低劑量水泥穩(wěn)定銑刨料材料性能研究

馬加存 栗 虎 戰(zhàn) 文 劉建樹 周 浩

（1.山東省路橋集團有限公司， 山東 濟南 250001；2.山東建筑大學(xué)， 山東 濟南 250101）

0 引言

隨著交通行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，大量公路逐步面臨改擴建的需求，改擴建中的道路一般基于原路基進行拓寬，不可避免地遇到橋梁。在橋臺處，就存在3 種類型的結(jié)構(gòu)：橋臺、舊臺背回填、新臺背回填。橋臺是剛體結(jié)構(gòu)[1]，其本身沉降量較小，而臺背回填材料剛度明顯較小，易于導(dǎo)致形成過大沉降，所以橋臺和臺背回填結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)沉降差，當沉降差過大時就會出現(xiàn)“橋頭跳車”[2]，影響行駛舒適性，甚至因突然減速造成事故，且過大的沖擊振動對橋梁結(jié)構(gòu)和汽車都有影響，降低其使用壽命，控制臺背回填結(jié)構(gòu)[3-4]的沉降量具有重要的現(xiàn)實意義。臺背回填材料的原料多為細沙等，穩(wěn)定處理難度很大，導(dǎo)致其剛度難以提升，從而產(chǎn)生過大沉降；而在公路改擴建工程中，往往產(chǎn)生大量的基層銑刨料[5]，一般用于再生等工程，但有時仍然殘余過多殘余廢料需要處理，這些銑刨料殘料中粗集料比例很大，經(jīng)過適當穩(wěn)定處理，可有效提高其剛度，并幾乎不再發(fā)生壓縮變形，從而改善橋頭跳車問題。

為了確定水穩(wěn)銑刨料作為臺背回填材料正確使用方法，本文對其性能進行系統(tǒng)地研究。由于填料層為靠下，所受交通荷載的應(yīng)力較小，對力學(xué)強度要求較低；且水穩(wěn)銑刨料結(jié)構(gòu)體積較大，為控制其收縮變形，水泥含量不宜太高；故本文主要研究低水泥劑量（1%-3%）[6]范圍的水泥穩(wěn)定銑刨料。

1 試驗研究

為確定水穩(wěn)銑刨料在臺背回填工程中的可行性，本文系統(tǒng)研究了水穩(wěn)銑刨料的原材料基礎(chǔ)性能，以及混合料的力學(xué)性能和水泥劑量對混合料性能的影響。

1.1 篩分試驗

為全面了解銑刨料的基本性能，本文進行系統(tǒng)的研究。銑刨材料的級配影響混合料的可壓實性和密實性，優(yōu)良的級配是獲得優(yōu)良水泥穩(wěn)定銑刨料的基礎(chǔ)。

試驗結(jié)果如表1 所示，從表中可以看出該水穩(wěn)銑刨料中顆粒占比最多的為在9.5，4.75，2.36 三類篩上的顆粒均在10%～20%之間，此外，也存在大于40mm 的大粒徑顆粒。存在較粗顆粒是因為銑刨料未能完全破碎，存在少量集料仍然粘結(jié)在一起的現(xiàn)象，如圖1 所示。

表1 篩分試驗結(jié)果

將銑刨料級配與無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的基層和底基層比較，結(jié)果如圖2，從中可以看出，銑刨料的級配與水穩(wěn)碎石基層的級配范圍差別較大，在19～37.5mm 篩孔均超過級配界限；但與水穩(wěn)碎石底基層的級配范圍相比，除37.5mm 篩孔外，均符合此級配范圍。說明該銑刨料的級配較為優(yōu)良，易于壓實獲得良好的密度，養(yǎng)護后可以得到較好的強度和剛度，有效控制自身的壓縮變形。

圖1 較大粒徑顆粒

圖2 銑刨料級配與水穩(wěn)材料級配范圍對比

2.2 吸水率實驗

集料的吸水能力影響混合料的抗水損害能力和抗凍能力，臺背回填一般免不了冰凍問題，但受到降水和地下水的影響，仍需要具有較優(yōu)良的抗水損害能力，銑刨料的吸水率測試結(jié)果如表2 所示。

表2 銑刨料吸水率

從表中可以看出，無論粗集料、細集料，銑刨料吸水率均顯著大于天然石料。這是因為銑刨料粗骨料表面粘附有水泥石，其內(nèi)部空隙率遠大于天然石料，所以具有較強的吸水率，且細集料的比表面積更大，所有其表面粘附的水泥石質(zhì)量比更高，從而具有更大的吸水率；且骨料表面可能粘附有一定細集料，二者之間也存在孔隙，同樣具有較強的吸水能力。所有銑刨料整體的吸水率較大，且細集料的吸水率更大。

2.3 擊實試驗

2%水泥劑量的水泥穩(wěn)定銑刨料的擊實曲線如圖3 所示，從中可以看出水穩(wěn)銑刨料在級配與水泥穩(wěn)定碎石底基層材料級配相當?shù)那闆r下，其最佳含水量比普通水穩(wěn)碎石高約1.5%～2%，而其最大干密度比普通水泥穩(wěn)定碎石低約0.006g/cm3左右。其原因在于2.2 所述，集料表面粘附的水泥石空隙率較高，以及互相粘接的集料顆粒間的空隙，從而具有較大的吸水率和相對較低的密度。從而導(dǎo)致水穩(wěn)銑刨料整體的最佳含水量較高而最大干密度較低。

圖3 水穩(wěn)銑刨料擊實曲線

2.4 抗壓強度試驗

水泥穩(wěn)定材料的強度是核心性能指標，直接決定結(jié)構(gòu)層的承載能力，并對其抗凍、抗水損害等性能有重要影響。水泥穩(wěn)定材料的組成設(shè)計，一般以7 天無側(cè)限抗壓強度為設(shè)計指標；而劈裂強度決定結(jié)構(gòu)層的層底受拉承載力，對結(jié)構(gòu)體承載力有直接影響。

2.4.1 抗壓強度

水穩(wěn)銑刨料的7 天無側(cè)限抗壓強度結(jié)果如圖4 所示。

圖4 水穩(wěn)碎石強度試驗結(jié)果

從圖4 中可以看出：（1）水穩(wěn)銑刨料的強度相當于或略低于普通水穩(wěn)碎石，這是因為集料表面吸附的水泥石，以及集料之間的互相粘結(jié)，其強度較低成為薄弱面，降低了水穩(wěn)銑刨料整體強度，但其級配相對良好；（2）水穩(wěn)銑刨料的7 天無側(cè)限抗壓強度隨水泥劑量的增加，基本呈現(xiàn)線性增加的趨勢，提高水泥用量，可以提高其強度，并改良其抗水損壞能力和抗凍性能。

2.4.2 劈裂強度

從圖4 可以看出，水穩(wěn)銑刨料的劈裂強度也較低；水穩(wěn)銑刨料劈裂強度在水泥劑量為1%時強度很低不足0.1MPa，從1%增加到2%時的增幅最大，幾乎達到0.3MPa；這可能是因為1%水泥劑量過低，難以裹附所有集料表面，混合料顆粒具有無結(jié)合料表面，但2%水泥劑量條件下可以基本裹附集料表面，從而形成較高的強度；當水泥劑量提高到3%時，強度增加幅度較低。從劈裂性能看，2%的水泥劑量較為合理。

劈裂強度與基層材料的層底抗拉能力直接相關(guān)，提高劈裂強度可以顯著提高水穩(wěn)銑刨料的抗力學(xué)疲勞能力，所以劈裂強度有更大的參考價值。為了保證水穩(wěn)銑刨料結(jié)構(gòu)層的整體性能，其劈裂強度不宜過低；但隨水泥劑量增加，水穩(wěn)銑刨料后期其收縮系數(shù)增加，抗裂性能明顯下降；且高水泥劑量也造成其經(jīng)濟成本相對較高，所以建議選擇2%作為水穩(wěn)銑刨料穩(wěn)定臺背回填料的最優(yōu)結(jié)合料劑量。

3 結(jié)束語

（1）本項目銑刨料級配較好，基本滿足水穩(wěn)碎石底基層的級配要求。但由于骨料顆粒表面粘附有水泥石和細集料，導(dǎo)致集料含有超過部分超過40mm 孔徑的粗集料，且吸水率較大；

（2）水穩(wěn)銑刨料的最佳含水量比普通水穩(wěn)碎石大約1.5%～2%，而最大干密度略??；

（3）水穩(wěn)銑刨料的強度相當于或略低于普通水穩(wěn)碎石，抗壓強度隨水泥劑量增加基本為線形增長；劈裂強度隨水泥劑量增加曲線較為曲折，綜合考慮其強度曲線、收縮性能以及成本，2%為其合理水泥劑量。