王閩濤
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550001)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,重車越來越多,交通量越來越大,對路面的承載能力要求越來越高。用具有水硬性材料處置的基層材料,能更好地滿足現(xiàn)代重交通的需要。半剛性材料基層因板體性強(qiáng)、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)受到重視,因此國內(nèi)許多高等級公路基層材料均為半剛性材料。如10cm半剛性材料基層,其承載力為粒料基層的1.5倍,25cm時為3.3倍[1]。目前,對于半剛性材料的路用性能要求應(yīng)具有良好的強(qiáng)度、抗凍性、抗疲勞性能和抗開裂能力。本研究對幾種常用的半剛性基層材料進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和分析。
骨料物理性質(zhì)為:碎石為石灰?guī)r,壓碎值為11.8%,表觀密度為2.78g/cm3;砂礫壓碎值為25.6%,表觀密度為2.62g/cm3。試驗(yàn)所用土的液限為43%,塑限為25%,塑性指數(shù)為16%;骨料級配通過率見表1,水泥和粉煤灰的檢驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。
表1 骨料級配通過率 單位:%
表2 水泥檢驗(yàn)結(jié)果
表3 粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果
物理性質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果
由表知,原材料滿足規(guī)范要求。
根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(057—94)的規(guī)定,進(jìn)行各種半剛性混合料的擊實(shí)、成型和養(yǎng)生?;旌狭显嚰捎玫让芏褥o力壓實(shí)成型。養(yǎng)生溫度為20℃±2℃,相對濕度為90%。凍融抗壓試驗(yàn)是為了探討各種混合料抗凍性能,凍融循環(huán)一次為48h,凍結(jié)時間為24h,溫度為-20℃±2℃,融化時間為24h。溫度收縮、干燥收縮和疲勞試驗(yàn)的試件尺寸為10cm×10cm×40cm,試件采用振動成型[3]。 疲勞試驗(yàn)在MTS上進(jìn)行(見表4)。
表4 半剛性材料擊實(shí)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
表4(續(xù))
路面暴露于大氣中,經(jīng)受凍融、行車荷載及溫度荷載的反復(fù)作用,產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力,為檢驗(yàn)半剛性材料的抗凍性能,進(jìn)行了凍融試驗(yàn),結(jié)果見表5。同時,還進(jìn)行了彎拉和疲勞試驗(yàn),觀察半剛性材料的耐久性[2],并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析,得出疲勞方程,結(jié)果見表6,溫度收縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表7。
表5 半剛性材料凍融抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
表6 彎拉強(qiáng)度及疲勞試驗(yàn)結(jié)果
表7 溫度收縮系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果
3.1 抗壓試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1.1 水泥砂礫強(qiáng)度隨水泥含量的增加而增加,但3%和4%含量在28d、90d強(qiáng)度相接近,5%和6%含量在7d、28d、90d強(qiáng)度分別接近。強(qiáng)度均隨著齡期增長而增加。
3.1.2 二灰碎石強(qiáng)度均隨著齡期增長而增加。90d二灰碎石強(qiáng)度試驗(yàn)的配合比中,有5個已經(jīng)達(dá)到或超過水泥砂礫的強(qiáng)度,而7d水泥砂礫的強(qiáng)度均高于二灰碎石的強(qiáng)度,28d強(qiáng)度水泥砂礫的強(qiáng)度均高于大部分配合比二灰碎石的強(qiáng)度,這進(jìn)一步說明,二灰之間的火山灰反應(yīng)主要是發(fā)生在28d以后。
3.1.3 二灰砂礫、二灰土后期強(qiáng)度均低于水泥砂礫和二灰碎石,早期強(qiáng)度二灰碎石與二灰土相近。二灰砂礫7d強(qiáng)度均在飽水時崩解了,180d強(qiáng)度二灰砂礫與二灰土相近,但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥砂礫(90d)和二灰碎石的強(qiáng)度。
3.2 凍融抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析
3.2.1 由3∶97和5∶95水泥砂礫,以及5∶15∶80,8∶32∶60,10∶40∶50二灰碎石試驗(yàn)結(jié)果可以看出,水泥砂礫28d耐凍系數(shù)大于二灰碎石28d的耐凍系數(shù);水泥砂礫90d耐凍系數(shù)與28d相比幾乎沒有增長;二灰碎石90d耐凍系數(shù)是28d的1.7~3.3倍,這說明二灰碎石的抗凍性能隨著齡期的增長而增長,水泥砂礫這種趨勢不是很明顯。二灰碎石強(qiáng)度在90d以后還會有很大增長,如果采用180d強(qiáng)度,二灰碎石的耐凍系數(shù)還會有很大的增長。
3.2.2 根據(jù)抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果可推知,抗凍性最好的材料應(yīng)該是5∶95的水泥砂礫,這樣從公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮都合算。二灰碎石90d耐凍系數(shù)的大小依次為5∶15∶80,8∶32∶60,10∶40∶50。
3.3 抗彎拉、抗疲勞性能結(jié)果分析
3.3.1 抗彎拉強(qiáng)度由大到小的順序是:水泥砂礫5∶95>二灰碎石8∶32∶60>10∶40∶50。
3.3.2 由疲勞方程可知:疲勞衰減速率依次是二灰碎石10∶40∶50<二灰碎石8∶32∶60<水泥砂礫5∶95,這說明在相同的應(yīng)力水平條件下,抗疲勞能力依次是:二灰碎石10∶40∶50>二灰碎石8∶32∶60>水泥砂礫5∶95。
3.3.3 極限彎拉強(qiáng)度較高者應(yīng)該有較好的疲勞壽命。這說明,水泥砂礫抗彎拉強(qiáng)度比二灰碎石高,在一定程度上,能彌補(bǔ)其疲勞壽命比二灰碎石衰減過快的缺陷。
3.4 溫度收縮試驗(yàn)結(jié)果分析
3.4.1 從表7可以看出,二灰碎石在最佳含水量狀態(tài)下,28d溫度收縮系數(shù)隨著碎石含量減少有增加的趨勢;90d這種趨勢不是很明顯。含水量發(fā)生大的變化,溫度收縮系數(shù)也會發(fā)生很大的變化,本試驗(yàn)中,半風(fēng)干狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù)要明顯小于飽水狀態(tài)和最佳含水量狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù),僅為其1/3左右。
3.4.2 水泥砂礫在最佳含水量和飽水狀態(tài)下,28d、90d溫度收縮系數(shù)隨齡期變化很小,在最佳含水量狀態(tài)下,90d是28d溫度收縮系數(shù)的1.07倍,在飽水狀態(tài)下是0.99倍。最佳含水量狀態(tài)和飽水狀態(tài)90d的溫度收縮系數(shù)是半風(fēng)干狀態(tài)的2倍多,由此可見,含水量變化對水泥砂礫溫度收縮系數(shù)影響也非常大。
4.1 水泥砂礫早期強(qiáng)度高,后期增幅比二灰碎石小。二灰碎石后期強(qiáng)度高,強(qiáng)度隨著時間的增長,強(qiáng)度增幅大。二灰碎石抗疲勞性能與水泥砂礫相近。這表明,如果工程進(jìn)度要求緊,那么,水泥砂礫是首選的基層類型。對于其他情況,則應(yīng)該根據(jù)施工機(jī)具和地產(chǎn)材料的情況來選擇基層類型。
4.2 含水量對半剛性材料溫度收縮性能有極大影響,因此,從抗開裂角度出發(fā),半剛性材料的含水量不宜過大。
4.3 根據(jù)試驗(yàn)推薦的基層材料配合比為:二灰碎石(5~8)∶(15~32)∶(60~80),水泥砂礫(5~6)∶(94~95)。
[1]沙愛民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]叢林,等.半剛性基層材料性能參數(shù)的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報,2001,4(4):385-391.
[3]JTJ 057—94,公路無機(jī)結(jié)合量材料試驗(yàn)規(guī)程[S].