長幅度明顯要大于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應變和干縮系數(shù)均小于懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。

(2)水泥劑量對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能得影響

通過表5及圖5、圖6可知水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件前28d干縮應變和干縮系數(shù)急劇增加，28d后增速逐漸放緩。3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應于28d齡期增加了16.3%，干縮應變增加了37.4%。2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應于28d齡期增加了8.5%，干縮應變增加了27.6%。

表5 不同水泥劑量骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗結(jié)果

圖5 干縮應變隨失水率變化曲線

圖6 干縮系數(shù)隨時間變化曲線

通過對比可知：2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應變以及干縮系數(shù)均比3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應變和干縮系數(shù)要低。

3 結(jié)論

(1)骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應變和干縮系數(shù)要低于懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件，骨架密實型水泥穩(wěn)定材料的干縮抗裂性能要優(yōu)于懸浮密實型。

(2)水泥穩(wěn)定碎石材料的干縮均主要發(fā)生在前28d，后期干縮應變以及干縮系數(shù)增長緩慢，但是懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的后期增長幅度明顯要大于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。

(3)水泥穩(wěn)定碎石材料性能受水泥劑量影響較大，2.5%水泥劑量的干縮系數(shù)相應于3.0%水泥劑量的干縮系數(shù)降低了28.3%。因此在施工實際過程中，盡量避免單純通過提高水泥劑量來提高強度指標，建議對水泥穩(wěn)定材料級配進行優(yōu)化設計。