劉 彬
(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司機(jī)械化施工分公司,四川成都610000)
我國分布著廣泛的季節(jié)性凍土與鹽漬土,地下礦化的水鹽通過毛細(xì)作用上升至路基水穩(wěn)層,加之晝夜溫差大和干燥氣候的影響,對路基水穩(wěn)層產(chǎn)生強(qiáng)烈的干濕循環(huán)作用。目前,對于干濕循環(huán)作用和凍融循環(huán)作用下材料耐久性已經(jīng)有了大量的研究成果,但同時考慮鹽漬土環(huán)境下凍融—水鹽循環(huán)耦合環(huán)境作用下的研究相對較少,因此,本文擬通過室內(nèi)模擬試驗,對水——鹽——溫復(fù)雜環(huán)境作用下路基水穩(wěn)層的物理力學(xué)行為影響進(jìn)行實驗研究,以期能為我國鹽漬凍土區(qū)水穩(wěn)層的安全性和實用性的綜合評價工作提供借鑒。
選用PO42.5級普通硅酸鹽水泥,初凝時間≥3 h,終凝時間≤8 h,粗集料的粒徑范圍為32.5~4.75mm,針片狀含量低于10%;細(xì)集料的粒徑范圍為0~4.75mm。水泥混合料質(zhì)量分別為4%、5%、6%,水灰比取經(jīng)驗值 1:1.25,顆粒根據(jù)實驗經(jīng)驗選擇尺寸18mm以下的顆粒。將攪拌好的水泥漿填入模具內(nèi),通過振蕩排除水泥漿內(nèi)的氣泡。靜置24h后進(jìn)行脫模,脫模稱重后立即放入濕氣箱中進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間為30d,溫度保持(20±1)℃,在養(yǎng)護(hù)期間試件質(zhì)量損耗若超過10g應(yīng)當(dāng)作廢。硫酸鹽干循環(huán)過程中,浸漬溶液為5%濃度的硫酸鈉溶液,干濕循環(huán)程序是:注水→浸漬→排水→烘干→冷卻。凍融循環(huán)步驟為:將溫度降至-25℃并保持-25℃恒溫,持續(xù)時間為4 h;然后將溫度升高至10℃并保持10℃恒溫,持續(xù)時間也為4 h,按照上述過程循環(huán)30次。
水鹽干濕—凍融循環(huán)過程中水穩(wěn)層試件的質(zhì)量變化情況見圖1。
圖1 質(zhì)量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系
從圖1中可以看出:水穩(wěn)層的質(zhì)量損失隨循環(huán)次數(shù)增加呈逐漸增大趨勢,且降低幅度逐漸增大,即質(zhì)量隨循環(huán)次數(shù)呈加速減小趨勢;干濕—循環(huán)10次、20次、30次后的試件質(zhì)量分別較原始試件下降40g、92g和296g;通過擬合,得到了水穩(wěn)質(zhì)量損失與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系符合y=0.4401x1.88的冪函數(shù)關(guān)系,擬合度R^2達(dá)到0.9995。在水鹽的浸泡腐蝕作用下,水穩(wěn)層本身會產(chǎn)生一定的力學(xué)性能的降低,再加之凍融循環(huán)作用,使得其力學(xué)性質(zhì)劣化更快,故而質(zhì)量損失逐漸加快。
試驗得到的水穩(wěn)層抗壓和抗拉強(qiáng)度的變化規(guī)律見圖2。
圖2 強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系
從圖2中可以對比看到:隨著干濕—凍融循環(huán)次數(shù)的增加,水穩(wěn)層內(nèi)部的損傷越來越大,經(jīng)水鹽侵蝕過后,部分物質(zhì)溶解和腐蝕劣化,導(dǎo)致水穩(wěn)層的膠結(jié)力和物質(zhì)本身的強(qiáng)度降低,即混凝土受到內(nèi)部鈣釩石、石膏等礦物遇水膨脹作用產(chǎn)生損傷,干燥后由于蒸發(fā)作用引起鹽結(jié)晶壓力的損傷,故而從宏觀上表現(xiàn)為強(qiáng)度的逐漸降低;經(jīng)30次干濕—凍融循環(huán)過后,水穩(wěn)層的抗壓強(qiáng)度值僅為原始試件的31.5%,抗拉強(qiáng)度值僅為原始試件的65.2%,可見,水鹽干濕循環(huán)對于水穩(wěn)層抗壓強(qiáng)度的影響大于抗拉強(qiáng)度的影響程度。
水穩(wěn)層試樣在經(jīng)過干濕—凍融循環(huán)過程中的彈模變化趨勢見圖3。從圖3中可以看出:干濕循環(huán)10次后,動彈性模量和靜彈性模量均有增加趨勢,而在經(jīng)歷20次和30次干濕—凍融循環(huán)后,其彈模又呈逐漸減小特征,發(fā)生上述情況的原因可能在于試樣在低循環(huán)次數(shù)下腐蝕作用不明顯,而水穩(wěn)層吸收部分水分和鹽分,導(dǎo)致力學(xué)行為出現(xiàn)變異;當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增大后,水穩(wěn)層試樣的表層逐漸脫落,質(zhì)量顯著降低,且試件內(nèi)部的水鹽含量逐漸趨于飽和,不再吸收,因此,彈模將逐漸降低;也有可能是因為試件的離散性造成,這在下一步的研究中做重點探討。
圖3 彈性模量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系
⑴水鹽干濕—凍融循環(huán)下水穩(wěn)層的質(zhì)量損失呈冪函數(shù)型增加,質(zhì)量損失率逐漸增大;⑵水鹽干濕—凍融循環(huán)過后,水穩(wěn)層的強(qiáng)度呈明顯降低趨勢,30次循環(huán)過后,抗壓和抗拉強(qiáng)度分別下降約68.5%和34.8%;⑶動彈性模量和彈性模量在水鹽干濕—循環(huán)作用下的變化規(guī)律基本保持一致變化,均隨凍融循環(huán)次數(shù)的逐漸增加呈先增后減小趨勢。