基于試驗研究水泥穩(wěn)定碎石的強度影響因素

李成俊

（貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司,貴州 遵義 563100）

0 引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，公路建設(shè)也取得飛躍式發(fā)展，道路中的基層作為路面結(jié)構(gòu)的承重層，其使用材料的好壞會影響路面的質(zhì)量和使用性能。水泥穩(wěn)定碎石材料在我國是使用較多的路基材料，專家學(xué)者們對其展開了許多研究，其中在振動成型方法方面的研究有沙愛民[1-2]等人通過試驗對振動參數(shù)的設(shè)置、振動法成型的試件方法進行研究，提出四種骨架結(jié)構(gòu)。蔣應(yīng)軍[3]等人對振動法形成的水泥穩(wěn)定碎石強度影響因素進行研究，得出齡期及水泥劑量對強度的影響規(guī)律。張立明[4]對水泥穩(wěn)定全部再生骨料基層的路用性能進行研究，結(jié)果表明水泥穩(wěn)定全部再生骨料基層具有良好的路用性能。許海云[5]等人對水泥穩(wěn)定碎石的混合料進行設(shè)計，通過實際應(yīng)用表明其施工應(yīng)用性。還有需要研究學(xué)者[6-8]通過工業(yè)CT斷層掃描計算對基層材料的內(nèi)部構(gòu)造進行研究?，F(xiàn)有的研究已取得一定的成果，但在試驗研究上還存在不足。

為此該文在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)試驗的方法進行研究，主要的研究內(nèi)容包括試件制備、成型方式對無側(cè)限抗壓強度影響分析、振動成型條件下水泥劑量及振動時間對無側(cè)限抗壓強度的影響分析。希望該文的研究能促進行業(yè)的發(fā)展。

1 試件制備

1.1 原材料

該次試驗所采用的原材料主要包括水泥、水和集料，以下對原材料的基本性能進行分析。

1.1.1 水泥

該次試驗所采用的水泥為42.5級的普通硅酸鹽水泥。其基本性能指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥的基本性能指標(biāo)表

從表1中可知，該次使用的水泥符合規(guī)范要求。

1.1.2 集料

該次試驗所用材料的集料按粒徑的大小分為四種，其中1#集料的粒徑為20~30 mm，2#集料的粒徑為10~20 mm，3#集料的粒徑為5~10 mm，4#集料的粒徑為0~5 mm。其基本性能指標(biāo)如表2所示。

表2 集料的計算指標(biāo)試驗結(jié)果表

從表2中可知，該次試驗的集料符合規(guī)范的要求。

1.1.3 級配設(shè)計

該文設(shè)計的級配曲線如圖1所示。

圖1 試驗級配曲線圖

1.1.4 試件的成型與養(yǎng)護

該文為研究不同成型方式的影響，分別采用旋轉(zhuǎn)壓實法、振動壓實法和重型擊實法三種壓實方法進行試件成型，其中旋轉(zhuǎn)壓實成型是采用旋轉(zhuǎn)壓實法得到的，通過旋轉(zhuǎn)壓實得到相應(yīng)的最大干密度和最佳含水率，該次旋轉(zhuǎn)壓實成型試驗中所采用的壓實度為98%，基座旋轉(zhuǎn)壓實的角度為1.30°，所施加的壓頭壓力為650 kPa，旋轉(zhuǎn)的速度為35 rpm，壓實的次數(shù)為250次，通過SGC旋轉(zhuǎn)壓實儀進行試件的壓實成型；振動壓實法是采用振動壓實儀進行試件的成型，該次的振動壓實試驗所采用的壓實度為98%，振動的工作頻率為30 Hz，名義的振幅為1.5 mm，成型的過程中將拌制均勻的水泥穩(wěn)定碎石混合料分3次裝入試模中，隨后啟動儀器進行振動壓實成型，振動壓實的時間分別設(shè)置為30 s 、60 s、90 s和120 s；重型擊實法下得到試件屬于靜壓成型試件，通過配合比計算得到試件所需要的石料、水泥及水的用量，通過混合攪拌得到尺寸為150 mm×150 mm的圓柱形試件；待試件成型后，將重型擊實法和振動壓實度得到的試件在初凝4 h后進行脫模，旋轉(zhuǎn)壓實法的試件需要在終凝8 h后再進行實際的脫模，將脫模后的試件放入養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室的養(yǎng)護溫度為18~22 ℃，相對的濕度大于95%。

2 成型方式對無側(cè)限抗壓強度的影響分析

根據(jù)不同成型方法得到的試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗，該次試驗中試件的水泥劑量為5%，結(jié)果如表3所示：

表3 不同成型條件下水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度結(jié)果表

從表3中可以看出，在相同的級配和相同的水泥劑量下，重擊壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度最小，旋轉(zhuǎn)壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度次之，振動壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度最大，振動時間越長，振動壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度越大，并且可以發(fā)現(xiàn)隨著齡期的延長，不同成型條件下的試件抗壓強度逐漸增大。

在細級配中，當(dāng)齡期為7 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.54倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.17倍；在齡期為28 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.66倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.36倍；在齡期為60 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.76倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.31倍。

在中級配中，當(dāng)齡期為7 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.53倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.24倍；在齡期為28 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.59倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.41倍；在齡期為60 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.70倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.52倍。

在粗級配中，當(dāng)齡期為7 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.39倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.26倍；在齡期為28 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.39倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.39倍；在齡期為60 d時，旋轉(zhuǎn)壓實車型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的1.54倍，120 s振動成型的試件抗壓強度為重擊壓實成型的2.54倍。

3 振動成型下水泥劑量的影響分析

該文設(shè)置不同摻量水泥劑量的實驗組進行對比試驗，分析在振動成型條件下水泥劑量對試件無側(cè)限抗壓強度的影響。水泥劑量分別為4.5%，5.0%和5.5%三組，試驗結(jié)果如表4所示：

表4 不同水泥劑量下水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度結(jié)果表

從表4中可以看出，在相同的級配和相同的齡期情況下，當(dāng)水泥劑量相同時，隨著振動壓實時間的增加，試件的無側(cè)限抗壓強度越高；相同振動時間情況下，隨著水泥劑量的增加，試件的無側(cè)限抗壓強度也隨之增大。

在細級配中，當(dāng)齡期為7 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.073倍；當(dāng)齡期為28 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.074倍；當(dāng)齡期為60 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.078倍。

在中級配中，當(dāng)齡期為7 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.083倍；當(dāng)齡期為28 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.091倍；當(dāng)齡期為60 d時，在水泥劑量為5.0%時，120s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.084倍。

在粗級配中，當(dāng)齡期為7 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.082倍；當(dāng)齡期為28 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.098倍；當(dāng)齡期為60 d時，在水泥劑量為5.0%時，120 s振動時長下試件的無側(cè)限抗壓強度是90 s振動時長的1.079倍。

4 結(jié)論

該文通過研究表明：在相同的級配中和相同的水泥劑量情況下，振動壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度最大，重擊壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度最小，旋轉(zhuǎn)壓實成型的試件無側(cè)限抗壓強度居中；在振動成型情況下，當(dāng)水泥劑量相同時，隨著振動壓實時間的增加，試件的無側(cè)限抗壓強度越高；相同振動時間情況下，水泥劑量的增加，試件的無側(cè)限抗壓強度也隨之增大。