低收縮砂巖洞渣水穩(wěn)材料的制備及性能分析

摘要： 針對(duì)砂巖洞渣水穩(wěn)材料強(qiáng)度偏低、收縮量大的問(wèn)題，通過(guò)逐級(jí)填充法結(jié)合i法設(shè)計(jì)級(jí)配和摻入粉煤灰來(lái)制備低收縮水穩(wěn)材料，并通過(guò)開展力學(xué)試驗(yàn)、干縮試驗(yàn)和干濕循環(huán)收縮試驗(yàn)研究其性能規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)粗、細(xì)集料質(zhì)量比為65∶35時(shí)，混合料具有較強(qiáng)的力學(xué)性能；摻入粉煤灰的混合料早期強(qiáng)度偏低，后期強(qiáng)度會(huì)提高，齡期60 d時(shí)，其力學(xué)性能明顯優(yōu)于試件S1的混合料，最佳粉煤灰摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為9%，摻量為9%的粉煤灰比未摻粉煤灰混合料的干縮應(yīng)變降低了41%，干縮系數(shù)降低了48%；試件在經(jīng)歷干濕循環(huán)后，當(dāng)次干濕循環(huán)的收縮應(yīng)變都大于0次干濕循環(huán)時(shí)的收縮應(yīng)變，摻入粉煤灰可以降低干濕循環(huán)作用的影響。

關(guān)鍵詞： 級(jí)配設(shè)計(jì)； 水穩(wěn)材料； 粉煤灰； 力學(xué)性能； 收縮性能

中圖分類號(hào)： U 414文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ""文章編號(hào)： 1000-5013（2025）02-0168-08

Preparation and Performance Analysis of Low-Shrinkage Sandstone Cave Slag Water-Stabilized Materials

TAN Bo1，2， LIN Yian1，2， ZHANG Lei3，

LI Guanfu1，2， ZOU Kexuan1，2， CHEN Ping1，2

（1. School of Civil Engineering， Guilin University of Technology， Guilin 541004， China；

2. Guangxi Key Laboratory of Green Building Materials and Construction Industrialization，Guilin University of Technology， Guilin 541004， China；

3. Road and Bridge South Engineering Limited Company， Beijing 101100， China）

Abstract： In order to solve the problem of lower strength and high shrinkage of sandstone cave slag water-stabilized materials， the low-shrinkage water-stabilized materials were prepared by step-by-step filling method， combining with the i-method designing gradation and mixing fly ash， and the performance were investigated by mechanical tests， dry-shrinkage tests， and dry-wet cycle shrinkage tests. The results of the experiment show that， when the mass ratio of coarse aggregates to fine aggregates is 65∶35， the mixture has stronger mechanical performance. The early strength of the mixture mixed with fly ash is lower， the late strength increases. The mixture performance is significantly better than those of the piece S1 at age 60 d， the optimal mixing amount of fly ash （mass fraction） is 9%. Comparing to mixture with no fly ash， 9% fly ash decreases the dry "shrinkage strain by 41%， and the dry shrinkage coefficient by 48%. After dry-wet cycle， the shrinkage strain of second dry-wet cycle is greater than the shrinkage strain without dry-wet cycle， and the mixing fly ash reduces the dry-wet cycle effects.

Keywords：

gradation design； water-stabilized material； fly ash； mechanical performance； shrinkage performance

隨著高速公路的快速發(fā)展，石材短缺的矛盾日益突出，隧道洞渣的有效利用是解決石材短缺的途徑之一。然而，砂巖洞渣偏酸性，制備的水穩(wěn)材料強(qiáng)度低且收縮量大，易造成早期開裂。經(jīng)濟(jì)合理地制備砂巖洞渣和改善其力學(xué)性能、收縮性能是高速公路建設(shè)中亟待解決的技術(shù)難題之一。

針對(duì)砂巖洞渣制備水穩(wěn)材料的文獻(xiàn)相對(duì)較少，沈正偉等［1］采用聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)工藝對(duì)石英砂巖洞渣進(jìn)行加工，并成功將其應(yīng)用到宜長(zhǎng)高速公路的基層和底基層中。楊虎陳等［2］研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增加水泥劑量和延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期等方式可以使砂巖水穩(wěn)材料獲得同等的承載力。涂圣武等［3］按圍巖等級(jí)將砂巖洞渣分類進(jìn)行加工生產(chǎn)路基填料、混凝土和水穩(wěn)集料。隧道洞渣的多數(shù)文獻(xiàn)是研究集料的生產(chǎn)工藝或與其他材料混合利用［4-8］，而針對(duì)洞渣材料級(jí)配設(shè)計(jì)的方向較少。劉樹堂等［9］通過(guò)建立礦料間隙率的物理模型，以混合料的密度或間隙率作為判斷骨架密實(shí)性的簡(jiǎn)便指標(biāo)。張豐焰等［10］利用響應(yīng)曲面法建立模型來(lái)確定各原料的最佳取值范圍。馮德成等［11］根據(jù)體積法，以混合料的空隙率作為指標(biāo)來(lái)控制密實(shí)度。文獻(xiàn)［12-14］通過(guò)粒子干涉理論與最大密度曲線理論結(jié)合，設(shè)計(jì)的混合料為骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能優(yōu)于規(guī)范推薦的級(jí)配。

此外，一些學(xué)者通過(guò)摻入其他材料來(lái)改善水穩(wěn)材料的收縮性能。郭寅川等［15］發(fā)現(xiàn)摻入玻璃纖維能增強(qiáng)碎石混合料的韌性，顯著提高其抵抗開裂的能力。胡勇勇等［16］研究膠粉纖維復(fù)合改善水泥穩(wěn)定碎石的收縮性能和力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)摻入膠粉纖維復(fù)合改性可以減小干縮應(yīng)變，并且能保持足夠的強(qiáng)度。喬建剛等［17］將高吸水樹脂（SAP）摻入水穩(wěn)材料中，SAP的摻入能大幅抑制混合料的收縮應(yīng)變。徐鷗明等［18］通過(guò)摻入粉煤灰與粒化高爐礦渣，可以很好改善水泥穩(wěn)定碎石的收縮性能。關(guān)于制備水穩(wěn)材料的性能研究有很多學(xué)者進(jìn)行了探討，但利用砂巖洞渣制備水穩(wěn)材料的研究較少，并且在施工現(xiàn)場(chǎng)上發(fā)現(xiàn)，水穩(wěn)層除早期發(fā)生開裂之外，在未覆蓋養(yǎng)護(hù)的情況下，中長(zhǎng)期也會(huì)產(chǎn)生開裂，對(duì)于這現(xiàn)象的發(fā)生缺乏合理解釋。基于此，本文對(duì)低收縮砂巖洞渣水穩(wěn)材料的制備及性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 集料

集料選用那平高速公路三分部隧道開挖出來(lái)的砂巖洞渣材料，經(jīng)生產(chǎn)加工的4檔工程粒徑分別為：31.50～19.00、19.00～9.50、9.50～4.75、4.75～0 mm，以4.75 mm的篩孔區(qū)分，細(xì)集料的粒徑小于等于4.75 mm，粗集料的粒徑大于4.75 mm。砂巖洞渣集料性能指標(biāo)，如表1所示。表1中：D、ρa(bǔ)、ρb、η、we、wa、α、Ip和SE分別為集料粒徑、表觀密度、毛體積密度、吸水率、針片狀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、軟石質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓碎值、塑性指數(shù)及砂當(dāng)量。由表1可知：粗集料的密度較高，針片狀質(zhì)量分?jǐn)?shù)、軟石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，是一種良好的級(jí)配碎石集料；細(xì)集料的砂當(dāng)量較弱，其他測(cè)定的數(shù)據(jù)均滿足技術(shù)指標(biāo)。

1.2 水泥

試驗(yàn)所用水泥為廣西省白色市登高（集團(tuán)）田東水泥有限公司生產(chǎn)的P·C42.5型水泥。水泥主要性能指標(biāo)，如表2所示。表2中：t、fc、fs、R45 μm和wp分別為水泥凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、細(xì)度及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

1.3 粉煤灰

粉煤灰采用一級(jí)粉煤灰，其細(xì)度為13%，燒失量為3.1%，比表面積為415 m2·kg-1，密度為2.55 g·cm-3，堆積密度為1.12 g·cm-3，滿足規(guī)范要求。粉煤灰的主要化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：Al2O3為23.000%；SiO2為43.000%；Fe2O3為2.500%；SO3為0.800%；CaO為5.600%；MgO為0.950%；氯離子為0.015%；鐵為0.850%；游離氯化鈣為0.800%。

2 低收縮水穩(wěn)材料的制備

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

逐級(jí)填充法是將粗集料以一定的比例進(jìn)行兩級(jí)填充，以填充為基礎(chǔ)，嵌擠為原則。將工程實(shí)際用的粗集料劃分成3檔粗集料：D1（粒徑為19.00～31.50 mm），D2（粒徑為9.50～19.00 mm）和D3（4.75～9.50 mm）。i（通過(guò)率遞減系數(shù)）法是通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與加州承載比（CBR）試驗(yàn)確定最佳i，從而設(shè)計(jì)出細(xì)集料級(jí)配。將粗、細(xì)集料級(jí)配進(jìn)行合成，擬定粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)從55%遞增，每次增加5%，設(shè)計(jì)5組混合料級(jí)配，通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)確定較優(yōu)的骨架密實(shí)型級(jí)配。

1） 粗集料設(shè)計(jì)。以一定質(zhì)量的D1為參照，根據(jù)內(nèi)摻法，D2的的填充用量按5%D1的質(zhì)量逐次遞增，進(jìn)行Ⅰ級(jí)填充；在Ⅰ級(jí)填充試驗(yàn)的結(jié)果上，將確定的D1與D2質(zhì)量比作為參照，D3的填充用量按5%的m（D1）∶m（D2）的質(zhì)量逐次遞增，進(jìn)行Ⅱ級(jí)填充。逐級(jí)填充振實(shí)試驗(yàn)，如圖1所示。圖1中：ρv為振實(shí)密度。

由圖1可知：隨著D2填充用量的增加，混合料的振實(shí)密度先增大后減小，m（D1）∶m（D2）為60∶40時(shí)，Ⅰ級(jí)振實(shí)密度最佳；隨著D3填充用量的增加，m（D1）∶m（D2）分別為65∶35，60∶40，55∶45曲線的振實(shí)密度呈先增大后減小的趨勢(shì)，以m（D1）∶m（D2）=60∶40為參照進(jìn)行Ⅱ級(jí)填充，振實(shí)密度優(yōu)于相鄰比例的振實(shí)密度，即3檔粗集料的質(zhì)量比為60∶40∶30時(shí)，混合料的振實(shí)密度最大，粗集料間的嵌擠作用最好。通過(guò)振實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，篩孔粒徑為31.50，19.00，9.50，4.75 mm的通過(guò)率分別為100%，46%，23%，0。

2） 細(xì)集料設(shè)計(jì)。細(xì)集料在混合料中起到填充空隙的作用，從而影響水泥穩(wěn)定碎石試件成型后的強(qiáng)度和收縮性能。采用i法對(duì)細(xì)集料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，i為0.58～0.68（按0.02為間隔），i的計(jì)算公式為

PK=P0×ik，

（1）

K=3.32×lg D[]d。

（2）

式（1）～（2）中：PK為篩孔的通過(guò)率，K為系數(shù)；P0為最大粒徑的通過(guò)率；k為級(jí)數(shù)；d為粒徑；D為最大的粒徑。

i法計(jì)算細(xì)集料通過(guò)率，如表3所示。表3中：l為塞孔粒徑。

為更好地成型，水泥的摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為5%，在不同i級(jí)配的最大干密度和最佳含水率（水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）下，進(jìn)行7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CBR試驗(yàn)結(jié)果，如圖2，3所示。圖3中：Rc為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；ηCB為加州承載比。

由圖2可知：無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著i遞增先增大后減小，當(dāng)i為0.64時(shí)，該細(xì)集料級(jí)配的抗壓強(qiáng)度最高；i大于0.64時(shí)，其強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明i為0.64對(duì)應(yīng)的細(xì)集料級(jí)配具有較好的粘結(jié)力，與粗集料混合后，可以形成最優(yōu)的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。

由圖3可知：ηCB隨著i的遞增先增大后減小，當(dāng)i為0.64時(shí)，ηCB出現(xiàn)峰值；i繼續(xù)增大時(shí)，ηCB呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明i為0.64對(duì)應(yīng)的細(xì)集料級(jí)配有較強(qiáng)的抵抗荷載變形能力，其與粗集料混合形成的結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，細(xì)集料級(jí)配取i為0.64時(shí)所對(duì)應(yīng)的級(jí)配。細(xì)集料的篩孔粒徑為4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15、0.08 mm的通過(guò)率分別為100.0%、63.8%、40.8%、26.4%、16.9%、10.8%和6.9%。

3） 粗、細(xì)集料級(jí)配設(shè)計(jì)合成。根據(jù)粗、細(xì)集料設(shè)計(jì)的結(jié)果，對(duì)粗、細(xì)集料的級(jí)配進(jìn)行合成，擬定混合料中的粗集料質(zhì)量從55%開始遞增，每次增加5%，設(shè)計(jì)5組混合料級(jí)配。合成級(jí)配，如表4所示。

表4中：A、B、C、D、E為5組級(jí)配，級(jí)配分別為55∶45，60∶40，65∶35，70∶30，75∶25；wm為混合料通過(guò)篩孔的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

在水泥摻量為4%下，測(cè)定水穩(wěn)材料的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和7 d劈裂強(qiáng)度（Ri），力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：根據(jù)逐級(jí)填充法結(jié)合i法設(shè)計(jì)級(jí)配，5組級(jí)配的強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，級(jí)配C的水穩(wěn)材料間的嵌擠效果最佳，細(xì)集料能充分填充骨架結(jié)構(gòu)的空隙，組成最優(yōu)的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和試件成型密實(shí)的情況，最終確定級(jí)配C為摻入粉煤灰的水穩(wěn)材料的級(jí)配。

2.2 粉煤灰摻量的設(shè)計(jì)

粉煤灰摻量分別取0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，水泥摻量為4%，對(duì)7組試件（水穩(wěn)材料）進(jìn)行丙法擊實(shí)試驗(yàn)。試件的最大干密度和最佳含水率，如表5所示。表5中：w（CD）、w（FAD）、ρd、wb分別為水泥摻量，粉煤灰摻量、最大干密度和最佳含水率；S1～S7為不同試件。

2.3 粉煤灰最佳摻量的確定

1） 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。水穩(wěn)材料在4%水泥摻量下，不同養(yǎng)護(hù)齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化，如圖5所示。由圖5可知：養(yǎng)護(hù)齡期為3 d時(shí)，試件S6，S7的抗壓強(qiáng)度是試件S1的71%和60%，說(shuō)明粉煤灰摻量越多，早期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)越??；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，有無(wú)粉煤灰摻入的水穩(wěn)材料，其抗壓強(qiáng)度的差距越來(lái)越?。划?dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為60 d時(shí)，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，試件S4的抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，其抗壓強(qiáng)度是試件S1的106%。

2）劈裂強(qiáng)度。間接抗拉強(qiáng)度又稱劈裂強(qiáng)度，能夠側(cè)面反映水泥穩(wěn)定碎石混合料的抵抗開裂破壞能力，水穩(wěn)材料在水泥摻量為4%下，不同養(yǎng)護(hù)齡期的劈裂強(qiáng)度變化，如圖6所示。

由圖6可得：早期的劈裂強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加而減??；養(yǎng)護(hù)齡期3 d時(shí)，試件S4的劈裂強(qiáng)度是試件S1的68%，14 d齡期時(shí)，試件S4的劈裂強(qiáng)度是試件S1的82%，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為60 d時(shí)，劈裂強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，試件S4的劈裂強(qiáng)度為峰值，其劈裂強(qiáng)度是試件S1的114%，后期摻有粉煤灰水穩(wěn)材料的劈裂強(qiáng)度提升較為明顯。

3） 最佳摻量的確定及原因。粉煤灰在水穩(wěn)材料中起到兩個(gè)方面的作用：一是填充；二是火山灰反應(yīng)［19-20］。摻入的粉煤灰由于粒徑較細(xì)會(huì)填充到水泥顆粒之間的空隙中，同時(shí)粉煤灰表面具有一定的活性，能夠吸附水泥顆粒表面的離子和水分子，這一定程度上阻礙水泥與水的接觸，從而延緩水泥的水化速度。水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣等堿性物質(zhì)能激發(fā)粉煤灰的活性，逐漸發(fā)生火山灰反應(yīng)，不過(guò)這一反應(yīng)速度相對(duì)緩慢。齡期越長(zhǎng)，火山灰反應(yīng)越充分，但因?yàn)樗鄤┝坑邢?，?dāng)粉煤灰超過(guò)一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，多余的粉煤灰只起到填充作用。所以，早期的強(qiáng)度主要是依靠水泥的水化反應(yīng)，后期時(shí)粉煤灰的活性發(fā)揮作用，產(chǎn)生更多地凝膠填充混合料間的空隙，水穩(wěn)材料的強(qiáng)度也隨之提高，最佳粉煤灰摻量為9%。

3 收縮性能試驗(yàn)

3.1 干縮試驗(yàn)

7 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)完成后，將梁式體試件表面的自由水擦凈，放在底部放置有玻璃棒的收縮儀上，試件兩側(cè)固定玻璃片，千分表通過(guò)收縮儀兩側(cè)連接與玻璃片接觸并固定。每隔24 h測(cè)一次試件的收縮量、失水量，7 d后，每隔48 h測(cè)一次，觀測(cè)周期29 d，試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)試件的收縮量和失水量計(jì)算其干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)。不同粉煤灰摻量下水泥穩(wěn)定洞渣碎石的干燥收縮規(guī)律，如圖7所示。圖7中：δi為干縮量；wi為失水率；εi為干縮應(yīng)變；αi為干縮系數(shù)。

由圖7可知：水穩(wěn)材料的累計(jì)干縮量和累計(jì)干縮應(yīng)變隨著時(shí)間的增加而增大，7 d前增長(zhǎng)速率是最快的，其中，試件S4的累計(jì)干縮量和累計(jì)干縮應(yīng)變較低，試件S5累計(jì)干縮量、累計(jì)干縮應(yīng)變明顯大于試件S1的水穩(wěn)材料；粉煤灰摻入的量越多，水穩(wěn)材料的累計(jì)失水率越大。根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：粉煤灰摻量越多，水穩(wěn)材料的最佳含水率越高，且早期的水分蒸發(fā)大部分來(lái)自于混合料內(nèi)部的自由水，所以含水率高的試件，失水率也會(huì)相應(yīng)偏大；相比試件S1的水穩(wěn)材料，摻有粉煤灰的總干縮系數(shù)會(huì)更低。

由此可知，通過(guò)摻入粉煤灰可以改善水穩(wěn)材料的干燥收縮影響，同時(shí)也存在著一個(gè)最優(yōu)摻量，從干縮量、干縮應(yīng)變及干縮系數(shù)來(lái)看，粉煤灰摻量為6%～9%的效果最好，當(dāng)摻量為9%時(shí)，抵抗干縮能力最佳。早期時(shí)，粉煤灰在水穩(wěn)材料中只起到填充作用，其有利于提高水穩(wěn)材料的密實(shí)性，減小骨架結(jié)構(gòu)的孔隙率，同時(shí)還減緩了水化反應(yīng)的時(shí)間，使毛細(xì)水遷移的速率變慢；當(dāng)粉煤灰摻入的量過(guò)多時(shí)，粉煤灰的比表面積較大，吸附水較多，后期的水分蒸發(fā)較強(qiáng)，因此，水穩(wěn)材料的干縮相對(duì)增大［21］。

3.2 干濕循環(huán)收縮試驗(yàn)

在施工過(guò)程中，7 d內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫擴(kuò)產(chǎn)，但是14～20 d時(shí)突然出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，因此，水穩(wěn)材料在經(jīng)歷干濕循環(huán)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較大的收縮導(dǎo)致開裂，所以室內(nèi)采用干濕循環(huán)收縮試驗(yàn)進(jìn)行模擬來(lái)探索規(guī)律。

試驗(yàn)方法如下：1） 將脫模出的試件放置水中浸泡24 h；2） 擦拭浸泡試件表面的自由水，將試件置于溫度為90 ℃的烘箱內(nèi)，烘干12 h；3） 將烘干的試件放置在收縮儀上，測(cè)量其試件2，6，12，24 h的收縮量，最后計(jì)算累計(jì)收縮應(yīng)變，這一過(guò)程結(jié)束為1次干濕循環(huán)試驗(yàn)。干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果，如圖8所示。圖8中：n為循環(huán)次數(shù)。

由圖8可知：試件在經(jīng)歷干濕循環(huán)后，當(dāng)次干濕循環(huán)的收縮應(yīng)變都大于0次時(shí)的收縮應(yīng)變，說(shuō)明干濕循環(huán)的經(jīng)歷是水穩(wěn)材料長(zhǎng)期暴露于表面，出現(xiàn)開裂的重要原因之一；隨著循環(huán)次數(shù)增加，收縮應(yīng)變的增長(zhǎng)幅度會(huì)降低或趨于平緩。干濕循環(huán)0次時(shí)，相比于未摻入粉煤灰的水穩(wěn)材料，摻入粉煤灰的累計(jì)收縮應(yīng)變降低了46.2%，第5次時(shí)降低了35.3%，說(shuō)明粉煤灰可以降低干濕循環(huán)作用的影響，提高水穩(wěn)材料在中后期抵抗收縮的能力。

5次循環(huán)時(shí)間需要13 d，對(duì)比13 d干縮試驗(yàn)結(jié)果的累計(jì)干縮應(yīng)變，可以看出水穩(wěn)材料早期未進(jìn)行養(yǎng)護(hù)且經(jīng)歷干濕循環(huán)時(shí)，收縮應(yīng)變會(huì)急劇增大，早期的強(qiáng)度還較低，收縮應(yīng)變突然增大，這就有可能導(dǎo)致水穩(wěn)材料產(chǎn)生開裂。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)水穩(wěn)層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)覆蓋，達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，及時(shí)鋪上層，減少干濕循環(huán)對(duì)水穩(wěn)層的影響。

4 結(jié)論

1） 采用逐級(jí)填充法設(shè)計(jì)3檔粗集料的摻配比例，當(dāng)3檔集料的比例為60∶40∶30時(shí)，混合料的振實(shí)密度最大，粗集料間的嵌擠作用最好；采用i法理論設(shè)計(jì)細(xì)集料級(jí)配，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CBR試驗(yàn)確定最佳i為0.64。最后，通過(guò)逐級(jí)填充法結(jié)合i法設(shè)計(jì)5組級(jí)配，當(dāng)粗、細(xì)集料比例為65∶35時(shí)，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度較高。

2） 水穩(wěn)材料隨著粉煤灰摻量越多，早期的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度越小。當(dāng)齡期達(dá)到60 d時(shí)，摻入粉煤灰水穩(wěn)材料的力學(xué)性能明顯優(yōu)于未摻入粉煤灰的水穩(wěn)材料，同時(shí)也存在最佳粉煤灰摻量為9%，水泥的水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣等堿性物質(zhì)能激發(fā)粉煤灰的活性，使粉煤灰發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成更多的凝膠有效提高水穩(wěn)材料后期的強(qiáng)度。

3） 在水穩(wěn)材料中摻入粉煤灰，可以改善其混合料整體的密實(shí)性，減緩毛細(xì)水遷移的速度，提高內(nèi)部早期的粘結(jié)力，有效降低干縮量和干縮應(yīng)變，水泥摻量為9%時(shí)抵抗干燥收縮的效果最佳。

4） 試件在經(jīng)歷干濕循環(huán)后，每次干濕循環(huán)的收縮應(yīng)變都大于0次時(shí)的收縮應(yīng)變，說(shuō)明早期強(qiáng)度還沒(méi)提高時(shí)水穩(wěn)材料又經(jīng)歷了干濕循環(huán)，內(nèi)部會(huì)急劇收縮，這就解釋了工地上施工完成后未及時(shí)養(yǎng)護(hù)覆蓋，中后期出現(xiàn)開裂的原因。摻入粉煤灰可以降低干濕循環(huán)作用的影響，提高水穩(wěn)材料在中后期抵抗收縮的能力。

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（責(zé)任編輯：" 陳志賢 "英文審校： 方德平）

收稿日期： 2024-11-08

通信作者： 譚波（1977-），男，教授，博士，主要從事路基路面工程及新型建筑材料的研究。E-mail：bbsz2004@163.com。

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52062009）

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