不同橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)探討

鄭夏萍

摘要：水泥穩(wěn)定碎石基層作為一種常用的半剛性基層類型，具有強(qiáng)度高，承載力大，水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，開展水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)試驗(yàn)研究是十分必要的。本文主要針對不同橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)展開了探討，對試驗(yàn)的準(zhǔn)備作了詳細(xì)的闡述，并對不同橡膠粉摻量的水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)方面作了系統(tǒng)的分析，以期能為類似工程的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：橡膠粉；水泥穩(wěn)定碎石；試驗(yàn)

引言

水泥穩(wěn)定碎石，主要由粒料和灰漿體積組成。粒料為級配碎石，灰漿體積包括水和膠凝材料，膠凝材料由水泥和混合材料組成。而在水泥穩(wěn)定碎石中加入橡膠粉，會(huì)極大的改善水穩(wěn)基層力學(xué)性能和穩(wěn)定性。而本文就不同橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面的需要有一定幫助。

1試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1原材料

水泥采用P.C32.5水泥，技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求；集料為石灰?guī)r，技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求；橡膠粉采用10～40目0.3～3mm連續(xù)級配膠粒，表觀密度為1220kg·m-3。

1.2級配的選擇

采用嵌擠理論計(jì)算不同級別集料的孔隙率，再逐級填充從而確定主骨料的級配。骨架密實(shí)型級配范圍如表1所示。最終選定的水泥穩(wěn)定碎石骨架密實(shí)級配如表2所示。

表1骨架密實(shí)型級配范圍

表2試驗(yàn)采用級配

1.3試驗(yàn)儀器的選擇

考慮到振動(dòng)壓實(shí)與靜力壓實(shí)機(jī)理的不同，混合料在振動(dòng)和沖擊的作用下，顆粒表面形成一層水膜，從而使顆粒更容易移動(dòng)而達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，所以采用室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)的方法。根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石水穩(wěn)基層對振動(dòng)壓路機(jī)振幅和工作頻率的選擇要求，一般名義振幅為0.8～2.0mm。工作頻率選擇范圍為25～40HZ，為達(dá)到最佳振動(dòng)效果，振動(dòng)試驗(yàn)儀的參數(shù)選取見表3。

表3振動(dòng)參數(shù)選擇

2最大干密度與最佳含水量隨橡膠粉

含量的變化規(guī)律水泥劑量為4.0%時(shí)，摻入含量為0%、2%、4%、8%、10%的橡膠粉，分別進(jìn)行細(xì)度為2～1.2mm（10～20目）、1.2～0.5mm（20～30目）、0.5～0.4mm（30～40目）的a、b、c三組試驗(yàn)。試驗(yàn)前將試料放入烘箱中烘干至恒重；采用強(qiáng)制攪拌的方式保證橡膠粉在混合料中均勻分布；將濕混合料加入試模中，振動(dòng)擊實(shí)1～2min；進(jìn)行試件最佳含水量和最大干密度的測試。

圖1為三組試件在加入不同劑量橡膠粉時(shí)測得的最大干密度。由圖1可知，對于一定粒徑的橡膠粉，隨著含量的增加，混合料的最大干密度先增大后減小，變化量在0.1kg·m-3左右；橡膠粉摻量在2%～3%范圍時(shí)，混合料的最大干密度達(dá)到最大值；c類橡膠粉可使混合料的最大干密度產(chǎn)生較大變化，其峰值較a、b類大。

圖1 橡膠粉含量與最大干密度的關(guān)系

分析其原因認(rèn)為，少劑量的橡膠粉能夠填補(bǔ)集料骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的空隙，在振動(dòng)試驗(yàn)條件下，橡膠粉顆粒表面形成的水膜可以促進(jìn)顆粒移動(dòng)，達(dá)到比較好的密實(shí)狀態(tài)，粒度越細(xì)，越有利于增強(qiáng)振動(dòng)效果；隨著橡膠粉含量的繼續(xù)增加，橡膠粉不再起填充作用，開始在混合料中占據(jù)一定體積，從而使干密度下降；c類橡膠粉對混合料最大干密度的影響效果比較明顯，因此在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中選擇合適劑量的c類橡膠粉能夠提高基層的密實(shí)效果。

圖2為橡膠粉含量與最佳含水量的關(guān)系。由圖2可知，混合料的最佳含水量隨著橡膠粉含量的增加迅速增加，這是由于橡膠粉的吸水率較大，而且吸水較快。對于相同劑量的橡膠粉，粒度越細(xì)，比表面積越大，吸水效果越明顯，且摻加c類橡膠粉混合料最佳含水量的值與增長率比a、b類均大。

圖2 橡膠粉含量與最佳含水量的關(guān)系

3無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨橡膠粉含量的變化規(guī)律

將摻有不同劑量橡膠粉的水泥穩(wěn)定碎石混合料投入試模振動(dòng)成型機(jī)，得到150mm×60mm的圓柱體試件。把試件置于溫度為（20±2）℃、相對濕度不小于95%的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)霧化加濕養(yǎng)護(hù)7d后，分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨橡膠粉含量的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 橡膠粉含量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由圖3可以看出，摻入0%～2%的橡膠粉時(shí)，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度稍有提高；隨著橡膠粉含量的增加，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐步降低。

主要原因?yàn)椋合鹉z粉具有良好的吸水性和保水性，嵌擠在骨料中，與混合料形成密實(shí)結(jié)構(gòu)；橡膠水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部存在橡膠顆粒與水泥砂漿包裹界面、橡膠顆粒與碎石之間粘結(jié)界面和橡膠顆粒之間或碎石顆粒之間粘結(jié)界面等三類界面，隨著齡期增長，橡膠水泥穩(wěn)定碎石試件結(jié)構(gòu)內(nèi)部第三類界面增多；橡膠粉是一種強(qiáng)度較低的軟彈性材料，其含量增加將造成試件整體強(qiáng)度下降，而且由于橡膠粉的彈性效應(yīng)在一定程度上減弱了水穩(wěn)碎石混合料后期強(qiáng)度的發(fā)展，因此抗壓強(qiáng)度較未摻橡膠粉的混合料略有降低。

4沖刷特性研究

水泥穩(wěn)定碎石材料的沖刷性能與其強(qiáng)度形成過程、材料組成及其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。實(shí)際工程當(dāng)中，從道路面層進(jìn)入基層交界面的雨水，在反復(fù)行車載荷作用下會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力和真空水壓，最終引起基層脫空等病害。因此有必要對橡膠水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行沖刷特性研究。

采用MTS試驗(yàn)臺來做水泥穩(wěn)定碎石混合料的沖刷試驗(yàn)，該試驗(yàn)原理考慮了水對試件的侵蝕作用和車載對基層頂面的“泵吸作用”，且作用力的大小和頻率可控，能夠?qū)崿F(xiàn)精確測量。試驗(yàn)頻率為22HZ，作用載荷為1.2MPa。

圖4為未摻橡膠粉和摻有2.5%的c類橡膠粉的水泥穩(wěn)定材料不同齡期的沖刷量直方圖，沖刷次數(shù)為8000次。由試驗(yàn)結(jié)果可知，摻入2.5%的橡膠粉，降低了結(jié)合料的沖刷量，隨著齡期的增長，沖刷量有所下降，但降幅不明顯。

圖4 不同齡期的沖刷量變化

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是：加入的橡膠粉被水泥漿充分包裹，加強(qiáng)了內(nèi)部顆粒物質(zhì)的相互聯(lián)接，由于橡膠顆粒的彈性，對“泵吸作用”起到緩沖作用；隨著沖刷作用的進(jìn)行，碎石骨料承受主要載荷作用力，顆粒物質(zhì)內(nèi)部的聯(lián)結(jié)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，細(xì)顆粒物質(zhì)不再直接承受載荷作用，只承受運(yùn)動(dòng)水流的沖刷作用。

5干燥收縮性能試驗(yàn)

將摻有不同劑量c類橡膠粉的水泥穩(wěn)定碎石混合料分別投入試模振動(dòng)成型機(jī)，得到150mm×60mm的圓柱體試件。把試件置于溫度為（20±2）℃、相對濕度不小于95%的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)霧化加濕養(yǎng)護(hù)7d后，在自然溫度、濕度的條件下，測定不同失水率下試件的干縮量。通過手持應(yīng)變儀讀取不同時(shí)間試件的干縮值。圖5為平均干縮系數(shù)隨橡膠粉含量的變化曲線。由圖5可知：隨著橡膠粉含量的增加，結(jié)合料的平均干縮系數(shù)先下降后上升，變化幅度在5%～10%。

圖5 橡膠粉含量與平均干縮系數(shù)的關(guān)系

主要原因是：隨著水分的蒸發(fā)、水化反應(yīng)的進(jìn)行，結(jié)合料內(nèi)部發(fā)生毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間作用等反應(yīng)，引起水泥穩(wěn)定碎石混合料的體積收縮。對于未摻入橡膠粉的混合料，骨架孔隙率比較大，受到的毛細(xì)張力、吸附作用、分子間作用也較大，因此干縮系數(shù)比較大；摻有一定量橡膠粉的混合料，其內(nèi)部的空隙被填充，由于橡膠粉具有良好的保水性和彈性，對毛細(xì)張力、吸附作用、分子間作用表現(xiàn)不太敏感，所以干縮系數(shù)有減小的趨勢；隨著橡膠粉含量的繼續(xù)增加，混合料的比表面積增大，橡膠顆粒表面的水膜由于蒸發(fā)作用逐漸變薄，顆粒間的分子引力相互作用，引起收縮系數(shù)增大。因此，摻入一定量橡膠粉有利于降低結(jié)合料的應(yīng)變收縮。

6結(jié)語

綜上所述，本文通過探討了不同橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)擊實(shí)的試驗(yàn)，對不同摻量的橡膠粉水泥穩(wěn)定碎石作了論述，旨在能為類似的方面提供參考范例。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣應(yīng)軍.基于振動(dòng)法設(shè)計(jì)的抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)用研究[J].2008（12）.

[2]柴國珺、魏召杰.振動(dòng)擊實(shí)法在路面基層、底基層的應(yīng)用[J].科技信息.2009（25）.