瀝青路面級(jí)配碎石上基層性能改善措施研究

陳 柯,趙振國(guó)

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

近年來(lái)，高速公路瀝青路面不斷追求較高強(qiáng)度，路面設(shè)計(jì)總厚度不斷增厚(通常是70 cm以上)。隨著半剛性基層瀝青路面強(qiáng)度不斷提高，也暴露出一些缺點(diǎn)和不足，導(dǎo)致出現(xiàn)較多的早期破壞，如：很多工程為提高水穩(wěn)基層強(qiáng)度、彌補(bǔ)碎石原材料質(zhì)量缺陷并能順利取出芯樣通過(guò)驗(yàn)收，往往提高水泥劑量，導(dǎo)致基層溫縮、干縮裂縫比較嚴(yán)重，進(jìn)而形成路面反射裂縫，尤其在溫差比較大的季凍區(qū)此類病害更為嚴(yán)重。

在半剛性基層與瀝青面層之間鋪筑一層級(jí)配碎石，形成一種級(jí)配碎石上基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅可以發(fā)揮半剛性基層高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性及高承載力的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也可以有效地減輕半剛性基層瀝青路面反射裂縫及水損害等病害。級(jí)配碎石作為過(guò)渡層的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾方面[1-3]：①具有較好的應(yīng)力分散能力，能夠有效地緩解瀝青路面反射裂縫；②具有良好的滲水、排水、隔溫、保溫的作用，能夠有效地改善基層積水，進(jìn)而緩解瀝青路面的水損害；③具有獨(dú)特的力學(xué)性能；④建設(shè)成本低。但是級(jí)配碎石基層的模量及強(qiáng)度較小，在行車荷載的重復(fù)循環(huán)作用下，級(jí)配碎石基層易出現(xiàn)塑性變形，瀝青面層易產(chǎn)生疲勞裂縫及永久變形。因此，這種結(jié)構(gòu)在中低等級(jí)瀝青路面中應(yīng)用較為普遍，且效果較好，而在高速公路應(yīng)用較少。

本論文的研究目的主要是通過(guò)對(duì)級(jí)配碎石原材料、級(jí)配范圍及添加纖維等方面進(jìn)行研究，以提高級(jí)配碎石混合料的CBR值、抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度等性能，形成高強(qiáng)度級(jí)配碎石，進(jìn)而達(dá)到緩解瀝青路面反射裂縫及滿足日益增長(zhǎng)的重載交通的要求。

1 級(jí)配碎石材料的技術(shù)要求研究

長(zhǎng)期以來(lái)影響我國(guó)級(jí)配碎石道路應(yīng)用和推廣的一個(gè)重要因素就是集料的質(zhì)量較差，而細(xì)集料中的泥土含量又是關(guān)鍵的因素之一。砂當(dāng)量是集料技術(shù)要求的一個(gè)重要指標(biāo)，可以用來(lái)控制級(jí)配碎石細(xì)集料的潔凈度。對(duì)于級(jí)配碎石基層，砂當(dāng)量的標(biāo)準(zhǔn)中以法國(guó)定的最高為50%，加州的標(biāo)準(zhǔn)最低為25%，其他各國(guó)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[4-6]一般為30%～40%；同時(shí)，由國(guó)內(nèi)部分工程細(xì)集料砂當(dāng)量的測(cè)試結(jié)果看[6]，除了個(gè)別含泥量較大的集料處在45%以下，其余工程的細(xì)集料的砂當(dāng)量均在45%以上。結(jié)合國(guó)外規(guī)范和國(guó)內(nèi)部分工程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建議我國(guó)級(jí)配碎石的細(xì)集料的砂當(dāng)量指標(biāo)不小于45%。

砂當(dāng)量測(cè)試指標(biāo)具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)快捷的特點(diǎn)，但有部分細(xì)料會(huì)在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)被黏土包裹從而被誤認(rèn)為有害物質(zhì)，測(cè)試得到砂當(dāng)量值會(huì)偏低。因此本文中增加亞甲藍(lán)指標(biāo)，采用砂當(dāng)量和亞甲藍(lán)值雙指標(biāo)控制細(xì)集料的潔凈度。查閱相關(guān)文獻(xiàn)[8]，法國(guó)制定規(guī)范規(guī)定，級(jí)配碎石基層、底基層砂當(dāng)量不小于50%，亞甲藍(lán)不大于2.5 g /kg；希臘規(guī)范中規(guī)定，級(jí)配碎石基層砂當(dāng)量不小于50%～40%，亞甲藍(lán)不大于3.0 g /kg；國(guó)內(nèi)嚴(yán)二虎、李福普[9-10]對(duì)瀝青混合料0～2.36 mm細(xì)集料研究指出砂當(dāng)量指標(biāo)和亞甲藍(lán)指標(biāo)之間的關(guān)系，當(dāng)砂當(dāng)量不小于45%時(shí)，細(xì)集料合格率83%，而亞甲藍(lán)不大于3 g /kg時(shí)，細(xì)集料合格率則為88%，同時(shí)亞甲藍(lán)指標(biāo)不大于1、1.5 g /kg時(shí)對(duì)應(yīng)的細(xì)集料合格率分別為26%、38%。結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)砂當(dāng)量和亞甲藍(lán)指標(biāo)的研究，建議對(duì)級(jí)配碎石基層細(xì)集料的亞甲藍(lán)指標(biāo)技術(shù)要求為不大于3 g /kg。

我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)中規(guī)定[11]，級(jí)配碎石細(xì)集料的塑性指數(shù)不大于12%，而對(duì)液限沒(méi)有明確規(guī)定。查閱相關(guān)資料，我國(guó)1986年規(guī)范液限規(guī)定不大于25%，塑性指數(shù)潮濕地區(qū)為不大于4%，其他地區(qū)為不大于6%；2000年規(guī)范[10]規(guī)定液限不大于28%，塑性指數(shù)潮濕地區(qū)不大于6%，其他地區(qū)為不大于9%，根據(jù)我國(guó)集料的調(diào)查測(cè)試情況，僅有南廣試驗(yàn)路和蘇州含泥量較大的試驗(yàn)路液限大于25%、塑性指數(shù)大于4%，因此建議級(jí)配碎石的所使用的0.5 mm以下集料的液限不大于25%，塑性指數(shù)不大于4%。

級(jí)配碎石混合料的強(qiáng)度受粗集料強(qiáng)度指標(biāo)影響較大，對(duì)于級(jí)配碎石粗集料壓碎值的要求參照現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定。

級(jí)配碎石混合料中細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒在生產(chǎn)拌和、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過(guò)程中容易出現(xiàn)壓碎折斷的情況，因此需要對(duì)級(jí)配碎石原材料中針片狀顆粒含量進(jìn)行控制。對(duì)于級(jí)配碎石粗集料的針片狀的含量控制參照現(xiàn)行規(guī)范中的規(guī)定。

級(jí)配碎石基層強(qiáng)度主要由粒料本身的強(qiáng)度和粒料顆粒之間的嵌擠力兩方面組成，因此材料本身的性能對(duì)其混合料的力學(xué)性能具有重要影響[7]。本小節(jié)從細(xì)集料的潔凈度、液限和塑性指數(shù)以及粗集料的強(qiáng)度、針片狀顆粒含量指標(biāo)，對(duì)級(jí)配碎石原材料的規(guī)范技術(shù)要求進(jìn)一步細(xì)化，級(jí)配碎石材料技術(shù)要求建議值見(jiàn)表1。

表1 級(jí)配碎石材料技術(shù)要求建議值Table 1 Technical requirements for gravel materials rec-ommended values指標(biāo)類別液限/%塑性指數(shù)/%砂當(dāng)量/%亞甲藍(lán)/ g·kg-1 壓碎值/%針片狀顆粒含量/%細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)≤25≤4≥45≤3.0——粗集料技術(shù)指標(biāo)————≤26≤18

2 級(jí)配碎石級(jí)配范圍研究

為提出適宜的級(jí)配碎石的級(jí)配范圍，以抗剪強(qiáng)度為性能驗(yàn)證指標(biāo)，選取3種級(jí)配研究其合理性，其中粗級(jí)配采用2000年規(guī)范[12]的級(jí)配碎石級(jí)配范圍，細(xì)級(jí)配采用現(xiàn)行規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG F20-2015)的級(jí)配碎石級(jí)配范圍，中間級(jí)配范圍為結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，細(xì)化關(guān)鍵篩孔，級(jí)配范圍介于粗級(jí)配和細(xì)級(jí)配之間，3種級(jí)配范圍見(jiàn)表2。

2.1 成型問(wèn)題

設(shè)定4.6%的含水量，采用振動(dòng)擊實(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)3種級(jí)配試件脫模后不能成型，無(wú)法進(jìn)行下一步試驗(yàn)，如圖1(a)?？紤]摻加少量水泥成型試件，比較不同級(jí)配的抗剪強(qiáng)度進(jìn)而優(yōu)選出更合適的級(jí)配。為使水泥對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響降低到最小，因此力求水泥摻量最小，考慮粗級(jí)配最難成型，所以拿粗級(jí)配成型來(lái)確定水泥的摻量，擬定含水率4.6%，采用振動(dòng)擊實(shí)成型，分別確定2%、1%、0.7%、0.5%、0.3%的不同水泥摻量，成型試件，以上不同摻量試件均可以成型，但是0.3%的水泥摻量脫模時(shí)效果不好，如圖1(b)。因此最終確定水泥摻量為0.5%，分別成型3種級(jí)配的試件，測(cè)試其抗剪強(qiáng)度。

表2 3種級(jí)配的級(jí)配范圍Table 2 Graded range for three-stage matching級(jí)配類型不同篩孔(mm)質(zhì)量百分率/%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗級(jí)配上限1009580564841382820141196下限10085664437312818128530中間級(jí)配上限10010085726454402718141195下限10090716054443017128530細(xì)級(jí)配上限10010088827664402820141075下限100100797061493019128532

2.2 合成級(jí)配

3種級(jí)配的摻配比例和合成級(jí)配見(jiàn)表3，合成級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。

(a) 脫模無(wú)法成型

表3 篩分結(jié)果及摻配比例Table 3 Screening results and doping ratio公稱粒徑(mm)及合成級(jí)配不同篩孔(mm)質(zhì)量百分率/%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075細(xì)級(jí)配比例/%中間級(jí)配比例/%粗級(jí)配比例/% 19～31.5100.092.630.87.60.80.20.10.10.10.10.10.10.15034249.5～19100.0100.099.995.658.18.40.90.80.80.80.70.70.61515234.75～9.5100.0100.0100.0100.0100.098.219.71.51.41.41.41.41.4018182.36～4.75100.0100.0100.0100.0100.0100.084.64.01.81.21.11.10.910911 0～4.75100.0100.0100.0100.0100.0100.099.889.067.540.926.020.714.8252424合成級(jí)配(粗)100.096.365.453.144.136.433.622.817.210.56.85.43.9合成級(jí)配(中間)100.097.576.567.960.052.035.322.116.810.36.75.54.0合成級(jí)配(細(xì))100.098.283.476.866.654.737.022.316.910.46.85.54.1

圖2 合成級(jí)配曲線

2.3 最佳含水量、最大干密度確定

3種級(jí)配確定的最佳含水量和最大干密度見(jiàn)表4。

表4 不同含水量下的最大干密度Table 4 Maximum dry density at different water content級(jí)配類型不同含水量(%)的干密度/(g·cm-3)344.55最佳含水量/%最大干密度/(g·cm-3)粗級(jí)配2.2082.2762.3032.2544.52.303中間級(jí)配2.2542.3192.3232.3024.32.324細(xì)級(jí)配2.1812.2752.2942.2664.52.294

2.4 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

材料剪切儀是在圍壓恒定情況下對(duì)試件進(jìn)行豎向剪切試驗(yàn)的專用設(shè)備見(jiàn)圖3，在材料試件水平方向施加恒定圍壓，測(cè)定并記錄試件破壞時(shí)的豎向荷載與剪切位移，用來(lái)評(píng)價(jià)路面柔性材料的抗剪切變形能力。

圖3 材料剪切試驗(yàn)

考慮路面水平方向的作用力，隨著行車速度的不斷提高、車輛載重的不斷增加等交通條件的改變，路面水平作用力可能會(huì)在級(jí)配碎石層中產(chǎn)生水平剪力；另一方面考慮路面的不均勻變形，使得結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生豎向剪切應(yīng)力，因此本文以抗剪強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)3種級(jí)配的優(yōu)劣。級(jí)配碎石抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表5。

表5 級(jí)配碎石試件抗剪強(qiáng)度Table Graded gravel test piece anti-shear strength級(jí)配類型不同試件編號(hào)的抗剪強(qiáng)度/kPa123456平均值粗級(jí)配761.2 617.1 808.3 726.4 723.1 837.3 745.6 中間級(jí)配923.8683.3879.6810.5782.3951.9838.6細(xì)級(jí)配637.8617.5858.9691.2803.9704.4719.0

由級(jí)配碎石抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：中間級(jí)配的抗剪強(qiáng)度最大，其抗剪強(qiáng)度較細(xì)級(jí)配增加16.6%，較粗級(jí)配增加12.5%。分析原因：① 中間級(jí)配粗集料形成更好骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，細(xì)集料又很好地填充了其骨架空隙，從而獲得較好的抗剪強(qiáng)度；② 由擊實(shí)最佳含水率和最大干密度可知，中間級(jí)配含水率較低，干密度較大，隨著密度的增加及含水量的下降，材料的抗剪強(qiáng)度有所提升。因此從級(jí)配碎石抗剪強(qiáng)度方面看，建議實(shí)際工程應(yīng)用選擇中間級(jí)配(具體級(jí)配范圍見(jiàn)表2)。

3 提高級(jí)配碎石強(qiáng)度的措施研究

級(jí)配碎石層是散體材料，理論上不傳遞應(yīng)力應(yīng)變，鋪在瀝青面層與半剛性基層之間可以有效地緩解半剛性基層瀝青路面的反射裂縫，但因其自身力學(xué)性能(抗拉、抗剪強(qiáng)度，失效應(yīng)變)較差，在車輛荷載作用下容易產(chǎn)生永久變形及疲勞裂縫，雖通過(guò)對(duì)級(jí)配碎石原材料質(zhì)量、級(jí)配范圍等環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，其性能有所改善或提高，但是為了進(jìn)一步提高其抗剪強(qiáng)度，本節(jié)研究纖維摻入級(jí)配碎石后對(duì)級(jí)配碎石強(qiáng)度的影響。

3.1 纖維作用機(jī)理分析

纖維在級(jí)配碎石中的作用機(jī)理是通過(guò)減少和消除由外載引起的微裂縫及細(xì)小裂縫。纖維級(jí)配碎石中，主要通過(guò)調(diào)整纖維自身的長(zhǎng)細(xì)比、形狀及摻量等方法改變纖維級(jí)配碎石的相關(guān)物理性質(zhì)，提高纖維與級(jí)配碎石材料之間的相互作用力，其作用力主要有摩擦力、粘結(jié)力及其它作用力。

當(dāng)受到載荷作用時(shí)，纖維與級(jí)配碎石共同承擔(dān)由外載引起的應(yīng)力、應(yīng)變，由于亂向分布的纖維，構(gòu)成了一種三維亂向的支撐網(wǎng)或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而產(chǎn)生了一種有效的加強(qiáng)效果，可以有效地提升纖維級(jí)配碎石的連續(xù)性，有效地分散了應(yīng)力的局部集中，降低應(yīng)力水平；當(dāng)外載作用較大，超過(guò)纖維與級(jí)配碎石的粘結(jié)力時(shí)，纖維與級(jí)配碎石間會(huì)產(chǎn)生一種相對(duì)滑動(dòng)，從而在纖維與級(jí)配碎石的接觸表面上產(chǎn)生了部分塑性變形，并且通過(guò)相對(duì)滑動(dòng)及纖維塑性的變形耗散掉部分應(yīng)變能，降低其應(yīng)力水平，有效地阻止了裂縫的生成與擴(kuò)展，提高了纖維級(jí)配碎石抵抗塑性應(yīng)變的能力，從而提高其抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。

3.2 纖維摻量的確定

目前，在道路建設(shè)工程中，瀝青混合料中使用較多的纖維有礦物纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維及玻璃纖維等幾種，而在級(jí)配碎石混合料中，纖維級(jí)配碎石的研究相對(duì)比較少，只有少量研究人員對(duì)其進(jìn)行了研究。天津大學(xué)周衛(wèi)峰[13]研究發(fā)現(xiàn)在道路行業(yè)常用纖維中，聚丙烯纖維改善級(jí)配碎石的效果比較明顯，而且經(jīng)濟(jì)，因此本文將選擇W型聚丙烯纖維加入級(jí)配碎石中，并對(duì)其混合料性能展開進(jìn)一步的研究。

纖維級(jí)配碎石中，聚丙烯纖維的彈性模量、拉升強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率等指標(biāo)對(duì)纖維級(jí)配碎石性能影響比較明顯，因此，為了保證纖維級(jí)配碎石的力學(xué)性能，聚丙烯纖維材料必須滿足表6的技術(shù)指標(biāo)。

表6 聚丙烯纖維技術(shù)指標(biāo)Table 6 Polypropylene fiber technical indicators類別直徑/mm熔點(diǎn)/℃彈性模量/MPa拉伸強(qiáng)度/MPa斷裂伸長(zhǎng)率/%長(zhǎng)度/mm耐堿酸度檢測(cè)值0.81624 125636—25—規(guī)定值0.8～1.1160～165≥3 500≥50015±225±2強(qiáng)

在纖維級(jí)配碎石中，纖維的摻量對(duì)其力學(xué)性能和路用性能的影響都比較大，因此，為了確定纖維級(jí)配碎石混合料中聚丙烯纖維的最優(yōu)摻量，以劈裂強(qiáng)度(間接抗拉強(qiáng)度)為指標(biāo)，對(duì)不同摻量的纖維級(jí)配碎石試樣的劈裂強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比研究。

在振動(dòng)擊實(shí)的基礎(chǔ)上，選用了0‰、1‰、2‰、3‰、4‰ 共5種摻量(質(zhì)量比)分別加入具有相同級(jí)配和含水率的級(jí)配碎石混合料中進(jìn)行成型，然后將成型好的試樣放在夾具上進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，其加載速度為1 mm/min，如圖5所示，其試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖5 試驗(yàn)所用纖維及劈裂試驗(yàn)

圖6 級(jí)配碎石劈裂強(qiáng)度

從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，較低的纖維摻量，改善級(jí)配碎石劈裂強(qiáng)度的效果更好。隨纖維摻量的增加，級(jí)配碎石的劈裂強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)纖維摻量從0增長(zhǎng)至1‰時(shí)，級(jí)配碎石的劈裂強(qiáng)度增大，且增大速度較快，并在纖維摻量為1‰時(shí)達(dá)到最大值；當(dāng)纖維摻量從1‰增至4‰時(shí)，劈裂強(qiáng)度呈衰減趨勢(shì)，且纖維摻量從1‰增加到2‰，衰減速度比較大，當(dāng)其超過(guò)3‰時(shí)，劈裂強(qiáng)度的衰減趨于平緩。

添加纖維雖然可以增大級(jí)配碎石的劈裂強(qiáng)度，提升級(jí)配碎石的抗拉強(qiáng)度，即提高級(jí)配碎石整體的抗變形能力。但是纖維的摻量必須控制在合理的范圍內(nèi)，即1‰～2‰。摻量過(guò)高時(shí)，級(jí)配碎石強(qiáng)度提升不明顯，而且也不經(jīng)濟(jì)；摻量過(guò)低時(shí)，施工和易性較差，不易拌合均勻，從而影響其混合料強(qiáng)度。因此纖維的摻量選擇1‰比較合理。

3.3 纖維級(jí)配碎石性能研究

為了進(jìn)一步研究纖維級(jí)配碎石(1‰摻量)的性能，本節(jié)將在振動(dòng)擊實(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)CBR試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及三軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)比研究纖維級(jí)配碎石與級(jí)配碎石的力學(xué)性能。

a.CBR試驗(yàn)。

在最佳含水量和最大干密度的情況下，對(duì)纖維級(jí)配碎石和級(jí)配碎石試樣分別進(jìn)行不浸水和浸水4晝夜后的CBR試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：級(jí)配碎石中加入1‰聚丙烯纖維后，級(jí)配碎石的CBR值有所增加。對(duì)于不泡水級(jí)配碎石，其CBR值增加了23.7%；泡水4晝夜的級(jí)配碎石其CBR值增加了22.3%。泡水4晝夜級(jí)配碎石CBR值的增長(zhǎng)率沒(méi)有不泡水級(jí)配碎石CBR值的增長(zhǎng)率高，可能是由于泡水后聚丙烯纖維與級(jí)配碎石中集料的粘結(jié)效果及摩擦力受到影響，從而其改善效果有所減弱。

表7 級(jí)配碎石與纖維級(jí)配碎石CBR試驗(yàn)Table 7 CBR test with gravel and fiber graded gravel試驗(yàn)編號(hào)纖維級(jí)配碎石級(jí)配碎石不泡水CBR/%泡水4晝夜CBR/%不泡水CBR/%泡水4晝夜CBR/%1398.4303.1323.4253.32386.5301.1315.2239.83410.5298.2328.0247.5平均值398.5300.8322.2246.9

b.無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

在最佳含水量和最大干密度的情況下，對(duì)纖維級(jí)配碎石和級(jí)配碎石試樣分別進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 級(jí)配碎石與纖維級(jí)配碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度Table 8 Gravel and fiber graded gravel without side limit pressure strengthMPa試驗(yàn)編號(hào)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度纖維級(jí)配碎石級(jí)配碎石試驗(yàn)編號(hào)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度纖維級(jí)配碎石級(jí)配碎石11.31.181.21.521.21.391.41.231.31.4101.31.141.51.5111.71.251.31.4121.31.461.51.2131.61.271.71.2代表值1.151.02

由表8試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，級(jí)配碎石中添加1‰聚丙烯纖維后，級(jí)配碎石的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有所提升，相比于未添加纖維的級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提升了12.7%。

c.大型靜三軸壓縮試驗(yàn)。

在最佳含水量和最大干密度的情況下，對(duì)纖維級(jí)配碎石和級(jí)配碎石試樣分別進(jìn)行大型靜三軸壓縮試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如圖7、圖8、表9所示。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出：纖維級(jí)配碎石與普通級(jí)配碎石的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系曲線的變化趨勢(shì)相同，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中曲線的變化比較平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力峰值，屬于應(yīng)變硬化型；添加纖維后級(jí)配碎石的抗剪強(qiáng)度有所提升，但是添加纖維對(duì)級(jí)配碎石內(nèi)部摩察角的影響比較小，而對(duì)級(jí)配碎石內(nèi)部粘聚力的影響比較大，添加聚丙烯纖維后級(jí)配碎石的粘聚力提高了13.5%。

圖7 纖維級(jí)配碎石試樣應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線及應(yīng)力摩爾圓

圖8 級(jí)配碎石試樣應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線及應(yīng)力摩爾圓

表9 纖維級(jí)配碎石與級(jí)配碎石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Table 9 Fiber-grade gravel and graded gravel anti-shear strength index試驗(yàn)名稱C/ kPaФ/(°)纖維級(jí)配碎石27843.5級(jí)配碎石24544.3

4 結(jié)論

本文從級(jí)配碎石材料的技術(shù)要求、級(jí)配范圍和纖維級(jí)配碎石方面進(jìn)行研究，以期獲得更好路用性能的級(jí)配碎石，研究結(jié)論如下：

a.集料本身的性能對(duì)級(jí)配碎石混合料的力學(xué)性能具有重要影響，本文細(xì)化現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)級(jí)配碎石集料的要求，對(duì)于細(xì)集料：建議采用砂當(dāng)量不小于45%，亞甲藍(lán)不大于3 g/kg雙指標(biāo)控制級(jí)配碎石細(xì)集料中有害物質(zhì)，同時(shí)提出細(xì)集料液限指標(biāo)不大于25%、塑性指數(shù)不大于4%。

b.以抗剪強(qiáng)度為性能指標(biāo)，對(duì)比細(xì)級(jí)配、中間級(jí)配和粗級(jí)配3種級(jí)配范圍，結(jié)果表明中間級(jí)配的抗剪強(qiáng)度最大，其抗剪強(qiáng)度較細(xì)級(jí)配增加16.6%，較粗級(jí)配增加12.5%，由此推薦級(jí)配碎石層的級(jí)配范圍為中間級(jí)配。

c.在振動(dòng)擊實(shí)的基礎(chǔ)上，并通過(guò)劈裂試驗(yàn)確定了纖維級(jí)配碎石中纖維最佳摻量為1‰。對(duì)比研究了纖維級(jí)配碎石與級(jí)配碎石的性能，纖維級(jí)配碎石的CBR值提升了23%，抗壓強(qiáng)度提升了13%，粘聚力提升了13.5%，結(jié)果表明纖維級(jí)配碎石較普通級(jí)配碎石具有較好的路用性能，級(jí)配碎石中摻加纖維是一種提高其路用性能的可行措施。