雷譜春

文章編號(hào)：1000033X（2016）12007203

收稿日期：20160518

摘要：為研究材料組成對(duì)半剛性基層強(qiáng)度的影響，對(duì)不同無(wú)機(jī)結(jié)合料組合的半剛性基層材料進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及抗壓回彈模量試驗(yàn)。結(jié)果表明：三灰砂礫抗壓強(qiáng)度與水泥用量具有較好的相關(guān)性，并且隨著水泥替代量的增大強(qiáng)度顯著提高；隨著齡期及水泥用量的增大，各材料抗壓回彈模量均增長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定類材料較二灰類材料增長(zhǎng)更為顯著。相關(guān)性研究結(jié)果可為預(yù)測(cè)半剛性材料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律提供參考。

關(guān)鍵詞：半剛性材料；抗壓強(qiáng)度；抗壓回彈模量；抗裂性能

中圖分類號(hào)：U416.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Experimental Study on Crack Resistance of Semirigid Materials

LEI Puchun

（Shaanxi Provincial Communications Construction Group， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to study the effect of material composition on the strength of semirigid base， the indoor unconfined compressive strength test and resilient modulus test were carried out for semirigid base materials with different combinations of inorganic binders. The results show that the compressive strength of the combination of cement， lime， fly ash and gravel has a good correlation with the amount of cement， and the strength increases when more cement is added. With the increase of the age and amount of cement， the resilient modulus of materials increases， which is more obvious in semirigid base stabilized with cement. The correlation findings also provide reference to the strength growth prediction of semirigid materials.

Key words： semirigid material； compressive strength； resilient modulus； crack resistance

0引言

半剛性材料主要是在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無(wú)機(jī)結(jié)合料（包括水泥、石灰、粉煤灰或工業(yè)廢渣等），并與水混合，經(jīng)過(guò)拌和、壓實(shí)、養(yǎng)生之后得到的道路基層材料，一般有二灰穩(wěn)定類和水泥穩(wěn)定類基層。但目前對(duì)于二灰穩(wěn)定類和水泥穩(wěn)定類組合成的水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類基層的研究并不多；另外，對(duì)于這種新組合來(lái)說(shuō)，它是否繼承了兩者的特性與優(yōu)點(diǎn)以及避開(kāi)了兩者的缺點(diǎn)還有待研究。因此對(duì)水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類以及二灰穩(wěn)定類、水泥穩(wěn)定類這些半剛性材料的抗裂性能進(jìn)行進(jìn)一步分析研究，具有十分重要的意義[13]。本文通過(guò)確定水泥、石灰、粉煤灰3種材料的配比組成和最佳比例，對(duì)水泥穩(wěn)定類、二灰穩(wěn)定類和水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類半剛性材料的抗裂性能進(jìn)行深入研究。

1試驗(yàn)材料配合比組成

依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》 （JTJ 034—2000），采用石灰、粉煤灰做基層或底基層時(shí)，石灰與粉煤灰的比在1∶2～1∶4（質(zhì)量比），因此本文在1∶2～1∶4區(qū)間內(nèi)等梯度地劃分了5種比例，并對(duì)二灰穩(wěn)定類半剛性材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以5種二灰比中具有最大強(qiáng)度的作為最佳二灰配比[4]。5種不同二灰比下的半剛性材料的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)如圖1所示。

由圖1可以看出，當(dāng)石灰與粉煤灰之比大約在1∶2.3左右時(shí)，強(qiáng)度出現(xiàn)了峰值，即此時(shí)7 d飽水抗壓強(qiáng)度最大，所以本文采用石灰與粉煤灰之比為1∶23。同時(shí)，對(duì)二灰在集料中占不同比例及不同狀態(tài)（堆積與插搗狀態(tài)）下的實(shí)際填充量進(jìn)行比較和分析，最終統(tǒng)一選擇二灰的合理填充量為20%，則石灰、粉煤灰、砂礫之比為6∶14∶80（質(zhì)量比）。

在相同集料級(jí)配條件下，用水泥代替部分石灰組成的水泥、石灰、粉煤灰三灰穩(wěn)定類材料的最佳配合比，即通過(guò)抗壓強(qiáng)度及抗壓回彈模量試驗(yàn)得到的最優(yōu)抗裂性能時(shí)的配合比[56]。對(duì)不同結(jié)合料穩(wěn)定砂礫進(jìn)行編號(hào)，具體如表1所示。

2抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

半剛性材料一般作為基層和底基層，需要具備足夠的強(qiáng)度和一定的剛度，而這個(gè)要求在很大程度上取決于結(jié)合料的配合比和使用量。當(dāng)用量一定的情況下，結(jié)合料的配合比十分重要[78]。因此，進(jìn)行不同結(jié)合料配比穩(wěn)定的砂礫抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

由表2可知以下幾點(diǎn)。

（1）從6種材料的早期強(qiáng)度（28 d以前）可以看出：二灰砂礫抗壓強(qiáng)度最小，水泥粉煤灰砂礫的抗壓強(qiáng)度最大，三灰砂礫居中；隨著水泥替代石灰用量的增加，三灰砂礫的強(qiáng)度逐漸增加。此外，幾類材料的后期強(qiáng)度（180 d齡期）中，三灰砂礫的抗壓強(qiáng)度最大（J2、J3、J4），水泥粉煤灰砂礫（J5、J6）次之，二灰砂礫（J1）是最小。

（2）各類材料的強(qiáng)度在90 d之前（即早期強(qiáng)度錢(qián)）呈線性增長(zhǎng)，90 d后二灰砂礫（J1）和水泥粉煤灰砂礫（J5、J6）的增長(zhǎng)幅度明顯變緩，但三灰砂礫（J2、J3、J4）90 d后仍然保持直線增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此在后期強(qiáng)度中，三灰砂礫的抗壓強(qiáng)度最大。

（3）依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）的規(guī)定：采用綜合穩(wěn)定時(shí)，如水泥用量占結(jié)合料總量的30%以上，二級(jí)及二級(jí)以下公路基層的7 d強(qiáng)度應(yīng)在25～3 MPa，高速公路和一級(jí)公路的強(qiáng)度應(yīng)在3～5 MPa。若按此規(guī)定，只有J5（水泥用量42%）滿足規(guī)范要求，但從180 d的后期強(qiáng)度來(lái)看，J5的強(qiáng)度并不高，比J2、J3、J4低，可見(jiàn)規(guī)范中存在明顯的不足，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和調(diào)整。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于測(cè)試材料后期強(qiáng)度周期相對(duì)較長(zhǎng)，給工程進(jìn)度帶來(lái)較大的影響，因此利用早期強(qiáng)度推算后期強(qiáng)度很有必要，能給工程節(jié)省很多人力和時(shí)間?；诖?，通過(guò)表2對(duì)J1～J6各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行線性回歸，三灰砂礫的強(qiáng)度增長(zhǎng)如表3、4所示。

由表3、4可知：隨著水泥替代石灰用量的增加，三灰砂礫早期強(qiáng)度是呈直線增長(zhǎng)趨勢(shì)的，尤其與7 d飽水強(qiáng)度的相關(guān)性更好（相關(guān)系數(shù)為0999 1）；石灰粉煤灰砂礫（J1）和水泥粉煤灰砂礫（J5）后期強(qiáng)度（90～180 d）增長(zhǎng)回歸公式，相關(guān)系數(shù)最大為0945 2，相關(guān)性相對(duì)比較差但三灰砂礫（J2、J3、J4）后期強(qiáng)度增長(zhǎng)回歸公式，相關(guān)系數(shù)最小為0958 7，相關(guān)性較好即三灰砂礫無(wú)論是在早期還是在晚期，其強(qiáng)度基本都是呈現(xiàn)直線增長(zhǎng)趨勢(shì)[910]。

因此，可以用表3、4中的公式根據(jù)早期強(qiáng)度推測(cè)后期強(qiáng)度，而且只要得出一種三灰砂礫的強(qiáng)度，就可推測(cè)其他配比砂礫的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。

3抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 057—94），抗壓回彈模量試驗(yàn)采用頂面法，J1～J6試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知以下幾點(diǎn)。

（1）各類材料的抗壓回彈模量隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，后期強(qiáng)度的抗壓回彈模量明顯大于早期強(qiáng)度的抗壓回彈模量。

（2）當(dāng)水泥和石灰用量相同時(shí)，石灰粉煤灰穩(wěn)定類材料的抗壓回彈模量小于水泥穩(wěn)定類材料。

（3）隨著水泥用量的增加，水泥穩(wěn)定類材料的抗壓回彈模量也隨之增加。

（4）隨著水泥用量的增加，三灰砂礫的抗壓回彈模量也隨之增加（J2、J3、J4）。

總之，在滿足規(guī)范對(duì)強(qiáng)度要求的前提下（例如J1的7 d強(qiáng)度為048 MPa），剛度越小，抗裂性能越好。因此，J2在強(qiáng)度、剛度都滿足規(guī)范要求時(shí)抗裂性能是最好的。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水泥石灰粉煤灰砂礫的配合比設(shè)計(jì)及力學(xué)性能研究分析，有以下結(jié)論。

（1）通過(guò)對(duì)三灰砂礫力學(xué)性能的研究，發(fā)現(xiàn)目前規(guī)范對(duì)半剛性材料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的不完善和不足，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充和調(diào)整。本文推薦采用早期強(qiáng)度（7 d）和后期強(qiáng)度（180 d甚至更長(zhǎng)）作為評(píng)定半剛性材料的強(qiáng)度指標(biāo)。

（2）隨著齡期的增長(zhǎng)，半剛性材料抗壓回彈模量增大。在水泥及石灰用量相同的條件下，水泥穩(wěn)定類材料的抗壓回彈模量與二灰穩(wěn)定類材料相比是較大的。此外，隨著水泥用量的增大，三灰穩(wěn)定類和水泥穩(wěn)定類材料的抗壓回彈模量都是增大的。

（3）三灰砂礫強(qiáng)度的回歸增長(zhǎng)公式具有非常良好的相關(guān)性，無(wú)論是早期強(qiáng)度還是晚期強(qiáng)度都基本相當(dāng)于直線增長(zhǎng)，這對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工及試驗(yàn)工作，具有十分重要的意義和價(jià)值。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]