劉妍宏

（山西路橋第二工程有限公司 臨汾市 041000）

水泥穩(wěn)定碎石混合料由于價格相對低廉、承載能力強、耐久性好，在我國得到了大面積的使用［1-2］。但在使用過程中，存在易產(chǎn)生收縮裂縫的嚴重缺陷，使道路的服務水平大幅度下滑，其裂縫分為干縮和溫縮兩種裂縫，干縮裂縫是水泥穩(wěn)定碎石攤鋪后養(yǎng)生過程中，水分蒸發(fā)及內(nèi)部水化反應引起體積收縮產(chǎn)生的裂縫，溫縮裂縫是水穩(wěn)碎石基層隨外界氣候溫度變化引起收縮應變及溫度疲勞而產(chǎn)生的收縮裂縫［3-4］。目前水穩(wěn)層反射裂縫的產(chǎn)生主要是溫縮裂縫導致，行車過程中雨水下滲，最終產(chǎn)生積漿等病害。美國Cory High［5］等研究人員對玄武巖纖維增強水泥混凝土強度方面做了大量的研究，表明添加玄武巖纖維對水泥混凝土的抗彎拉強度提升效果明顯。國內(nèi)外研究人員對水泥穩(wěn)定碎石裂縫的產(chǎn)生機理及防治措施進行了大量的研究，形成了部分成果，如水穩(wěn)碎石中添加聚酯纖維、鋼纖維等，但從價格方面均大幅度提高了工程造價。從水穩(wěn)層產(chǎn)生裂縫的發(fā)生、發(fā)展角度，研究了裂縫的產(chǎn)生機理，同時選用價格相對便宜、性能良好的玄武巖纖維，研究玄武巖纖維摻量、水泥劑量、養(yǎng)生齡期對水泥穩(wěn)定碎石強度的影響，提出合理的玄武巖纖維摻量。

1 評價指標

首先，在4%水泥穩(wěn)定碎石中添加不同摻量的玄武巖纖維，研究其對水穩(wěn)碎石7d、28d無側限抗壓強度的影響，計算玄武巖纖維的最佳摻量。其次，采用最佳玄武巖纖維摻量，在改變齡期、水泥摻量的情況下，研究齡期、水泥摻量對玄武巖纖維水穩(wěn)混合料強度的影響。本次試驗分別選取玄武巖纖維用量為水泥穩(wěn)定碎石混合料質(zhì)量摻量的0‰、0.442‰、0.663‰、0.883‰、1.1‰；選用3% ～6%四種水泥劑量，間隔1%；選用7d、28d、90d三種養(yǎng)護齡期進行試驗。

2 原材料及混合料設計

水泥采用P.O 42.5普硅水泥，性能滿足P.O 42.5普硅水泥的技術要求。玄武巖纖維技術要求見表1。集料為石灰?guī)r碎石。

表1 玄武巖纖維基本技術性質(zhì)

表2 水穩(wěn)混合料級配組成設計

對未摻玄武巖纖維的4.0%水泥摻量水穩(wěn)碎石混合料擊實試驗，得出最佳含水量為5.5%，最大干密度為2.445 g／cm3。

3 試驗結果及分析

3.1 纖維摻量的影響

不同摻量的玄武巖纖維水泥穩(wěn)定碎石混合料強度試驗結果見圖1。

隨纖維摻量的增加，水穩(wěn)混合料7d無側限抗壓強度呈先上升后下降的趨勢，28d無側限抗壓強度基本呈單調(diào)上升的趨勢。當纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，7d無側限抗壓強度最高，此時，7d無側限抗壓強度相對未添加纖維時強度提升38.5%，28d無側限抗壓強度相對未添加纖維時強度提升6.25%。

采用適量的玄武巖纖維與水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和后，玄武巖纖維在混合料中可以較為均勻的分布，在水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部形成三維加筋、限位的作用，而纖維摻量較少時，纖維散亂的分布于水穩(wěn)混合料中，加筋效果并不明顯。玄武巖纖維的亂向分布可削弱水穩(wěn)混合料的溫縮、干縮應力，從而有效地增強水泥穩(wěn)定碎石混合料的韌性，減小水泥穩(wěn)定碎石因各種原因引起的裂紋。當添加過量的玄武巖纖維時，由于纖維材料的“結團”現(xiàn)象存在，過多的纖維將在水泥穩(wěn)定碎石中以“團-網(wǎng)”的形態(tài)分布，其中的“團”將會對水泥水化產(chǎn)物起到隔離、間斷的作用，同時“團”中部分纖維絲并未與水泥膠漿產(chǎn)生握裹聯(lián)結作用，試件在加載時，將會在纖維“團”處產(chǎn)生應力集中，過早地出現(xiàn)早期破壞。

3.2 養(yǎng)護齡期的影響

不同齡期玄武巖纖維水泥穩(wěn)定碎石無側限抗壓強度試驗結果見圖2。

從圖2可看出，玄武巖纖維質(zhì)量摻量為0.559‰、水泥摻量為4%時，隨著水泥穩(wěn)定碎石養(yǎng)護齡期的延長，兩種水穩(wěn)混合料的無側限抗壓強度均呈現(xiàn)增長趨勢，具體為先增長較快，后增長相對緩和。添加玄武巖纖維后，無側限抗壓強度均高于不添加的混合料，28d強度相對比較接近，但強度仍高出不添加纖維的混合料6.25%；90d強度高出不添加纖維的混合料16.7%。由此可知，玄武巖纖維的強度性能隨養(yǎng)護齡期的延長，表現(xiàn)更為明顯。

水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和初期，水泥尚未發(fā)生水化反應，自身尚未形成強度，隨著齡期的延長，水泥逐漸水化，與纖維之間握裹力逐漸增強，并形成相互連接的網(wǎng)狀結構，最后水泥膠結料與纖維、碎石形成一個完整、連續(xù)的整體，進而使纖維可以充分發(fā)揮其增強的作用。

3.3 水泥摻量的影響

改變水泥摻量，水穩(wěn)混合料無側限抗壓強度試驗結果見圖3。玄武巖纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，隨水泥摻量的增加，水泥穩(wěn)定碎石的7d、28d強度均增加，在水泥劑量不超5%時，強度隨水泥劑量的增加上升相對較快，但當摻量超過5%時，強度上升明顯變緩。

水泥摻量較小時，膠結物和晶體均相對較少，與玄武巖纖維不能形成有效的三維網(wǎng)狀膠結結構，無側限抗壓強度較低。當水泥摻量增加后，膠結物和晶體不斷增加，縮短了水泥漿中固體顆粒的距離，使顆粒與顆粒、顆粒與纖維相互連接，形成骨架結構，最終表現(xiàn)為強度繼續(xù)提高。當繼續(xù)提高水泥摻量時，水化后的晶體和纖維、集料黏結更為緊密，此時，三維網(wǎng)狀的纖維強度發(fā)揮得更為明顯。

4 結論

（1）當玄武巖纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，7d無側限抗壓強度最高，此時，7d無側限抗壓強度相對未添加纖維時強度提升38.5%，28d無側限抗壓強度相對未添加纖維時強度提升6.25%。當繼續(xù)增加纖維摻量時，7d無側限抗壓強度有所下降，28d無側限抗壓強度并沒有明顯提高。表明纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，玄武巖纖維水泥穩(wěn)定碎石可獲得最高的強度性能。

（2）水泥摻量為4%，玄武巖纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，隨著水泥穩(wěn)定碎石養(yǎng)護齡期的延長，水穩(wěn)混合料7d、28d無側限抗壓強度均呈增長趨勢，且均高于不添加的水穩(wěn)混合料，隨養(yǎng)護齡期的延長，表現(xiàn)更為明顯。

（3）水泥穩(wěn)定碎石中玄武巖纖維質(zhì)量摻量為0.559‰時，隨水泥摻量的增加，玄武巖水泥穩(wěn)定碎石的7d、28d強度均增加，但水泥劑量超過5%時，強度上升變緩。