幾種半剛性材料的對(duì)比試驗(yàn)研究

王閩濤

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重車(chē)越來(lái)越多，交通量越來(lái)越大，對(duì)路面的承載能力要求越來(lái)越高。用具有水硬性材料處置的基層材料，能更好地滿(mǎn)足現(xiàn)代重交通的需要。半剛性材料基層因板體性強(qiáng)、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)受到重視，因此國(guó)內(nèi)許多高等級(jí)公路基層材料均為半剛性材料。如10cm半剛性材料基層，其承載力為粒料基層的1.5倍，25cm時(shí)為3.3倍[1]。目前，對(duì)于半剛性材料的路用性能要求應(yīng)具有良好的強(qiáng)度、抗凍性、抗疲勞性能和抗開(kāi)裂能力。本研究對(duì)幾種常用的半剛性基層材料進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和分析。

1 原材料性質(zhì)檢驗(yàn)

骨料物理性質(zhì)為：碎石為石灰?guī)r，壓碎值為11.8%，表觀密度為2.78g/cm3；砂礫壓碎值為25.6%，表觀密度為2.62g/cm3。試驗(yàn)所用土的液限為43%，塑限為25%，塑性指數(shù)為16%；骨料級(jí)配通過(guò)率見(jiàn)表1，水泥和粉煤灰的檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表1 骨料級(jí)配通過(guò)率 單位：%

表2 水泥檢驗(yàn)結(jié)果

表3 粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果

物理性質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

由表知，原材料滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2 混合料力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（057—94）的規(guī)定，進(jìn)行各種半剛性混合料的擊實(shí)、成型和養(yǎng)生。混合料試件采用等密度靜力壓實(shí)成型。養(yǎng)生溫度為20℃±2℃，相對(duì)濕度為90%。凍融抗壓試驗(yàn)是為了探討各種混合料抗凍性能，凍融循環(huán)一次為48h，凍結(jié)時(shí)間為24h，溫度為-20℃±2℃，融化時(shí)間為24h。溫度收縮、干燥收縮和疲勞試驗(yàn)的試件尺寸為10cm×10cm×40cm，試件采用振動(dòng)成型[3]。 疲勞試驗(yàn)在MTS上進(jìn)行（見(jiàn)表4）。

表4 半剛性材料擊實(shí)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4（續(xù)）

路面暴露于大氣中，經(jīng)受凍融、行車(chē)荷載及溫度荷載的反復(fù)作用，產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力，為檢驗(yàn)半剛性材料的抗凍性能，進(jìn)行了凍融試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。同時(shí)，還進(jìn)行了彎拉和疲勞試驗(yàn)，觀察半剛性材料的耐久性[2]，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得出疲勞方程，結(jié)果見(jiàn)表6，溫度收縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表5 半剛性材料凍融抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表6 彎拉強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)結(jié)果

表7 溫度收縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 抗壓試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1.1 水泥砂礫強(qiáng)度隨水泥含量的增加而增加，但3%和4%含量在28d、90d強(qiáng)度相接近，5%和6%含量在7d、28d、90d強(qiáng)度分別接近。強(qiáng)度均隨著齡期增長(zhǎng)而增加。

3.1.2 二灰碎石強(qiáng)度均隨著齡期增長(zhǎng)而增加。90d二灰碎石強(qiáng)度試驗(yàn)的配合比中，有5個(gè)已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)水泥砂礫的強(qiáng)度，而7d水泥砂礫的強(qiáng)度均高于二灰碎石的強(qiáng)度，28d強(qiáng)度水泥砂礫的強(qiáng)度均高于大部分配合比二灰碎石的強(qiáng)度，這進(jìn)一步說(shuō)明，二灰之間的火山灰反應(yīng)主要是發(fā)生在28d以后。

3.1.3 二灰砂礫、二灰土后期強(qiáng)度均低于水泥砂礫和二灰碎石，早期強(qiáng)度二灰碎石與二灰土相近。二灰砂礫7d強(qiáng)度均在飽水時(shí)崩解了，180d強(qiáng)度二灰砂礫與二灰土相近，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥砂礫（90d）和二灰碎石的強(qiáng)度。

3.2 凍融抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 由3∶97和5∶95水泥砂礫，以及5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50二灰碎石試驗(yàn)結(jié)果可以看出，水泥砂礫28d耐凍系數(shù)大于二灰碎石28d的耐凍系數(shù)；水泥砂礫90d耐凍系數(shù)與28d相比幾乎沒(méi)有增長(zhǎng)；二灰碎石90d耐凍系數(shù)是28d的1.7～3.3倍，這說(shuō)明二灰碎石的抗凍性能隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，水泥砂礫這種趨勢(shì)不是很明顯。二灰碎石強(qiáng)度在90d以后還會(huì)有很大增長(zhǎng)，如果采用180d強(qiáng)度，二灰碎石的耐凍系數(shù)還會(huì)有很大的增長(zhǎng)。

3.2.2 根據(jù)抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果可推知，抗凍性最好的材料應(yīng)該是5∶95的水泥砂礫，這樣從公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮都合算。二灰碎石90d耐凍系數(shù)的大小依次為5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50。

3.3 抗彎拉、抗疲勞性能結(jié)果分析

3.3.1 抗彎拉強(qiáng)度由大到小的順序是：水泥砂礫5∶95＞二灰碎石8∶32∶60＞10∶40∶50。

3.3.2 由疲勞方程可知：疲勞衰減速率依次是二灰碎石10∶40∶50＜二灰碎石8∶32∶60＜水泥砂礫5∶95，這說(shuō)明在相同的應(yīng)力水平條件下，抗疲勞能力依次是：二灰碎石10∶40∶50＞二灰碎石8∶32∶60＞水泥砂礫5∶95。

3.3.3 極限彎拉強(qiáng)度較高者應(yīng)該有較好的疲勞壽命。這說(shuō)明，水泥砂礫抗彎拉強(qiáng)度比二灰碎石高，在一定程度上，能彌補(bǔ)其疲勞壽命比二灰碎石衰減過(guò)快的缺陷。

3.4 溫度收縮試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1 從表7可以看出，二灰碎石在最佳含水量狀態(tài)下，28d溫度收縮系數(shù)隨著碎石含量減少有增加的趨勢(shì)；90d這種趨勢(shì)不是很明顯。含水量發(fā)生大的變化，溫度收縮系數(shù)也會(huì)發(fā)生很大的變化，本試驗(yàn)中，半風(fēng)干狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù)要明顯小于飽水狀態(tài)和最佳含水量狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù)，僅為其1/3左右。

3.4.2 水泥砂礫在最佳含水量和飽水狀態(tài)下，28d、90d溫度收縮系數(shù)隨齡期變化很小，在最佳含水量狀態(tài)下，90d是28d溫度收縮系數(shù)的1.07倍，在飽水狀態(tài)下是0.99倍。最佳含水量狀態(tài)和飽水狀態(tài)90d的溫度收縮系數(shù)是半風(fēng)干狀態(tài)的2倍多，由此可見(jiàn)，含水量變化對(duì)水泥砂礫溫度收縮系數(shù)影響也非常大。

4 結(jié)論

4.1 水泥砂礫早期強(qiáng)度高，后期增幅比二灰碎石小。二灰碎石后期強(qiáng)度高，強(qiáng)度隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，強(qiáng)度增幅大。二灰碎石抗疲勞性能與水泥砂礫相近。這表明，如果工程進(jìn)度要求緊，那么，水泥砂礫是首選的基層類(lèi)型。對(duì)于其他情況，則應(yīng)該根據(jù)施工機(jī)具和地產(chǎn)材料的情況來(lái)選擇基層類(lèi)型。

4.2 含水量對(duì)半剛性材料溫度收縮性能有極大影響，因此，從抗開(kāi)裂角度出發(fā)，半剛性材料的含水量不宜過(guò)大。

4.3 根據(jù)試驗(yàn)推薦的基層材料配合比為：二灰碎石（5～8）∶（15～32）∶（60～80），水泥砂礫（5～6）∶（94～95）。

[1]沙愛(ài)民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2]叢林，等.半剛性基層材料性能參數(shù)的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2001，4（4）：385-391.

[3]JTJ 057—94，公路無(wú)機(jī)結(jié)合量材料試驗(yàn)規(guī)程[S].