黃 明1，陳 瀟2，謝 俊3

（1.武漢中交二航局六工程分公司，武漢430000；2.武漢理工大學(xué)綠色建筑材料及制造教育部工程研究中心，武漢430070；3.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點試驗室，武漢430070）

由于早期強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、施工機(jī)動性強(qiáng)等優(yōu)點［1］，水泥穩(wěn)定類材料已成為我國高等級公路廣泛采用的半剛性基層材料。但通過一些研究以及應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該類材料在施工過程中存在擊實性能差［2］、離析嚴(yán)重［3－6］等缺點，嚴(yán)重影響了基層的施工質(zhì)量。水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石是一類具有較好路用性能的新型基層材料［7］，由于集料級配的改變以及粉煤灰的摻入，必然會對材料的上述施工性能產(chǎn)生影響，但目前，針對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石施工性能的研究還少有報道，而且缺乏試驗室中針對相關(guān)性能進(jìn)行研究的試驗方法以及評價指標(biāo)，以至于無法很好的兼顧材料的路用性能和施工性能來對其進(jìn)行配合比設(shè)計，嚴(yán)重制約了該類材料的推廣與應(yīng)用。

文章通過設(shè)計針對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石擊實性能、抗離析性能的實驗室試驗方法以及評價指標(biāo)，系統(tǒng)研究集料級配、結(jié)合料填充系數(shù)（結(jié)合料填充系數(shù)是指水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石中水泥粉煤灰結(jié)合料的體積與集料空隙體積的比例）等因素對其上述施工性能的影響，并分析作用機(jī)理。為同時兼顧路用性能以及施工性能的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計，提供理論基礎(chǔ)。

1 試 驗

1.1 原材料

1）水泥

采用華新水泥廠32.5級普通硅酸鹽水泥。

2）粉煤灰

粉煤灰取自青山火電廠，其物理特性如表1所示：

表1 粉煤灰的物理性能

3）集料

為了研究集料級配對材料施工性能的影響，調(diào)配了4種具有代表性的集料級配，分別為規(guī)范JTG D50—2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中所推薦的懸浮密實型水泥穩(wěn)定類材料的級配中值、骨架密實型的級配中值、骨架密實型二灰穩(wěn)定類的級配中值以及文獻(xiàn)［8］所推薦的級配（偏粗），其具體級配如表2所示：

表2 集料級配 ／%

4）配合比設(shè)計

通過擊實試驗求出水泥粉煤灰結(jié)合料中水泥摻量與結(jié)合料最大干密度之間的關(guān)系，按照文獻(xiàn)［9］相關(guān)方法，通過計算求出水泥劑量為整體干混合料的4%（內(nèi)摻），不同級配下，結(jié)合料填充系數(shù)分別為0.6、0.8、1.0、1.2以及1.4的配合比并根據(jù)擊實試驗求出相關(guān)成型參數(shù)如表3所示：

表3 計算配合比以及相關(guān)成型參數(shù)

1.2 試驗方法

1）擊實試驗

擊實試驗按照J(rèn)TJ057—94《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料試驗規(guī)程》中重型擊實的試驗方法，同時通過二次回歸繪制材料干密度與含水量之間的關(guān)系曲線。半剛性基層材料干密度－含水量曲線，實際表示了材料干密度受含水量影響的性能，一般呈開口向下的拋物線形。拋物線頂點處的干密度即為材料的最大干密度，其所對應(yīng)的含水量就是材料的最佳含水量。曲線的曲率K是針對曲線上某個點的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，表明曲線偏離直線的程度。曲率K越大，表示曲線的彎曲程度越大［10］。所以，可以采用擊實曲線頂點處的曲率K表示材料在最大干密度附近區(qū)域內(nèi)，干密度對含水量的敏感程度。曲率K越大，則材料干密度對含水量越敏感，反之亦然。

2）抗離析試驗

對水泥類穩(wěn)定材料的抗離析性能的評價是采用在試驗室中進(jìn)行模擬攤鋪，并用集料級配的變化進(jìn)行評價。具體做法是采用60L混凝土拌和機(jī)對材料進(jìn)行拌和1min后，快速將拌鍋放下，然后用22r／min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行出料。料堆的分布情況如圖1所示：

如圖1所示，分別按照圖1的不同區(qū)域各取5kg的混合料，采用水洗法將混合料去除0.6mm以下的顆粒（由表1所示，粉煤灰可以完全洗掉，故排除了粉煤灰摻量不同對集料級配的影響），烘干后進(jìn)行顆粒分析，且與材料的原始級配進(jìn)行比較，將每個篩孔變化的絕對值相加，并求取區(qū)域A（A－1和A－2）以及B（B－1和B－2）的平均值，即為材料不同區(qū)域的離析系數(shù)Li。各個區(qū)域離析系數(shù)的總和就是該種材料的總離析系數(shù)L。離析系數(shù)L越小，則材料的抗離析性能越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的擊實性能

表4為各擊實曲線通過二次回歸后的擬合函數(shù)以及頂點處的曲率K。

表4 擬合曲線以及曲率K

通過表4可以看出：

1）在集料級配相同時，隨著結(jié)合料填充系數(shù)的提高，擊實曲線逐漸變的平滑，其頂點處的曲率K逐漸變小。這說明材料的干密度對含水量的敏感度逐漸減小，在施工中有利于材料最佳含水量的控制。這主要是因為，碎石材料的附水性能較差，且具有一定的觸變性［11］，故水分在其擊實過程中所起到的潤滑作用較小，大多數(shù)水并沒有被集料所吸附，而是以流漿的形式存在，所以當(dāng)結(jié)合料填充系數(shù)較小時，材料的擊實曲線存在突變性。而隨著結(jié)合料填充系數(shù)的逐漸增加，一方面粉煤灰表面吸附了大量的水膜，使材料的擊實性能進(jìn)一步體現(xiàn)出來，另一方面粉煤灰具有較好的“滾珠效應(yīng)”［2］，在材料擊實過程中起到了潤滑作用，有效抑制了碎石材料的觸變性。

2）在相同結(jié)合料填充系數(shù)下，懸浮型級配較骨架型級配的擊實曲線要平滑一些，且頂點處的曲率K要略微小一些，也就是其含水量對干密度的影響較小。這主要是由于，懸浮型級配中細(xì)小顆粒的含量較大，如a級配中4.75mm以下通過率為37%，而c級配該通過率僅為12%。在碎石材料中，細(xì)集料吸附水分的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于粗集料，故其所表現(xiàn)出的擊實性能也更為優(yōu)良。

2.2 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的抗離析性能

表5，表6分別為不同級配下（級配A，B）以及不同結(jié)合料填充系數(shù)（0.6，1.0，1.4）的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石在試驗前后的級配變化。

表5 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的級配變化，級配類型為A

表6 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的級配變化，級配類型為B

通過分析表5，表6可以看出：

1）混合料經(jīng)過攪拌快速傾倒出來后，在區(qū)域 A－1、A－2（如圖1）內(nèi)級配普遍偏粗，而在區(qū)域B－1、B－2（如圖1）內(nèi)級配普遍偏細(xì)，與施工過程中攤鋪機(jī)攤鋪后混合料分布有一定的相似性；

2）在級配類型相同時，隨著結(jié)合料填充系數(shù)的增加，材料在不同區(qū)域（A或者B）內(nèi)的級配變化（也就是離析指數(shù)Li）均逐漸降低，材料總的離析指數(shù)L也呈現(xiàn)下降趨勢；可見，結(jié)合料填充系數(shù)的提高有助于提高水泥粉煤灰碎石混合料的抗離析性能；

3）在結(jié)合料填充系數(shù)相同時，級配為懸浮型（級配A）的混合料在不同區(qū)域（A或者B）內(nèi)級配變化較骨架型級配（級配B）要小，總離析指數(shù)L也相對較小，可見，懸浮型級配具有更好的抗離析性能；

4）有研究認(rèn)為混合料中顆粒的相對位移與混合料的粘度系數(shù)、粒徑大小分布等因素有關(guān)［12］。結(jié)合料填充系數(shù)的增加，可以增加混合料的粘度系數(shù)，而懸浮型級配顆粒的粒徑大小相對骨架型級配而言，具有更好的連續(xù)性，所以顆粒的相對位移較小，抗離析性能較高。

3 結(jié) 論

a.結(jié)合料填充系數(shù)的增加，使水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石材料的擊實性能、抗離析性能以及抗破碎性能均有所改善；相同結(jié)合料填充系數(shù)下，集料級配類型對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的施工性能具有不同的影響，懸浮型級配有利于混合料擊實性能、抗離析性能的改善；

b.水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石擊實性能主要反映材料干密度對含水量的敏感程度，結(jié)合料填充系數(shù)大、細(xì)集料含量高的混合料，具有更強(qiáng)的對水吸附的能力以及粉煤灰的“滾珠效應(yīng)”，故擊實曲線頂點處的曲率K更小，干密度對含水量的變化更不敏感，擊實性能更好；

c.粉煤灰以及細(xì)集料具有對粗集料的包裹、粘附作用，能有效提高水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料的粘度系數(shù)，同時懸浮型級配其顆粒粒徑又具有很強(qiáng)的連續(xù)性，故抗離析性能較好；

d.對于不同級配類型的混合料，結(jié)合料填充系數(shù)提高到1.0后，均能顯著改善材料的施工性能，故在考慮施工性能對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石進(jìn)行配合比設(shè)計時，其結(jié)合料填充系數(shù)應(yīng)大于1.0。

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