基于花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石基層抗疲勞性能的研究

程遠(yuǎn)志

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

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基于花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石基層抗疲勞性能的研究

程遠(yuǎn)志

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

文章針對(duì)花崗巖集料的研究，選擇骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)、懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)共四種級(jí)配，通過應(yīng)力控制模式下的小梁彎拉疲勞試驗(yàn)得到時(shí)間與應(yīng)變的關(guān)系曲線，結(jié)合疲勞次數(shù)和臨界破壞狀態(tài)下的拉應(yīng)變兩方面因素，研究礦料級(jí)配對(duì)于花崗巖集料水穩(wěn)基層疲勞性能的影響規(guī)律。

道路工程；水泥穩(wěn)定碎石基層；花崗巖集料；抗疲勞性能

0 引 言

水泥穩(wěn)定碎石基層在我國道路建設(shè)中正發(fā)揮著越來越重要的功能，隨著我國經(jīng)濟(jì)大發(fā)展以及重載車輛的增加，例如水損壞、反射裂縫等水泥穩(wěn)定碎石基層自身的缺點(diǎn)引起了道路工作者的重視。

將花崗巖集料成功應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石基層，不僅能根本上改善某些山區(qū)水泥穩(wěn)定碎石基層用石料較為缺乏的現(xiàn)狀，而且可以實(shí)現(xiàn)就地取材，減少材料運(yùn)距，有利于降低工程造價(jià)。本文擬通過采取多種試驗(yàn)手段會(huì)，研究花崗石水泥穩(wěn)定碎石基層的抗疲勞性能。首先進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)原材料基本性能，通過疲勞性能試驗(yàn)，分析不同級(jí)配類型的抗疲勞性能，然后進(jìn)行花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石材料的試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)，最后對(duì)花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石基層抗疲勞性能指標(biāo)進(jìn)行研究。

1 原材料

本課題對(duì)花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行研究，水泥采用P.O 32.5普通硅酸鹽水泥，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范的要求。粗集料選擇質(zhì)地堅(jiān)韌的花崗巖，檢測(cè)方法參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE42-2005)，檢測(cè)結(jié)果如表1所列。細(xì)集料為花崗巖機(jī)制砂(4#料)，表觀密度為2.687 t/m3，吸水率為0.37%。

表1 粗集料技術(shù)指標(biāo)

2 級(jí)配設(shè)計(jì)

集料自身強(qiáng)度和級(jí)配組成是影響花崗巖水穩(wěn)基層強(qiáng)度和性能的重要因素。課題組選用四檔花崗巖集料，各檔規(guī)格集料合成級(jí)配如圖1所示。

本文研究初選粗細(xì)不同四種級(jí)配類型集料，其中級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3為密實(shí)骨架型級(jí)配，配合比如下：級(jí)配1為22∶28∶25∶25，級(jí)配2為23∶29∶25∶23，級(jí)配3為20∶27∶26∶27。最后級(jí)配4為懸浮密實(shí)型級(jí)配，配比為8∶18∶38∶36，礦料比例以及合成級(jí)配如圖1所示。

3 疲勞試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照T0719-1993 瀝青混合料車轍試驗(yàn)，采用輪碾成型機(jī)碾壓成型300mm×300mm×100mm的水泥混凝土試件，達(dá)到齡期后切割成300mm×100mm×100mm的小梁試件，每組級(jí)配成型3塊試件。

疲勞試驗(yàn)采用LETRY微機(jī)控制的高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)。振動(dòng)模式采用應(yīng)力控制模式，試驗(yàn)振動(dòng)的同時(shí)通過DHDAS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)對(duì)電阻應(yīng)變片采集到的應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行跟蹤記錄和分析處理。加載波形為正弦波，共振頻率在140～160Hz之間。

試驗(yàn)時(shí)采用3分點(diǎn)加載法，試驗(yàn)荷載中值的取值范圍為4.5kN～13.5kN，幅值為2.0kN，預(yù)壓荷載為荷載中值的2%。試驗(yàn)破壞標(biāo)準(zhǔn)以梁的全部斷裂為標(biāo)志，試驗(yàn)中電腦自動(dòng)記錄試驗(yàn)荷載作用的時(shí)間，荷載循環(huán)次數(shù)，同時(shí)記錄應(yīng)變和幅值，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出試件破壞時(shí)的試驗(yàn)次數(shù)和破壞荷載中值。

為了分析振動(dòng)過程中試件彈性模量的變化規(guī)律，對(duì)試驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步分析處理。從采集數(shù)據(jù)的前、中、末段各選取有代表性的某個(gè)時(shí)間段，對(duì)該時(shí)間段內(nèi)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，分別找出最小、最大的10個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出它們的平均值作為該應(yīng)力狀態(tài)下振動(dòng)荷載最小荷載和最大荷載所對(duì)應(yīng)的試件底部變形峰值。對(duì)最大荷載對(duì)應(yīng)的變形峰值對(duì)應(yīng)的應(yīng)變曲線進(jìn)行最小二乘法擬合，得出時(shí)間與應(yīng)變的關(guān)系曲線，以4#級(jí)配為例。如圖3所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試件疲勞特性的研究應(yīng)綜合考慮應(yīng)變值與模量指標(biāo)。計(jì)算出臨界破壞狀態(tài)的抗折彈性模量與拉應(yīng)變?nèi)绫?所列。

表2 抗折彈性模量與拉應(yīng)變

由試驗(yàn)結(jié)果得，級(jí)配設(shè)計(jì)合理的密實(shí)骨架型結(jié)構(gòu)(級(jí)配2#)抗疲勞性能優(yōu)于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)(級(jí)配4#)。花崗巖水泥穩(wěn)定碎石材料的抗折彈性模量與極限拉應(yīng)變具有很好的相關(guān)性。設(shè)計(jì)良好的花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石，抗折彈性模量處于較高水平，在900MPa左右；疲勞拉應(yīng)變接近2500με，具有良好的抗疲勞性能。

4 結(jié) 論

(1)花崗巖集料水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的抗疲勞性能。

(2)級(jí)配類型是影響花崗巖水泥穩(wěn)定碎石疲勞性能的重要因素，密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)試件的疲勞性能優(yōu)于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)；

(3)考察水泥穩(wěn)定碎石抗疲勞性能，應(yīng)綜合考察疲勞次數(shù)以及臨界破壞下的拉應(yīng)變兩方面因素。

(4)級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、極限拉應(yīng)變?yōu)榫C合設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)基層材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。

[1] JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]

[2] 沙慶林．高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面[M]．北京：人民交通出版社，1998.

[3] JTJ/T060-98.公路土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4] 何兆益．碎石基層防止半剛性路面裂縫及其路用性能研究[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2001.

[5] 何兆益,黃 衛(wèi)，鄧學(xué)鈞．級(jí)配碎石彈性模量的動(dòng)三軸試驗(yàn)研究[J].國外公路, 1994,(6):15-20.

[6] 馬正軍．基于表面裂縫的瀝青路面疲勞斷裂分析，碩士學(xué)位論文，湖南大學(xué)，2005.

(責(zé)任編輯 陳化鋼)

Research of cement stabilizing layer's anti-fatigue performance based on granite aggregate

CHENG Yuan-zhi

( Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd，Hefei 230009, China)

This paper choses four gradations to research on granite aggregate, such as skeleton dense texture and suspended framework dense structure. Through flexural-tensile fatigue test of small-beam under the stress control mode, it got the relation curve of time and strain.Combining the tensile strain in fatigue frequency and critical failure, it studied the effect law of mineral aggregate gradation to the cement stabilized base's anti-fatigue performance on granite aggregate.

road engineering；cement stabilized macadam；granite aggregate；fatigue tests

2015-10-10；

2015-10-15

程遠(yuǎn)志(1971-)，男，安徽六安人，高級(jí)工程師，從事公路設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.001

TU502

A

1671-6221(2015)04-0001-03