水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能參數(shù)的研究

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1、水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能參數(shù)的研究摘要：針對(duì)蕪宣高速公路半剛性基層水泥穩(wěn)定碎石材料，通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試分析了回彈模量、強(qiáng)度指標(biāo)、干縮和溫縮特性。結(jié)果表明，半剛性基層材料抗壓模量和劈裂模量存在較大差異，動(dòng)態(tài)模量約是靜態(tài)模量的5.3～6倍；抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度之間也存在顯著差別，同時(shí)回歸了抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度隨齡期的增長規(guī)律，為今后的施工質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。　　關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石模量強(qiáng)度收縮性能　　1、原材料及混合料組成　　1.1試驗(yàn)材料水泥采用安徽蕪湖海螺集團(tuán)生產(chǎn)的普硅325#（海螺牌）；集料采用蕪宣高速公路實(shí)際使用的由蕪湖荊山石料廠生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，共分0～4.75、4.75～9.

2、5、9.5～19、19～37.5mm（方孔篩）四檔規(guī)格?！　?.2混合料配合比試驗(yàn)級(jí)配如表1所示。對(duì)模量、強(qiáng)度試驗(yàn)采用配合比設(shè)計(jì)中3種級(jí)配進(jìn)行比較；對(duì)于收縮性能試驗(yàn)，為了解水泥碎石在水泥小劑量范圍變化的情況下收縮特性，采用推薦的級(jí)配2并分別取用3個(gè)不同水泥摻量（4%、5%、6%）進(jìn)行分析比較?！　?.3試件制作與養(yǎng)護(hù)試件采用靜壓法成型，試件尺寸分為2種規(guī)格[1]，一種為Φ15×15cm圓柱體試件，進(jìn)行抗壓模量和劈裂模量、抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)；另一種為10cm×10cm×40cm中梁試件，進(jìn)行干縮和溫縮試驗(yàn)，試件成型參數(shù)如表2所示。試件成型后用塑料袋密封，放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度為20±3

3、℃，相對(duì)濕度90%以上）保濕養(yǎng)護(hù)。　　2、回彈模量（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）試驗(yàn)半剛性基層模量是路面設(shè)計(jì)和分析中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了半剛性材料在荷載作用下的變形特性?！　鴥?nèi)路面材料模量的測(cè)定多以靜態(tài)實(shí)驗(yàn)為主，這種方法中試件受力狀態(tài)與路面結(jié)構(gòu)真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)差異較大，不能真正反映路面材料實(shí)際的力學(xué)性質(zhì)。本次實(shí)驗(yàn)采用MTS810材料實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了半剛性基層抗壓回彈模量（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）、劈裂模量（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）試驗(yàn)?！　TS試驗(yàn)系統(tǒng)具有比較完善的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)功能，可根據(jù)試驗(yàn)需要自行設(shè)定動(dòng)載程式（波形、頻率、加載序列、荷載間歇時(shí)間等）。系統(tǒng)加載由液壓伺服系統(tǒng)控制，荷載頻率不宜超過30Hz.國外研究表明路面材料

4、的實(shí)際受力頻率一般在10Hz左右，適合MTS試驗(yàn)系統(tǒng)的要求。　　試驗(yàn)的最大荷載為試件抗壓強(qiáng)度的30%并在試驗(yàn)中作適當(dāng)調(diào)整，保證實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生足夠的彈性變形同時(shí)也可以與同類實(shí)驗(yàn)的研究成果相比較。按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ014-97），水泥穩(wěn)定碎石3個(gè)月后逐步趨于穩(wěn)定，設(shè)計(jì)參數(shù)測(cè)定以3個(gè)月齡期為準(zhǔn)。本次試驗(yàn)測(cè)定3個(gè)月齡期的模量值，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示?！　⊥患?jí)配不同的水泥用量對(duì)模量的影響并不是很大，另外可知壓縮試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)模量為靜載條件下的回彈模量的5.3～6倍；劈裂試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)模量為靜態(tài)模量的3倍左右，顯然動(dòng)態(tài)模量和靜態(tài)模量之間存在明顯不同，采用何種模量參數(shù)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)分析，對(duì)疲勞壽

5、命影響很大[2]，因此在路面設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)擬建道路實(shí)際所用材料的性能參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，以反映符合實(shí)際情況的參數(shù)值?！　?、強(qiáng)度試驗(yàn)及增長規(guī)律本次試驗(yàn)測(cè)試了3種級(jí)配的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，以資比較。對(duì)于推薦級(jí)配2，分別測(cè)試了6個(gè)齡期（7d、14d、28d、60d、90d、180d）的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，平行試件3個(gè)，以分析強(qiáng)度隨齡期的增長規(guī)律?！　?duì)于級(jí)配2，從各個(gè)不同齡期看，在本試驗(yàn)水泥用量4～6%的范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均隨著水泥摻量增加而增加；抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度之間存在著良好的關(guān)系，抗壓強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度的比值均在7.833～9.830之間范圍內(nèi)變化?！　?、室內(nèi)收縮試驗(yàn)　　4.1干

6、縮試驗(yàn)蕪宣高速公路線路區(qū)內(nèi)屬長江水系，地表水系較發(fā)達(dá)，年降雨量較大，年平均濕度為80%，因而研究水泥穩(wěn)定碎石基層的干縮試驗(yàn)尤為重要。關(guān)于半剛性基層材料的干縮特性目前還沒有統(tǒng)一的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)主要利用手持應(yīng)變儀（精度0.001mm）測(cè)量小梁在一定失水率下的收縮變形。　　將級(jí)配2的三個(gè)不同水泥用量（4%、5%、6%）在室內(nèi)制備試件，試件成型壓力為500——550KN，試件經(jīng)過7d保溫保濕養(yǎng)護(hù)后取出，以20cm為標(biāo)距，在試件的頂面安裝測(cè)頭，放在天然濕度下風(fēng)干，本次試驗(yàn)室內(nèi)溫度始終保持在20℃左右。觀測(cè)不同時(shí)間試件的重量和變形，直至含水量不再減小，試件體積基本維持不變?yōu)橹??！　”敬胃煽s試驗(yàn)共

7、測(cè)試了14d的變形，根據(jù)累積干縮應(yīng)變計(jì)算干縮系數(shù)αd：αd=∑Δεdi/∑Δεωi（公式1）　　式中：∑Δεdi累計(jì)干縮應(yīng)變（10-6）；∑ΔεωI失水量?！　?.2溫縮試驗(yàn)　　1）本次試驗(yàn)采用同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的JNZS-2001A路面材料脹縮試驗(yàn)儀測(cè)定。將養(yǎng)護(hù)14d的試件取出后，安裝20cm的測(cè)頭，然后放置于路面材料溫縮試驗(yàn)儀中?！　?）溫度范圍根據(jù)蕪宣高速公路所經(jīng)過地段的氣候、水文資料，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫