鄭建峰

(天津高速公路集團(tuán)有限公司，天津 300384)

超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)特性分析

鄭建峰

(天津高速公路集團(tuán)有限公司，天津 300384)

通過系統(tǒng)的試驗，分析超細(xì)纖維的摻量對水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量等路用性能指標(biāo)的影響規(guī)律，試驗結(jié)果表明：超細(xì)纖維的摻入可以有效提高水泥穩(wěn)定碎石的強度，對抗壓回彈模量影響不大，試驗范圍內(nèi)，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度、劈裂強度隨著超細(xì)纖維摻量的增大而提高。

公路工程；超細(xì)纖維；水泥穩(wěn)定碎石；強度；回彈模量

1 原材料性質(zhì)

1.1 水泥

試驗用水泥為P.O.325 普通硅酸鹽水泥，水泥的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥的技術(shù)指標(biāo)

1.2 碎石

試驗用碎石產(chǎn)自天津薊縣，壓碎值為21.3%，滿足規(guī)范的要求。

另外，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求。作為公路基層材料的水泥穩(wěn)定碎石，其礦料級配需要滿足一定的要求，本文選用的水泥穩(wěn)定碎石的級配如表2所示。

表2 碎石的級配

1.3 超細(xì)纖維

本文試驗用超細(xì)纖維的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 超細(xì)纖維的技術(shù)指標(biāo)

2 試驗方法

根據(jù)表2中的級配，固定4.5%的水泥摻量，在水泥穩(wěn)定碎石中分別摻入0%、0.03%、0.06%、0.09%的超細(xì)纖維。將超細(xì)纖維在水泥穩(wěn)定碎石中摻拌均勻之后，制作15 cm×15 cm的圓柱形試件，而后根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)中的試驗方法分別測定超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石不同齡期的抗壓強度、劈裂強度，以及抗壓回彈模量。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度

將按照試驗配合比制作的試驗試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，分別測定其不同齡期的無側(cè)限抗壓強度值，繪出超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度隨超細(xì)纖維摻量的變化曲線如圖1所示。

圖1 超細(xì)纖維摻量對水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度的影響

從圖1中的試驗結(jié)果可知，超細(xì)纖維的摻量對水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)向抗壓強度影響很小，但是，當(dāng)齡期超過28 d時，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度隨著超細(xì)纖維摻量的增大而線性提高(試驗范圍內(nèi))，相對于不摻超細(xì)纖維的水泥穩(wěn)定碎石，超細(xì)纖維摻量分別為0.03%、0.06%和0.09%時，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的90 d齡期抗壓強度分別提高了9.2%、17.2%和23.9%。這主要是因為，在水泥穩(wěn)定碎石中摻入適量的超細(xì)纖維，超細(xì)纖維均勻分布于碎石之中，利用碎石與纖維之間的相互摩擦，可以提高混合料的抗壓強度；在試件成型早期(7 d齡期之前)，水泥的粘結(jié)強度尚未完全形成，超細(xì)與碎石之間重要依靠摩擦嵌擠形成整體，而在成型28 d之后，水泥穩(wěn)定碎石的強度提高并穩(wěn)定，水泥的粘結(jié)、碎石的嵌擠以及超細(xì)纖維的加筋效應(yīng)共同作用，使得超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度有了很大程度的提高。

與一般的水泥穩(wěn)定碎石等半剛性材料相似，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大而提高，抗壓強度隨齡期的變化曲線如圖2所示。

圖2 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石抗壓強 度隨齡期的變化曲線

從圖2可以看出，不同纖維摻量的超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大而顯著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，齡期達(dá)到28 d之后，抗壓強度的提高速率放緩、逐步穩(wěn)定。

3.2 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度

劈裂強度是考察基層材料抗拉性能的常用技術(shù)指標(biāo)，試驗測得不同齡期、不同超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度，繪出超細(xì)纖維摻量及齡期對劈裂強度的影響曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 超細(xì)纖維摻量對水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度的影響

圖4 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度 隨齡期的變化曲線

從圖3、圖4的試驗結(jié)構(gòu)可以看出，與抗壓強度規(guī)律相似，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度隨齡期隨著超細(xì)纖維摻量的增大而提高，隨著齡期的增大而提高。7 d齡期時，摻加超細(xì)纖維的水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度幾乎不隨超細(xì)纖維的摻量提高而變化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂強度顯著增加。不同超細(xì)纖維摻量時超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的180 d齡期劈裂強度提高值約為15.5%～55.9%，可見，超細(xì)纖維的摻入可以有效提高水泥穩(wěn)定碎石的間接抗拉強度。

3.3 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量

參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》的相關(guān)方法，分別測得90 d齡期時，不同纖維摻量時超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量值，如表4所示。

表4 超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量

從表4的試驗結(jié)果可以得知，超細(xì)纖維的摻量對超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量值影響很小，混合料的抗壓回彈模量基本上不隨超細(xì)纖維的摻量變化而提高。這主要是由于水泥穩(wěn)定碎石中，對抗變形能力的影響主要取決于水泥的粘結(jié)力和碎石之間的結(jié)構(gòu)嵌擠，超細(xì)纖維的加筋作用對混合料的抗變形能力影響很小。

4 結(jié) 論

(1)超細(xì)纖維的摻量對水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)向抗壓強度影響很小，但是，當(dāng)齡期超過28 d時，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強度隨著超細(xì)纖維摻量的增大而線性提高(試驗范圍內(nèi))，相對于不摻超細(xì)纖維的水泥穩(wěn)定碎石，超細(xì)纖維摻量分別為0.03%、0.06%和0.09%時，超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的90 d齡期抗壓強度分別提高了9.2%、17.2%和23.9%。

(2)不同纖維摻量的超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石抗壓強度均隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大而顯著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，齡期達(dá)到28 d之后，抗壓強度的提高速率放緩、逐步穩(wěn)定。

(3)超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度隨齡期隨著超細(xì)纖維摻量的增大而提高，隨著齡期的增大而提高。7 d齡期時，摻加超細(xì)纖維的水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度幾乎不隨超細(xì)纖維的摻量提高而變化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂強度顯著增加。不同超細(xì)纖維摻量時超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的180 d齡期劈裂強度提高值約為15.5%～55.9%。

(4)超細(xì)纖維的摻量對超細(xì)纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量值影響很小，混合料的抗壓回彈模量基本上不隨超細(xì)纖維的摻量變化而提高。

[1] 楊潤軍．半剛性基層瀝青路面病害調(diào)查分析及評價研究[J]．公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2016，(10)：10-11．

[2] 袁國柱，郭 陽，宋民崇．半剛性基層瀝青路面裂縫調(diào)查和研究[J]．城市道橋與防洪，2016，(4)：157-159．

[3] 楊紅輝，王建勛，郝培文，等．纖維在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應(yīng)用[J]．城市道橋與防洪，2006，(3)：14-16．

Adissertationonthemechanicalpropertiesanalysisofsuperfinefibercementstabilizedmacadam

ZHENG Jian-feng

(Tianjin Expressway Group Co., Ltd.，Tianjin 300384，China)

Through systematic experiments, the influence law of superfine fiber content on the compressive strength, cleavage strength and compressive modulus of resilience were analyzed. The test results show that the addition of superfine fibers can effectively improve the strength of the cement stabilized macadam, and it will not affect the compressive modulus of resilience. The compressive strength and cleavage strength of superfine fiber cement stabilized macadam would increase with the superfine fiber content increase in the test range.

highway engineering; superfine fiber; cement stabilized macadam; strength; modulus of resilience

2017-05-11

鄭建峰(1976-)，男，河北望都人，高級工程師，主要從事高速公路的建設(shè)與質(zhì)量管理研究。

U416

A

1008-3383(2017)11-0005-03