王 穎，馬紅全，陳鐵林

（1.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.黑龍江公路工程質(zhì)量監(jiān)理咨詢公司，黑龍江 哈爾濱 150008）

硼灰，是利用硼鎂礦生產(chǎn)硼砂后排出的廢料。據(jù)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)1t的硼砂會(huì)產(chǎn)生3～4t的硼灰，硼灰堿性極強(qiáng)，其排放之處，寸草不生，大片農(nóng)田受到污染，使得生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。工業(yè)廢料硼灰主要應(yīng)用于鎂化工產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)用肥料和除草劑，還被用做污水處理和煉鋼用添加劑等。

為了保護(hù)環(huán)境，降低環(huán)境污染，也為了使廢物資源得到合理有效利用，嘗試把硼灰材料和粉煤灰材料做對(duì)比，測(cè)定二者的相似性及差異性，然后運(yùn)用到道路結(jié)構(gòu)中，作為一種新型的道路底基層結(jié)構(gòu)材料。對(duì)降低公路工程造價(jià)和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要的意義。

1 試驗(yàn)方法和力學(xué)指標(biāo)

無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)特性包括應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系、疲勞特性、收縮特性。在車輪荷載的反復(fù)作用下，道路底基層結(jié)構(gòu)既不會(huì)產(chǎn)生大量的殘余變形，也不會(huì)發(fā)生剪切破壞或疲勞彎拉破壞現(xiàn)象。因此，為了達(dá)到這一目的，道路底基層結(jié)構(gòu)不僅要有一定的厚度要求，而且組成結(jié)構(gòu)層本身的材料強(qiáng)度也很關(guān)鍵。

硼灰通過(guò)加入固體固化劑可以改善其水穩(wěn)性差的缺點(diǎn)，但是長(zhǎng)期以來(lái)，石灰穩(wěn)定類材料作為道路的基層和底基層結(jié)構(gòu)一直處于主導(dǎo)地位，發(fā)揮著重要作用，不僅由于其來(lái)源廣、施工方式簡(jiǎn)單，而且石灰穩(wěn)定土具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度?？紤]到石灰土的成熟施工技術(shù)，本次試驗(yàn)研究了在硼灰穩(wěn)定土中加入石灰，目的是為了更好的提高硼灰水穩(wěn)性，因此，本論文把硼灰穩(wěn)定土和石灰穩(wěn)定硼灰土做了對(duì)比試驗(yàn)，重點(diǎn)觀察二者的力學(xué)性能指標(biāo)。

1.1 硼灰穩(wěn)定土和石灰穩(wěn)定硼灰土的應(yīng)力——應(yīng)變特性

道路底基層材料的應(yīng)力——應(yīng)變特性試驗(yàn)方法有粘貼法、頂面法、夾具法和承載板法等。試件形狀有圓柱體和梁式，試驗(yàn)內(nèi)容有抗壓強(qiáng)度及抗壓回彈模量、劈裂強(qiáng)度及劈裂模量、抗彎拉強(qiáng)度和抗彎拉模量。本試驗(yàn)研究對(duì)二者的應(yīng)力—應(yīng)變特性分別做了力學(xué)指標(biāo)對(duì)比。

根據(jù)JTJ E51－2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》，在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中將材料制成尺寸為50mm×50mm 的圓柱體試件，分別養(yǎng)生7d、28d、60d和90d，然后，檢測(cè)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。雖然純粹的硼灰穩(wěn)定土中加入了固化劑，但其水穩(wěn)性仍然很差，因此，養(yǎng)生期間沒(méi)有將其浸泡在水中，而是直接測(cè)定其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。在測(cè)定回彈模量值時(shí)，主要采用了承載板法，制成尺寸為100mm×100mm 的圓柱體試件，試驗(yàn)中應(yīng)注意使頂板與試件間有足夠的接觸面積，通常采用細(xì)砂抹平試件頂面。對(duì)于浸水（此時(shí)硼灰穩(wěn)定土試件不浸水）后的試件，如果表面的自由水較多，應(yīng)用軟布拭去。劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)采用徑向劈裂法測(cè)試，試件尺寸、每組試件個(gè)數(shù)、養(yǎng)生齡期均與抗壓強(qiáng)度方法一致。在劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)前，也要浸水一晝夜（硼灰穩(wěn)定土試件不浸水）進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。在抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)中，采用小梁試件，每組3個(gè)試件，試件均在最佳含水量、最大干密度下靜壓成型。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 硼灰穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定硼灰力學(xué)指標(biāo)

由表1可以看出硼灰穩(wěn)定土和石灰穩(wěn)定硼灰都具有較高的抗壓強(qiáng)度。在《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)石灰穩(wěn)定類材料的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在底基層（輕交通）中要求達(dá)到0.7 MPa以上，因此，就抗壓強(qiáng)度而言，石灰穩(wěn)定硼灰可以運(yùn)用于道路底基層。二者的抗壓回彈模量隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)，其回彈模量逐漸增大，而硼灰穩(wěn)定土的回彈模量在養(yǎng)生初期增加比較明顯，常用于道路底基層二灰土和石灰土，抗壓模量分別為600～900MPa和400～700 MPa，試驗(yàn)表明，就抗壓回彈模量而言，硼灰穩(wěn)定土與石灰穩(wěn)定硼灰完全可以運(yùn)用于道路底基層。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，石灰穩(wěn)定硼灰的7d劈裂強(qiáng)度明顯高于不浸水硼灰土的7d劈裂強(qiáng)度，并且二者的劈裂強(qiáng)度值均隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。從表1中還可以看出石灰穩(wěn)定硼灰土和固化劑硼灰穩(wěn)定土的彎拉強(qiáng)度也在隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)而提高，但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，固化劑硼灰穩(wěn)定土的彎拉強(qiáng)度更低一些，而石灰穩(wěn)定硼灰具有較強(qiáng)的彎拉強(qiáng)度，7d就可達(dá)到0.44MPa，到90d時(shí)彎拉強(qiáng)度可以高達(dá)1.07MPa，說(shuō)明摻加石灰之后的硼灰穩(wěn)定土在道路底基層中具有優(yōu)勢(shì)。

1.2 石灰穩(wěn)定硼灰與硼灰穩(wěn)定土的干縮性能

路面開裂的原因很多，裂縫的形式也有很多種，但其中由于半剛性基層材料的干縮而造成路面的開裂是形成面層反射裂縫的主要原因。干縮變形的測(cè)試中采用小梁試件，試驗(yàn)中制作了6組，每組分別制作了3個(gè)小梁，到預(yù)訂齡期后分別測(cè)試干縮開裂指標(biāo)和內(nèi)含水量的損失。試驗(yàn)時(shí)每個(gè)試件均在最佳含水量、最大干密度下靜壓成型，結(jié)果如表2所示。

表2 石灰穩(wěn)定硼灰和硼灰穩(wěn)定土的干縮抗裂性

從表2可以看出硼灰結(jié)合料具有較強(qiáng)的抗干縮開裂性，雖然石灰穩(wěn)定土有較強(qiáng)的抗彎拉強(qiáng)度，但其干縮系數(shù)也比較大。隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)，石灰穩(wěn)定硼灰抗彎拉強(qiáng)度和剛度都有所提高，而干縮系數(shù)在降低，開裂指標(biāo)也隨之減小，說(shuō)明隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)，其抵抗干縮開裂性能有所增強(qiáng)。相比之下，硼灰穩(wěn)定土雖然隨著養(yǎng)生時(shí)間的增長(zhǎng)干縮系數(shù)在降低，但由于其抗彎拉強(qiáng)度較低，養(yǎng)生期60d時(shí)干縮開裂指標(biāo)達(dá)到了0.98，充分說(shuō)明其抵抗干縮開裂性能有所降低。

2 結(jié)論

硼灰作為結(jié)合料，其應(yīng)用于底基層結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度很高，但水對(duì)強(qiáng)度的增長(zhǎng)有很大影響，尤其表現(xiàn)在對(duì)硼灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度影響上。因此，倘若在干燥地區(qū)，可以考慮將硼灰穩(wěn)定土應(yīng)用于道路底基層。綜上所述，在低等級(jí)道路底基層結(jié)構(gòu)中，由于石灰穩(wěn)定硼灰土的抗壓強(qiáng)度、回彈模量均很高，其他力學(xué)指標(biāo)也能達(dá)到底基層技術(shù)要求，所以，在硼灰資源豐富的東北地區(qū)可以因地制宜地將石灰穩(wěn)定硼灰運(yùn)用于道路底基層結(jié)構(gòu)中。

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