無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的無(wú)測(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

李慧

（長(zhǎng)治市致誠(chéng)工程檢測(cè)有限公司，山西長(zhǎng)治 046000）

0 引言

無(wú)機(jī)黏結(jié)穩(wěn)定材料是一種半剛性材料，廣泛應(yīng)用于高端基層和基層道路鋪裝，稱為半剛性基層和基層。為了提高無(wú)機(jī)黏合劑穩(wěn)定材料的強(qiáng)度而不受側(cè)向壓力限制，有必要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以確保穩(wěn)定的無(wú)機(jī)黏合劑穩(wěn)定的材料的材料抗壓強(qiáng)度得到提高，從而為提高道路建設(shè)和使用質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[1]。

1 試驗(yàn)設(shè)備與方式

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

液壓機(jī)需滿足《液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)》（GB/T 3722）和《試驗(yàn)機(jī) 通用技術(shù)要求》（CB/T 2611）的現(xiàn)有要求，需要實(shí)際試驗(yàn)精度控制在±1%，同時(shí)液壓機(jī)需要裝配有用于下載及下載速度控制的顯示器與控制器。上、下板平整，具有足夠的剛度，能均勻連續(xù)地裝卸，并能保持恒定的載荷。靈活的啟動(dòng)和停止可滿足樣品噸位要求，壓力加載速度可有效控制在1mm/min。電子秤：量程15kg，靈敏度0.1g；測(cè)量范圍4000g，靈敏度0.01g。測(cè)量?jī)x器、攪拌器、鋁爐、烤箱等的尺寸。電氣斷路器、反力框架：反力超過(guò)400kN。液壓升降機(jī)：200～1000kN。鋼尺：測(cè)量范圍200mm 或300mm，最小尺寸1mm。游標(biāo)尺：測(cè)量距離200mm 或300mm。電子秤：范圍15kg，靈敏度0.1g；測(cè)量范圍4000g，靈敏度0.01g 壓力試驗(yàn)機(jī)：可互換千斤頂和反作用框架，范圍不小于2000kN，行程和速度可調(diào)[2]。

1.2 試驗(yàn)制備

典型的干空氣樣品必須用木錘或研磨機(jī)研磨而不會(huì)損壞原始顆粒尺寸。土壤調(diào)查和分類。如果樣品為粗顆粒土壤，則需要將高于40mm 的顆粒去除。如果樣品中等，則需要將尺寸小于25mm 或20mm 的顆粒物去除；如果樣品為細(xì)粒土壤，則需要將大于10mm 的顆粒去除[3]。

1.3 試驗(yàn)流程

（1）樣品的直徑高度比一般為1:1，樣品可根據(jù)需要形成1:1.5 或1:2。試驗(yàn)根據(jù)壓實(shí)度水平，按照體積標(biāo)準(zhǔn)，采用靜力壓實(shí)法制備。

（2）典型的風(fēng)干試驗(yàn)材料（如有必要，可在50°C 的干燥室中干燥）必須用木錘或破碎機(jī)研磨而不損壞顆粒的原始直徑。土壤應(yīng)篩分并按最大顆粒大小的大篩子分類。

（3）應(yīng)在計(jì)劃試驗(yàn)前一天進(jìn)行有代表性的試驗(yàn)，以確定其在干水中的含量。對(duì)于細(xì)粒土壤，樣品必須至少為100g；對(duì)于平均顆粒，樣品必須至少為1000g；對(duì)于粗粒土壤，樣品必須至少為2000g。

（4）確定無(wú)機(jī)黏合劑穩(wěn)定材料的最佳含水量和最大干密度。

（5）根據(jù)壓實(shí)結(jié)果，稱重一定質(zhì)量的干土，其質(zhì)量根據(jù)樣品的大小而變化。50mm×50mm 樣品，一個(gè)樣品需要約180～210g 干土；φ100mm×100mm 樣品，一個(gè)樣品需要1700～1900g 干土壤；對(duì)于尺寸為150mm×150mm 的樣品，一個(gè)樣品大約需要5700～6000g 干土。對(duì)于細(xì)粒土壤，可同時(shí)稱重6 個(gè)樣品；對(duì)于中等大小的土壤，建議同時(shí)稱重一個(gè)土壤樣本；對(duì)于粗粒土壤，一次只能稱重一個(gè)土壤樣本[4]。計(jì)算公式如式（1）至式（3）所示。

式中：V——試模體積；ω——穩(wěn)定土混合料含水量，%；ρd——穩(wěn)定土試件干密度；濕土質(zhì)量——試驗(yàn)前的濕土質(zhì)量；干土質(zhì)量——試驗(yàn)后的干土質(zhì)量。

在浸漬試驗(yàn)材料中加入規(guī)定數(shù)量的水泥或石灰（水泥或石灰的數(shù)量以干土或干填料質(zhì)量的百分比計(jì)算）并均勻混合?；旌蠒r(shí)，應(yīng)向土壤中添加3%的水（對(duì)于細(xì)粒土壤），以確?；旌现械乃趾孔罴?。與水泥均勻混合的混合物必須按照以下方法在幾天內(nèi)從樣品中制備出來(lái)，超過(guò)1h 的混合物必須扔掉。雖然其他黏合劑穩(wěn)定土的混合物不受此限制，但樣品也應(yīng)盡快生產(chǎn)。試驗(yàn)?zāi)＞叩牡蛪褐胖迷谠囼?yàn)?zāi)＞叩牡撞浚┞对?cm 左右（使用漏斗），將稱量的規(guī)定數(shù)量M2 的穩(wěn)定材料混合料分2～3 次灌入試模中，每次灌入后，用搗錘輕輕均勻地插入。如果制造了尺寸為50mm×50mm的小樣品，可以將混合物倒入試驗(yàn)?zāi)K一次，然后將頂部壓力柱放入試驗(yàn)?zāi)K。上下壓力柱也必須暴露在2cm 左右（即在試驗(yàn)?zāi)Ｍ獗┞兜膲毫χ纳舷虏糠直仨毾嗟龋?。整個(gè)試驗(yàn)?zāi)＃ㄅc下壓力柱相同）放在反應(yīng)框架內(nèi)的千斤頂上（千斤頂下必須有一個(gè)扁平的球形支架），并保持壓力，直到上下壓力柱壓在試驗(yàn)?zāi)Ｉ稀１３謮毫?min。釋放壓力后，取出測(cè)試模具，取出頂部壓力柱并將其放置在壓力機(jī)上以測(cè)試元件可以浮上來(lái)。其元件重量為M2，體積小，在測(cè)量過(guò)程中可以確保精確度達(dá)到1g；而中間試樣精度可以達(dá)到2g；實(shí)際測(cè)試精度可達(dá)到5g，然后使用光標(biāo)尺以0 刻度為精度測(cè)量樣品的高度，確保誤差在1mm 以內(nèi)。除此之外，使用錘子制作樣品的過(guò)程與上述大致相同，只需使用錘子（錘子可用于密封樣品，但柱子頂部應(yīng)涂有皮革或橡膠，以保護(hù)錘子表面和柱子頂部不受損壞）即可將柱子頂部和底部插入試驗(yàn)?zāi)＞遊5]。

2 結(jié)果分析

2.1 土塑性與塑性指數(shù)

特定的物體在外部壓力的作用下，可以對(duì)其形狀發(fā)生變化，同時(shí)也可以在不破壞其完整性的狀態(tài)下，完成形狀變化。當(dāng)外部壓力解除后，形狀已經(jīng)發(fā)生變化的物體會(huì)保持現(xiàn)狀，并不會(huì)恢復(fù)成壓力變化前的情況，同時(shí)部分物體在壓力與溫度的作用下，也會(huì)出現(xiàn)塑性情況；粘性土壤在一定濕度下是可塑的。黏土是可塑的，而沙子不是，所以黏土也叫塑性土，沙子叫非塑性土[6]。

在地質(zhì)工程中，常用兩個(gè)含水量極限來(lái)表示黏土的可塑性。①塑性下限或塑性下限：半固態(tài)和塑性狀態(tài)的極限濕度，不影響土顆粒相對(duì)位移和土的完整性的最小含水量。②塑性上限或液限：塑性和流動(dòng)狀態(tài)的邊界水含量，即強(qiáng)結(jié)合水含量加上弱結(jié)合水含量。兩個(gè)邊界水位之差即為塑性指數(shù)PI，計(jì)算公式如式（4）所示。

式中：LL——塑性和流動(dòng)狀態(tài)的邊界水含量；PL——半固態(tài)和塑性狀態(tài)的極限濕度，兩者之差即為塑性指數(shù)。

需要注意的是，式（4）是一種常見的表示方法，實(shí)際應(yīng)用中也可能有不同的公式或方法來(lái)計(jì)算塑性指數(shù)。此外，在計(jì)算塑性指數(shù)時(shí)，還需確保所使用的液限和塑性下限數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

IP 是黏土中的含水量范圍，隨塑性變化，通過(guò)百分比表示。塑性指數(shù)越高，土壤的塑性越強(qiáng)，土壤中的黏土含量越高。塑性指數(shù)越高，促使試驗(yàn)土壤在塑性情況下的含水量也會(huì)逐漸增加。一般情況下，塑性指標(biāo)與土壤結(jié)合的含水量密切相關(guān)，土壤結(jié)合的含水量會(huì)隨著塑性指標(biāo)的大小而出現(xiàn)變化。同時(shí)，土壤中存在的顆粒、礦物質(zhì)、離子、分子與水濃度與土壤塑性指標(biāo)也息息相關(guān)，由于塑性指數(shù)綜合了在一定程度上影響?zhàn)ね霖?cái)產(chǎn)的幾個(gè)重要因素，因此通常按塑性指數(shù)對(duì)黏土進(jìn)行分類[7]。

2.2 土料分析

每個(gè)取土坑都有一層厚度不一的可處理層，厚度為1～2m。從每個(gè)坑的頂部取出土壤樣本。農(nóng)業(yè)土壤含有大量的有機(jī)成分，如植物和動(dòng)物的排泄物，大大增加土壤的可塑性。土壤的下部是無(wú)機(jī)物，幾乎沒有或沒有有機(jī)物。使用焙燒法和失重燃燒法對(duì)有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行定性和定量測(cè)試，進(jìn)一步揭示土壤材料下的無(wú)機(jī)土壤特性。從每個(gè)地塊下方的土壤中進(jìn)行土壤取樣。根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL 237—2019），有機(jī)或無(wú)機(jī)土壤是根據(jù)動(dòng)植物殘留物和土壤中未完全降解的無(wú)定形物質(zhì)來(lái)確定的。體有黑色、藍(lán)色或黑色氣味，手感有彈性、海綿狀。如有疑問(wèn)，樣品可在105～110°C 的烘箱中烘烤1d。焙燒后，當(dāng)樣品液限降至未焙燒樣品液限的3/4 時(shí)，樣品為有機(jī)物。土樣試驗(yàn)規(guī)范中酒精燃燒法參考：根據(jù)濕土樣燃燒前后水分散引起的土樣質(zhì)量變化來(lái)測(cè)定含水量。取土樣50g，在105～110℃恒溫箱中烘干，用酒精灼燒3 次。單元單獨(dú)燃燒，得到質(zhì)量損失率，判斷有機(jī)物的整體狀態(tài)。

2.3 塑性對(duì)土力學(xué)特性的影響

從力學(xué)性能指標(biāo)變化來(lái)看，塑性指標(biāo)影響土體AV壓縮比、壓縮模量ES、抓地力、內(nèi)摩擦角。粉塵的塑性指數(shù)小于10，當(dāng)沙子的塑性指數(shù)在10 左右時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)力學(xué)特征增加、外部壓力縮減導(dǎo)致變形效果減少、模型變形量增加、模型附著力減少、擦角增加。對(duì)于塑性指數(shù)高的黏土，其性能指標(biāo)與塑性指數(shù)＜10 的粉體有顯著差異。基材換算承載力的力學(xué)指標(biāo)偏差小。在含水量相同的情況下，塑性指數(shù)與內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角有一定的線性關(guān)系，可參考相應(yīng)的液體指數(shù)[8]。

2.4 灰土質(zhì)量

灰土通常用于鋪設(shè)，而在石灰土中，土壤材料的選擇和石灰的質(zhì)量直接影響干密度和強(qiáng)度。不同的土壤材料具有相同的密封功能，但其最大干密度和最佳含水量不同。一般來(lái)說(shuō)，IP 值高的土，含水量極限長(zhǎng)，可以壓實(shí)，壓實(shí)好，施工過(guò)程容易掌握。IP 值較低的土壤對(duì)壓實(shí)水分的限制較短，壓實(shí)度也較低。試驗(yàn)表明，IP＜10 不利于土壤壓實(shí)加固，不宜選用；灰土的制備質(zhì)量由灰土中的活性氧化物決定，活性氧化物的含量越高，其質(zhì)量也會(huì)隨之增高。而灰土中的活性氧化物量則取決于CaO 與MGO 的含量。隨著活性氧化物的含量不斷提高，促使灰土的附著力也會(huì)不斷提升，進(jìn)而提高工程質(zhì)量與材料強(qiáng)度。ROS 暴露在外界的時(shí)間越長(zhǎng)，越容易從空氣中吸收二氧化碳并轉(zhuǎn)化為CaCO3，從而失去活性。因此，必須選用新鮮的石灰出窯。石灰含量不得低于3 級(jí)，即石灰中活性氧化物含量不得低于60%[9]。

3 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的養(yǎng)護(hù)建議

一旦樣品從樣品中取出并稱重，必須立即將其放置在密封的防潮箱和恒溫器中，以進(jìn)行隔熱和保濕。然而，中型和大型樣品必須首先用塑料薄膜覆蓋。如果條件允許，可以使用蠟封來(lái)防止?jié)駳?。固化時(shí)間取決于需要，作為現(xiàn)場(chǎng)檢查，通常只需7d。在整個(gè)儲(chǔ)存期間，溫度應(yīng)保持在20℃，南方的溫度應(yīng)維持在25℃和2℃。在主循環(huán)的最后一天，必須將樣品浸入樣品上方約2.5m 的水中。浸入水中之前，應(yīng)重新稱量樣品的質(zhì)量（單位：m3）。在固化過(guò)程中，樣品的質(zhì)量損失必須滿足以下要求：樣品不得超過(guò)1g；平均樣品不得超過(guò)4g；大樣本不得超過(guò)10g。必須排出質(zhì)量損失超過(guò)規(guī)定值的樣品。在維護(hù)期的最后一天，將樣品從高溫室中取出并干燥至室溫（約2h），然后打開塑料袋取出樣品，觀察樣品誤差，測(cè)量并稱重質(zhì)量，并將其浸入恒溫為（20+2）℃的水箱中。樣品頂部上方的水面高出2.5cm。在水中浸泡24h 后，取出樣品，用軟紙巾擦拭可見的游離水，稱重質(zhì)量和數(shù)量后立即進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試。①如果在固化過(guò)程中有明顯的邊緣和角度缺陷，將丟棄樣品。②對(duì)于儲(chǔ)存7d 的樣品，維護(hù)期間的質(zhì)量損失必須滿足以下要求：小樣品不得超過(guò)1g；平均樣品不得超過(guò)4g；大樣本不得超過(guò)10g。應(yīng)排除質(zhì)量損失超過(guò)規(guī)定值的試驗(yàn)。③對(duì)于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的樣品，在維護(hù)過(guò)程中的質(zhì)量損失必須滿足以下要求：小樣品不得超過(guò)1g；試驗(yàn)不得超過(guò)10g；大樣本不得超過(guò)20g；應(yīng)放棄質(zhì)量損失超過(guò)規(guī)定值的試驗(yàn)[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的施工質(zhì)量直接影響道路的運(yùn)營(yíng)性能和使用壽命。因此，在施工過(guò)程中，必須在選材、機(jī)械施工組織等方面嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保按要求和程序施工，使基層無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料具有較高的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的永久變形穩(wěn)定性。