不同攤鋪工藝下纖維水泥碎石基層路用性能研究

摘要：水泥碎石穩(wěn)定基層被廣泛應(yīng)用于高速公路路面結(jié)構(gòu)中，其攤鋪工藝是影響大厚度水泥碎石穩(wěn)定基層承載力及路面結(jié)構(gòu)性的重要因素。通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗，分析了一次攤鋪成型、兩次攤鋪成型且中部連接、兩次攤鋪成型且中部不連接3種攤鋪工藝下，纖維水泥碎石穩(wěn)定基層的路用性能。結(jié)果研究表明：在水泥碎石穩(wěn)定混合料中添加0.05%聚乙烯醇纖維，能夠有效提高水泥碎石混合料的抗壓強度，提高幅度和混合料層間連續(xù)性成正相關(guān)。不同攤鋪工藝下，纖維水泥碎石混合料的抗壓強度，由大到小依次為一次攤鋪成型、兩次攤鋪成型且中部連接、兩次攤鋪成型且中部不連接，且不同養(yǎng)護齡期情況下，無側(cè)限抗壓強度表現(xiàn)的規(guī)律相同。

關(guān)鍵詞：水泥碎石穩(wěn)定基層;聚乙烯醇纖維;攤鋪工藝;無側(cè)限抗壓強度

0" "引言

水泥碎石穩(wěn)定基層是我國公路修建過程中，常見的道路基層形式之一[1-5]。水泥碎石基層施工中，考慮到鋪筑厚度較大，往往采用分層填筑施工。分層填筑施工導(dǎo)致基層分層之間的連續(xù)性較差，成為受力軟弱面，從而降低了水泥碎石基層的整體穩(wěn)定性，對公路路基的承載不利[6-10]。纖維材料具有質(zhì)量輕、成本低且污染小等優(yōu)點，能夠有效提高水泥碎石混合料的抗拉強度[11-15]，本文以不同種類纖維材料和攤鋪工藝的水泥碎石混合料為研究對象，利用室內(nèi)無側(cè)限抗壓可抗拉試驗，對纖維水泥碎石基層路用性能進行研究。

1" "原材料及其特性

1.1" "水泥

常見的水泥類型有普通硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，在選擇水泥材料時，應(yīng)該從初凝和終凝時間、水化熱、強度等幾個方面進行控制：

1.1.1" "初凝和終凝時間

為滿足施工要求，一般水泥的終凝時間應(yīng)不小于6h。

1.1.2" "水化熱

盡可能選擇水化熱小的水泥材料，以減少混凝土凝固時的收縮裂縫。

1.1.3" "強度

水泥的強度要求主要包括抗壓強度和抗折強度兩個方面，水泥標號不得低于32.5。本次試驗采用普通硅酸鹽水泥，具體參數(shù)如表1所示。由表1可知，水泥材料的初凝、終凝時間和強度指標都符合規(guī)范要求，可用于公路路面鋪筑。

1.2" "粗、細集料

在水泥碎石混合料中，粗集料起著骨架作用，細集料起著填充和潤滑的作用，兩者均對水泥碎石穩(wěn)定混合料的密實度和強度有重要影響。因此，在選擇粗、細骨料時，應(yīng)該對骨料本身的性能和級配進行控制。粗細骨料的界限粒徑大小一般為4.75mm。

1.2.1" "粗骨料

粗骨料在水泥碎石混合料中的比重較大，粗骨料顆粒之間的咬合是水泥碎石混合料的主要強度來源，考慮到施工條件，需要對粗骨料的最大粒徑進行限制。粗骨料的粒徑過大不僅會造成材料離析，還會導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫等病害。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，粗骨料的最大粒徑不得超過37.5mm。

對試驗所用的粗骨料進行篩分，得到粗骨料的級配曲線如圖1所示。由圖1可知，粗骨料的最大粒徑不大于37.5mm，且級配良好，符合規(guī)范要求。

1.2.2" "細骨料

細骨料的級配應(yīng)良好，且干燥無雜質(zhì)，其級配曲線如圖2所示。由圖2可知，細集料的級配也滿足規(guī)范要求。通過烘干法對細集料的含水率進行測定，得到細集料的含水率僅為2.1%，可認為其處于干燥狀態(tài)。

1.3" "纖維材料

聚乙烯醇纖維具有強度高、抗老化性能好等優(yōu)點，能夠有效提高水泥碎石混合料的抗拉強度，被廣泛應(yīng)用于混凝土中，如圖3所示。

2" "水泥纖維碎石基層路用性能研究

2.1" "試驗方案

本次試驗主要考慮纖維和水泥碎石基層攤鋪工藝，對水泥纖維碎石混合料路用性能的影響，因此纖維選擇添加和不添加兩種情況（纖維含量控制在0.05%，纖維長度為12mm），攤鋪工藝選擇一次成型、兩次成型且層間不添加結(jié)合劑、兩次成型且層間添加結(jié)合劑，共有6中工況，如表2所示。通過室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗，得到不同工況下水泥纖維碎石混合料的抗壓強度，以此對其路用性能進行評價。

2.2" "試樣制備及試驗過程

試件成型選取直徑150mm，高度150mm的圓形立柱，根據(jù)表2中的試驗方案，在最佳含水量條件下，制備不同工況的水泥纖維碎石試件。其中聚乙烯醇纖維的長度選擇12mm，其中兩次分層成型過程中，上部圓柱高度為80mm，下部圓柱高度為70mm。上、下部圓柱之間的連接采用水灰比為0.6的水泥凈漿進行黏結(jié)，并保證連接部位平整緊密。將制備好的試樣放置到恒溫箱中進行養(yǎng)護至28d。一次成型如圖4所示。中部連接兩次分層成型如圖5所示。中部不連接兩次分層成型如圖6所示。標準恒溫箱如圖7所示。

基層材料的無側(cè)限抗壓強度是影響道路穩(wěn)定性的重要影響因素，其抗壓強度若不能夠滿足路面承載力要求，則路面會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，直接影響行車舒適度和行車安全，因此在進行基層鋪筑前，需要對鋪筑材料進行無側(cè)限抗壓強度試驗。

首先將液壓機承載板清理干凈，保證圓柱試件的上下面和加載板緊密接觸，然后將制備好的試樣放置到壓力機上，以1mm/min的加載速率加壓，直至纖維水泥碎石圓柱試件破壞為止。然后記錄最大破壞荷載，對數(shù)據(jù)進行處理。根據(jù)公式（1）得到不同工況下水泥穩(wěn)定碎石材料的無側(cè)限抗壓強度;

R=P/A （1）

式中：

R——無側(cè)限抗壓強度，MPa;

P——試樣破壞時壓力，N;

A——試樣的截面積。

2.3" "試驗結(jié)果分析

基層承載力是保證路面不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞的重要指標之一，在施工過程中公路基層的攤鋪工藝是影響公路基層承載力的重要影響因素。圖8為養(yǎng)護時間為28天條件時，不同攤鋪工藝下水泥碎石混合料的抗壓強度[16-20]。

由圖8可知，當(dāng)養(yǎng)護時間相同時（28d），在水泥碎石混合料中添加0.05%的聚乙烯醇纖維，能夠明顯提高水泥碎石混合料的無側(cè)限抗壓強度。一次攤鋪成型時，水泥碎石混合料的抗壓強度由4.2MPa提高為6.2MPa，增加幅度為47.6%;兩次攤鋪成型且中部連接時，水泥碎石混合料的抗壓強度由3.5MPa提高為4.0MPa，增加幅度為14.3%;兩次攤鋪成型且中部不連接時，水泥碎石混合料的抗壓強度由3.2MPa提高為3.5MPa，增加幅度為9.4%。添加聚乙烯醇纖維對水泥碎石混合料強度的提升，會隨著混合料連續(xù)性的降低而降低。

相同養(yǎng)護時間且均添加聚乙烯醇纖維情況下，不同攤鋪工藝下纖維水泥碎石混合料的抗壓強度，由大到小依次為一次攤鋪成型、兩次攤鋪成型且中部連接、兩次攤鋪成型且中部不連接，其中一次攤鋪成型水泥碎石混合料抗壓強度比兩次攤鋪成型且中部連接高55%，兩次攤鋪成型且中部連接比兩次攤鋪成型且中部不連接高14.4%，且不同養(yǎng)護齡期情況下，無側(cè)限抗壓強度表現(xiàn)的規(guī)律相同。這是因為一次攤鋪成型試樣為完全連續(xù)狀態(tài)，兩次攤鋪成型且中部連接試樣為半連續(xù)狀態(tài)，兩次攤鋪成型且中部不連接為光滑狀態(tài)。半連續(xù)和光滑狀態(tài)下水泥碎石穩(wěn)定混合料的連接部位為薄弱面，在外力作用下容易發(fā)生滑移。在混合料中添加0.05%聚乙烯醇纖維有利于增加薄弱面處的抗滑移能力，故無側(cè)限抗壓強度有所提高。

3" "結(jié)論

在施工工藝的制約下，進行水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑過程中，往往采用分層填筑。分層填筑容易在分層填筑的層間產(chǎn)生薄弱面，從而降低公路路面的整體承載力。本文利用室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗，對不同攤鋪工藝下纖維水泥碎石穩(wěn)定混合料進行，探究大厚度水泥碎石穩(wěn)定混合料的路用性能。

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