基于逐漸填充的水泥穩(wěn)定碎石的級配設(shè)計(jì)及性能

高江龍

摘 要：采用逐級填充法設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石的級配，并測試7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、溫縮系數(shù)和干縮系數(shù)。研究結(jié)果表明，采用逐級填充法設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石能降低水泥劑量0.4%；采用逐級填充法設(shè)計(jì)的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石較懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石具有更優(yōu)的抗裂性能，干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)分別降低了21.6%和29.4%。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石；逐級填充；骨架密實(shí)；抗裂性能

中圖分類號(hào)：U416.214 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0090-03

Abstract： The gradation of cement stabilized macadam was designed with a step-by-step filling method， and the 7d unconfined compressive strength， temperature shrinkage coefficient and dry shrinkage coefficient were tested. The results show that the design of cement stabilized macadam with step by step filling method can reduce the dosage of cement 0.4. The skeleton compacted cement stabilized macadam designed by stepwise filling method has better crack resistance than suspended cement stabilized macadam. The dry shrinkage coefficient and temperature shrinkage coefficient are reduced by 21.6% and 29.4% respectively.

Keywords： cement stabilized macadam； step-by-step filling； skeleton compaction； crack resistance

引言

水泥穩(wěn)定碎石容易出現(xiàn)溫縮和干縮裂縫，并逐漸向上反射形成瀝青路面的反射裂縫，嚴(yán)重影響了路面的使用性能。如何提高水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性一直是研究的熱點(diǎn)，如向水泥中添加粉煤灰、石灰和乳化瀝青等，以及優(yōu)化級配設(shè)計(jì)等。許多研究表明，與懸浮密實(shí)型級配相比，骨架密實(shí)型級配具有更優(yōu)的抗裂性、抗沖刷性，并能降低水泥用量，因此得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》針對骨架密實(shí)型級配給出了上下限范圍，但該范圍較寬泛，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中只需保證級配處于該級配范圍之內(nèi)即可，但設(shè)計(jì)的級配是否能達(dá)到理想的骨架密實(shí)狀態(tài)卻很難確定。為此，如何采用有效的方法，從而設(shè)計(jì)出良好的骨架密實(shí)型級配，對水穩(wěn)碎石的性能起到?jīng)Q定性影響。

論文采用逐級填充法進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，獲得最密實(shí)的粗集料級配，在此基礎(chǔ)上確定細(xì)集料比例；對比測試逐級填充級配和傳統(tǒng)級配水泥穩(wěn)定碎石的溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)和7d強(qiáng)度，以論證逐漸填充級配的技術(shù)特性。

1 原材料

試驗(yàn)過程中采用普通硅酸鹽水泥，水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。采用四擋集料，分別為0～5mm石屑、5～10mm碎石、10～20mm碎石和20～31.5mm碎石，各檔集料的篩分結(jié)果如表2。

2 基于逐級填充的級配設(shè)計(jì)

逐級填充設(shè)計(jì)方法：將19～26.5mm的粒料與26.5～31.5mm的粒料按不同比例進(jìn)行混合，經(jīng)振動(dòng)法密實(shí)后測試其密度并計(jì)算空隙率，混合后集料的空隙率越小則表示集料越密實(shí)，孔隙率計(jì)算結(jié)果如圖1（a）所示，從而確定了26.5～31.5mm與19～26.5mm的集料的最佳摻配比例為30：70。

按前述步驟，分別將小一級集料與上一級混合料進(jìn)行混合，振搗密實(shí)，得到各混合后集料的孔隙率變化分別如圖1（b）～圖1（d）所示，并確定了各檔的最佳摻配比例。

根據(jù)集料的篩分結(jié)果，以逐級填充確定的粗集料級配為目標(biāo)級配，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)確定骨架密實(shí)型級配（SD），如表3。為對比骨架密實(shí)級配與懸浮密實(shí)級配的差別，又以規(guī)范懸浮密實(shí)級配的中值作為目標(biāo)級配，進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，記為（XD）。

3 最佳水泥用量確定

3.1 擊實(shí)試驗(yàn)

初步選取水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量分別為4.0%、4.5%、5.0%和5.5%，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)；通過擊實(shí)曲線確定最佳含水量和最大干密度，結(jié)果如表4。

3.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生6天、浸水1天，測定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。擬定基層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度Rd=4.0MPa，由試驗(yàn)結(jié)果可知，采用逐級填充設(shè)計(jì)節(jié)省水泥用量0.4%。

4 收縮性能

水泥穩(wěn)定碎石在施工初期主要發(fā)生干燥收縮和溫度收縮。干燥收縮是指材料內(nèi)部水分損失導(dǎo)致材料的體積收縮現(xiàn)象，一般采用干燥收縮系數(shù)表征。溫度收縮是在較大溫差和溫度反復(fù)作用下產(chǎn)生的體積收縮現(xiàn)象，一般采用溫縮系數(shù)表征。

采用應(yīng)變片法測試兩種級配在最佳水泥用量下的收縮性能，試件為10cm×10cm×40mm梁式試件。干縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由結(jié)果可知， SD的干縮系數(shù)總體上小于XD；測試期內(nèi)SD的平均干縮系數(shù)為65.1×10-6/℃，而XD的平均干縮系數(shù)為83.1×10-6/℃，前者較后者降低21.6%，說明骨架密實(shí)級配能降低干縮系數(shù)、提高抗裂性。

溫縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由結(jié)果可知， SD的溫縮系數(shù)總體上小于XD；測試期內(nèi)SD的平均溫縮系數(shù)為7.6×10-6/℃，而XD的平均干縮系數(shù)為10.7×10-6/℃，前者較后者降低29.4%，說明骨架密實(shí)級配能降低溫縮系數(shù)、提高抗裂性。

5 結(jié)束語

（1）采用逐級填充法設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石能降低水泥劑量0.4%。（2）采用逐級填充法設(shè)計(jì)的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石較懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石具有更優(yōu)的抗裂性能，干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)分別降低了21.6%和29.4%。

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