SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件及合理?yè)搅?/h1>
2020-11-10 05:24:32范同前董丁明路光輝陳峙峰陳忠達(dá)
土木工程與管理學(xué)報(bào) 2020年5期
范同前，董丁明，路光輝，陳峙峰，韓 愈，陳忠達(dá)
(1.河南中州路橋建設(shè)有限公司，河南 周口 466000；2.陜西省延安公路管理局，陜西 延安 716099；3.周口市公路勘察設(shè)計(jì)院，河南 周口 466000；4.河南宏盛工程監(jiān)理有限公司，河南 周口 466000；5.佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 佛山 528000；6.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)
目前，我國(guó)高等級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)多采用半剛性基層[1]，雖然優(yōu)點(diǎn)諸多，如整體強(qiáng)度高、板體性好，但也存在較為嚴(yán)重的早期損壞問題[2]，尤其是引起反射裂縫。SRX(Solution Road-soilfiX)穩(wěn)定劑是一種水基聚合物，作為一種新型高分子樹脂聚合物路用穩(wěn)定劑，具有固結(jié)不可逆的特性[3]，自2008年以來，在北京、廣東、遼寧和四川等地得到了先期應(yīng)用[4]。SRX穩(wěn)定劑是由多種特殊樹脂及多種有機(jī)添加劑混合而形成的共聚物溶液，具有很好的膠結(jié)特性，且這種共聚物溶液能夠在水中溶解并以水為傳導(dǎo)媒介均勻分散到土石等穩(wěn)定材料表面。SRX穩(wěn)定劑與級(jí)配碎石經(jīng)拌和均勻后，通過一定的壓實(shí)作用及其內(nèi)部水分揮發(fā)后，在碎石固體顆粒表面形成有機(jī)粘膜，將各碎石顆粒牢固地粘結(jié)為整體結(jié)構(gòu)，并通過嵌擠作用形成強(qiáng)而韌的柔性結(jié)構(gòu)層。SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石屬于高韌性材料，收縮性能好，被用來作為設(shè)置于瀝青面層和半剛性基層之間的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層可有效抑制半剛性基層收縮裂縫引起的瀝青面層的反射裂縫，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、施工方便[3,5]。近年來聚合物SRX穩(wěn)定材料已受到了一定關(guān)注，并且目前已有一定的研究和應(yīng)用。張敏江等[6]對(duì)SRX穩(wěn)定基層材料力學(xué)性能及其路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)開展了研究；付俊[7]對(duì)SRX冷再生基層應(yīng)用技術(shù)開展了研究，得到了SRX冷再生混合料的施工控制規(guī)律；杜洪新等[8]針對(duì)SRX穩(wěn)定柔性基層的試驗(yàn)研究，采用在50 ℃烘箱內(nèi)養(yǎng)生6 d的試件進(jìn)行試驗(yàn)來確定SRX穩(wěn)定劑摻量。SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件和SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅渴荢RX穩(wěn)定級(jí)配碎石應(yīng)用的兩個(gè)基本問題。但目前采用的試件養(yǎng)生方法不盡合理，文獻(xiàn)[3]推薦的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石養(yǎng)生方法，養(yǎng)生時(shí)間過長(zhǎng)(達(dá)9 ～10 d)，在試驗(yàn)量稍大時(shí)，會(huì)影響試驗(yàn)進(jìn)度，甚至工程進(jìn)度，尚缺乏更為合理的快捷養(yǎng)生條件(包括養(yǎng)生溫度、養(yǎng)生時(shí)間)，這將嚴(yán)重影響試件的養(yǎng)生周期，降低試驗(yàn)效率；另外不同的養(yǎng)生條件也會(huì)造成SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石性能的人為差異，使試驗(yàn)結(jié)果缺乏可比性。而SRX穩(wěn)定劑摻量對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度、承載能力和穩(wěn)定性有很大的影響，同時(shí)也會(huì)影響到其經(jīng)濟(jì)性。因此，開展SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件養(yǎng)生條件與SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅康难芯渴直匾?/p>
鑒于此，本文通過養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響分析和養(yǎng)生時(shí)間與試件含水率、失水率、失水速率的關(guān)系分析，研究SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件(包括養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間)；通過重點(diǎn)考察SRX穩(wěn)定劑摻量對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，同時(shí)考慮穩(wěn)定性，研究SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅俊?/p>
1 原材料及混合料組成
1.1 原材料
原材料主要包括SRX穩(wěn)定劑、集料。其中，SRX穩(wěn)定劑是Romix International Ltd 公司生產(chǎn)的，其技術(shù)性能見表1；集料選用陜西渭南宮里鎮(zhèn)鳳西村料場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r集料，其技術(shù)性能符合規(guī)范要求[9]，具體結(jié)果見表2。
表1 SRX穩(wěn)定劑的技術(shù)性能
表2 集料的技術(shù)性能
1.2 混合料組成
SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料由級(jí)配碎石、SRX穩(wěn)定劑和水配制而成。集料級(jí)配采用如表3所示的課題組先前研究確定的強(qiáng)嵌擠骨架密實(shí)型集料級(jí)配，振動(dòng)擊實(shí)法[10]確定的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石最佳含水率為3.40%，最大干密度為2.47 g/cm3。根據(jù)初步研究，SRX穩(wěn)定劑的基本摻量為0.5%。
表3 集料級(jí)配
2 養(yǎng)生條件
本文以加快SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的失水速率和強(qiáng)度的形成，縮短養(yǎng)生時(shí)間為目的，在不影響最終強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)提高養(yǎng)生溫度，最終研究確定出合理的養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件。
按98%的壓實(shí)度振動(dòng)成型規(guī)格為Φ150 mm ×150 mm的圓柱體試件；其次，將成型的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件分為10組，其中9組分別在30，50，65，80，90，95，100，105，110 ℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，另1組在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)生，直至其含水率為零，即達(dá)到完全失水干燥狀態(tài)，并分別記錄各組試件含水率的變化。研究過程中，以自然條件(本文試驗(yàn)在7月進(jìn)行開展，氣溫30 ℃左右)養(yǎng)生45 d的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件作為基準(zhǔn)，并以此試件強(qiáng)度作為基準(zhǔn)強(qiáng)度；然后，將烘箱內(nèi)加熱養(yǎng)生結(jié)束后的9組試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律以及SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的含水率、失水率和失水速率的變化規(guī)律，以不影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度和顯著加快其養(yǎng)生過程為原則，確定出SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件合理的養(yǎng)生條件。
2.1 養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響
按上述試驗(yàn)方案，不同養(yǎng)生溫度條件下SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1中還給出了初步的養(yǎng)生時(shí)間隨養(yǎng)生溫度的變化規(guī)律。
圖1 不同養(yǎng)生溫度下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度
由圖1可知，養(yǎng)生溫度的提高將很大程度上減少SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生時(shí)間，即使試件達(dá)到干燥狀態(tài)所需時(shí)間縮短。養(yǎng)生溫度從30 ℃提高到110 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，初步的養(yǎng)生時(shí)間從10 d縮短到12 h，大幅度減少了養(yǎng)生時(shí)間；養(yǎng)生溫度從30 ℃提高到95 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間大幅度減少；養(yǎng)生溫度從95 ℃提高到110 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間減少幅度逐漸降低，但養(yǎng)生溫度從95 ℃提高到100 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間實(shí)際上也減少了4 h，這說明養(yǎng)生溫度為100 ℃時(shí)，可以進(jìn)一步加快試件的干燥；另外，不同養(yǎng)生溫度下試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值存在微小差別，但與自然條件(氣溫30 ℃左右)養(yǎng)生45 d的試件強(qiáng)度(6.6 MPa)相比，強(qiáng)度差值比僅為1.5%～3.0%，這種強(qiáng)度差異可能主要來自于試驗(yàn)誤差等，可認(rèn)為不同養(yǎng)生溫度下試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與自然條件養(yǎng)生45 d的試件強(qiáng)度基本一致。由此表明，在一定溫度范圍內(nèi)，養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響不大，但養(yǎng)生溫度的提高很大程度上加快了試件的養(yǎng)生進(jìn)程和強(qiáng)度的形成?？紤]到SRX穩(wěn)定劑為高分子有機(jī)聚合物，過高的養(yǎng)生溫度會(huì)對(duì)材料造成一定程度的老化，為了減少這種不利影響，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性，因此試件的養(yǎng)生溫度不宜太高，一般以不超過100 ℃為宜。同時(shí)考慮到較低的養(yǎng)生溫度會(huì)增加養(yǎng)生時(shí)間，降低儀器設(shè)備的利用率，因此綜合平衡試件強(qiáng)度和養(yǎng)生時(shí)間之間的要求，本文建議養(yǎng)生溫度取為100±2 ℃。
2.2 養(yǎng)生時(shí)間與試件含水率的關(guān)系
前文已初步確定了養(yǎng)生溫度為100 ℃，且在此溫度下初步的養(yǎng)生時(shí)間為16 h。為了進(jìn)一步確定養(yǎng)生時(shí)間，以SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的含水率、失水率和失水速率為指標(biāo)，分析在100 ℃的養(yǎng)生溫度條件下，試件的含水率、失水率和失水速率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～4所示。需說明的是，失水率定義為試件初始的含水率與某養(yǎng)生時(shí)刻的試件含水率之間的差值與初始含水率之比，失水速率定義為前一個(gè)養(yǎng)生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的試件含水率與后一個(gè)養(yǎng)生時(shí)刻的試件含水率之間的差值與養(yǎng)生時(shí)間間隔的比值。
圖2 含水率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化
圖3 失水率與養(yǎng)生時(shí)間的關(guān)系
圖4 失水速率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化
由此可知，在100 ℃的養(yǎng)生溫度條件下，隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加，試件的含水率逐漸減小，失水率逐漸增大，失水速率逐漸減慢。前2 h，試件失水速率最快，前6 h試件失水率達(dá)80%以上；此后試件失水率開始變慢，10 h后試件失水率已達(dá)96.8%，含水率降為0.11%，基本接近干燥狀態(tài)；至16 h試件含水率接近0，失水率達(dá)100%，試件已處于干燥狀態(tài)。
另外，根據(jù)圖3可知，試件失水率與養(yǎng)生時(shí)間具有良好的關(guān)系，其回歸方程見式(1)。
(1)
式中：ω為試件失水率(%)；t為養(yǎng)生時(shí)間(h)。
根據(jù)式(1)可確定SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件在任意養(yǎng)生時(shí)刻下的失水率。當(dāng)失水率為100%時(shí)，試件含水率為零，達(dá)到干燥狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的養(yǎng)生時(shí)間為15.6 h，結(jié)合圖2～4可得養(yǎng)生時(shí)間為16 h。
2.3 養(yǎng)生條件確定
根據(jù)前文的分析，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件為：養(yǎng)生溫度100±2 ℃，養(yǎng)生時(shí)間不小于16 h。
3 SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅?/h2>
SRX穩(wěn)定劑摻量必然會(huì)影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。摻量過低起不到穩(wěn)定的效果，摻量過高則會(huì)增加費(fèi)用和成本。因此，確定既能滿足路用性能要求又能兼顧經(jīng)濟(jì)性能的SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅渴欠浅１匾摹?/p>
SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅恐饕鶕?jù)SRX穩(wěn)定劑摻量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系來確定。干燥狀態(tài)和飽水狀態(tài)(將試件浸水24 h后基本能夠完全濕潤(rùn)，所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)狀態(tài)稱為飽水狀態(tài))下不同摻量SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果如圖5，6所示。
圖5 同SRX穩(wěn)定劑摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度
圖6 不同SRX穩(wěn)定劑摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率
由圖5，6可知，隨SRX穩(wěn)定劑摻量的增加，無論干燥狀態(tài)還是飽和狀態(tài)，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都是增大的，但其增幅逐漸減小。其中，摻量由0.25%增加到0.5%時(shí)，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度分別增加1.40，1.31 MPa，其增長(zhǎng)率分別為26.4%，52.0%，增幅比較大；摻量由0.5%增加到0.75%時(shí)，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度分別增加0.40，0.59 MPa，其增長(zhǎng)率分別為6.0%，15.4%，增幅明顯減?。粨搅坑?.75%增加到1.0%時(shí)，增量更小，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度僅分別增加0.30，0.29 MPa，其增長(zhǎng)率分別為4.2%，6.6%。而且在0.5%～0.75%摻量下SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)6.7 MPa(干燥狀態(tài))和3.8 MPa(飽和狀態(tài))以上(見圖5)，這都大于課題組提出的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。
表4 SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)
因此，SRX穩(wěn)定劑摻量大于0.75%時(shí)，通過增加摻量來提高SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度的作用已減弱，而且從經(jīng)濟(jì)性能考慮，SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜過大，否則成本將大大增加，因此SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.75%以下；同時(shí)SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜太小，否則穩(wěn)定效果會(huì)受到影響，當(dāng)摻量小于0.5%時(shí)，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度較低，且0.5%摻量的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度較0.25%摻量有大幅度的提高，因此SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜小于0.5%。
另外還應(yīng)考慮SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的其他性能，如CBR值、水穩(wěn)定性能和凍穩(wěn)定性能等，摻量在0.5%～0.75%之間，CBR值基本能滿足表5所示的要求。根據(jù)課題組先前的研究結(jié)果，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石具有良好的水穩(wěn)定性能，但凍穩(wěn)定性能不是特別的理想，適當(dāng)增加SRX穩(wěn)定劑摻量，可改善和提高SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的凍穩(wěn)定性能，如表6所示。
表5 SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石CBR值試驗(yàn)結(jié)果
表6 不同摻量SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石凍穩(wěn)定性能(5次凍融循環(huán))
綜上所述，本文建議SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.5%～0.75%范圍內(nèi)，在一般情況下SRX穩(wěn)定劑摻量為0.5%，多雨潮濕寒冷冰凍地區(qū)SRX穩(wěn)定劑摻量為0.75%。
4 結(jié) 論
(1)養(yǎng)生溫度對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響不顯著，在110 ℃范圍內(nèi)，養(yǎng)生溫度的提高并不會(huì)影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的最終強(qiáng)度，卻顯著加快了其強(qiáng)度形成和養(yǎng)生進(jìn)程，同時(shí)為避免溫度過高導(dǎo)致SRX穩(wěn)定劑的老化，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生溫度宜控制在100 ℃左右。在100 ℃養(yǎng)生溫度條件下，試件失水率隨養(yǎng)生時(shí)間增加而逐漸增大，當(dāng)試件含水率為零、失水率達(dá)100%時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間為16 h。為此，建議SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件為：干燥烘箱內(nèi)養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度100±2 ℃，養(yǎng)生時(shí)間應(yīng)不小于16 h。
(2)隨SRX穩(wěn)定劑摻量的增加，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度增大，在摻量0.5%～0.75%條件下強(qiáng)度增幅較大，穩(wěn)定性也有大幅增強(qiáng)，而且SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度和承載能力滿足要求。綜合強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并兼顧經(jīng)濟(jì)性，建議SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.5%～0.75%范圍內(nèi)，在一般情況下SRX穩(wěn)定劑摻量為0.5%，多雨潮濕寒冷冰凍地區(qū)SRX穩(wěn)定劑摻量為0.75%。
本研究所得出的結(jié)論主要針對(duì)所提出的試驗(yàn)材料。在進(jìn)一步的研究中，采用更多類型的原材料作為試驗(yàn)對(duì)象，以此來驗(yàn)證和優(yōu)化當(dāng)前得出的結(jié)論。
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范同前，董丁明，路光輝，陳峙峰，韓 愈，陳忠達(dá)
(1.河南中州路橋建設(shè)有限公司，河南 周口 466000；2.陜西省延安公路管理局，陜西 延安 716099；3.周口市公路勘察設(shè)計(jì)院，河南 周口 466000；4.河南宏盛工程監(jiān)理有限公司，河南 周口 466000；5.佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 佛山 528000；6.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)
目前，我國(guó)高等級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)多采用半剛性基層[1]，雖然優(yōu)點(diǎn)諸多，如整體強(qiáng)度高、板體性好，但也存在較為嚴(yán)重的早期損壞問題[2]，尤其是引起反射裂縫。SRX(Solution Road-soilfiX)穩(wěn)定劑是一種水基聚合物，作為一種新型高分子樹脂聚合物路用穩(wěn)定劑，具有固結(jié)不可逆的特性[3]，自2008年以來，在北京、廣東、遼寧和四川等地得到了先期應(yīng)用[4]。SRX穩(wěn)定劑是由多種特殊樹脂及多種有機(jī)添加劑混合而形成的共聚物溶液，具有很好的膠結(jié)特性，且這種共聚物溶液能夠在水中溶解并以水為傳導(dǎo)媒介均勻分散到土石等穩(wěn)定材料表面。SRX穩(wěn)定劑與級(jí)配碎石經(jīng)拌和均勻后，通過一定的壓實(shí)作用及其內(nèi)部水分揮發(fā)后，在碎石固體顆粒表面形成有機(jī)粘膜，將各碎石顆粒牢固地粘結(jié)為整體結(jié)構(gòu)，并通過嵌擠作用形成強(qiáng)而韌的柔性結(jié)構(gòu)層。SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石屬于高韌性材料，收縮性能好，被用來作為設(shè)置于瀝青面層和半剛性基層之間的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層可有效抑制半剛性基層收縮裂縫引起的瀝青面層的反射裂縫，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、施工方便[3,5]。近年來聚合物SRX穩(wěn)定材料已受到了一定關(guān)注，并且目前已有一定的研究和應(yīng)用。張敏江等[6]對(duì)SRX穩(wěn)定基層材料力學(xué)性能及其路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)開展了研究；付俊[7]對(duì)SRX冷再生基層應(yīng)用技術(shù)開展了研究，得到了SRX冷再生混合料的施工控制規(guī)律；杜洪新等[8]針對(duì)SRX穩(wěn)定柔性基層的試驗(yàn)研究，采用在50 ℃烘箱內(nèi)養(yǎng)生6 d的試件進(jìn)行試驗(yàn)來確定SRX穩(wěn)定劑摻量。SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件和SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅渴荢RX穩(wěn)定級(jí)配碎石應(yīng)用的兩個(gè)基本問題。但目前采用的試件養(yǎng)生方法不盡合理，文獻(xiàn)[3]推薦的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石養(yǎng)生方法，養(yǎng)生時(shí)間過長(zhǎng)(達(dá)9 ～10 d)，在試驗(yàn)量稍大時(shí)，會(huì)影響試驗(yàn)進(jìn)度，甚至工程進(jìn)度，尚缺乏更為合理的快捷養(yǎng)生條件(包括養(yǎng)生溫度、養(yǎng)生時(shí)間)，這將嚴(yán)重影響試件的養(yǎng)生周期，降低試驗(yàn)效率；另外不同的養(yǎng)生條件也會(huì)造成SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石性能的人為差異，使試驗(yàn)結(jié)果缺乏可比性。而SRX穩(wěn)定劑摻量對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度、承載能力和穩(wěn)定性有很大的影響，同時(shí)也會(huì)影響到其經(jīng)濟(jì)性。因此，開展SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件養(yǎng)生條件與SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅康难芯渴直匾?/p>
鑒于此，本文通過養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響分析和養(yǎng)生時(shí)間與試件含水率、失水率、失水速率的關(guān)系分析，研究SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件(包括養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間)；通過重點(diǎn)考察SRX穩(wěn)定劑摻量對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，同時(shí)考慮穩(wěn)定性，研究SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅俊?/p>
1 原材料及混合料組成
1.1 原材料
原材料主要包括SRX穩(wěn)定劑、集料。其中，SRX穩(wěn)定劑是Romix International Ltd 公司生產(chǎn)的，其技術(shù)性能見表1；集料選用陜西渭南宮里鎮(zhèn)鳳西村料場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r集料，其技術(shù)性能符合規(guī)范要求[9]，具體結(jié)果見表2。
表1 SRX穩(wěn)定劑的技術(shù)性能
表2 集料的技術(shù)性能
1.2 混合料組成
SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料由級(jí)配碎石、SRX穩(wěn)定劑和水配制而成。集料級(jí)配采用如表3所示的課題組先前研究確定的強(qiáng)嵌擠骨架密實(shí)型集料級(jí)配，振動(dòng)擊實(shí)法[10]確定的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石最佳含水率為3.40%，最大干密度為2.47 g/cm3。根據(jù)初步研究，SRX穩(wěn)定劑的基本摻量為0.5%。
表3 集料級(jí)配
2 養(yǎng)生條件
本文以加快SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的失水速率和強(qiáng)度的形成，縮短養(yǎng)生時(shí)間為目的，在不影響最終強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)提高養(yǎng)生溫度，最終研究確定出合理的養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件。
按98%的壓實(shí)度振動(dòng)成型規(guī)格為Φ150 mm ×150 mm的圓柱體試件；其次，將成型的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件分為10組，其中9組分別在30，50，65，80，90，95，100，105，110 ℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，另1組在自然條件下進(jìn)行養(yǎng)生，直至其含水率為零，即達(dá)到完全失水干燥狀態(tài)，并分別記錄各組試件含水率的變化。研究過程中，以自然條件(本文試驗(yàn)在7月進(jìn)行開展，氣溫30 ℃左右)養(yǎng)生45 d的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件作為基準(zhǔn)，并以此試件強(qiáng)度作為基準(zhǔn)強(qiáng)度；然后，將烘箱內(nèi)加熱養(yǎng)生結(jié)束后的9組試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律以及SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的含水率、失水率和失水速率的變化規(guī)律，以不影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度和顯著加快其養(yǎng)生過程為原則，確定出SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件合理的養(yǎng)生條件。
2.1 養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響
按上述試驗(yàn)方案，不同養(yǎng)生溫度條件下SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1中還給出了初步的養(yǎng)生時(shí)間隨養(yǎng)生溫度的變化規(guī)律。
圖1 不同養(yǎng)生溫度下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度
由圖1可知，養(yǎng)生溫度的提高將很大程度上減少SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生時(shí)間，即使試件達(dá)到干燥狀態(tài)所需時(shí)間縮短。養(yǎng)生溫度從30 ℃提高到110 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，初步的養(yǎng)生時(shí)間從10 d縮短到12 h，大幅度減少了養(yǎng)生時(shí)間；養(yǎng)生溫度從30 ℃提高到95 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間大幅度減少；養(yǎng)生溫度從95 ℃提高到110 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間減少幅度逐漸降低，但養(yǎng)生溫度從95 ℃提高到100 ℃，試件達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間實(shí)際上也減少了4 h，這說明養(yǎng)生溫度為100 ℃時(shí)，可以進(jìn)一步加快試件的干燥；另外，不同養(yǎng)生溫度下試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值存在微小差別，但與自然條件(氣溫30 ℃左右)養(yǎng)生45 d的試件強(qiáng)度(6.6 MPa)相比，強(qiáng)度差值比僅為1.5%～3.0%，這種強(qiáng)度差異可能主要來自于試驗(yàn)誤差等，可認(rèn)為不同養(yǎng)生溫度下試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與自然條件養(yǎng)生45 d的試件強(qiáng)度基本一致。由此表明，在一定溫度范圍內(nèi)，養(yǎng)生溫度對(duì)試件強(qiáng)度的影響不大，但養(yǎng)生溫度的提高很大程度上加快了試件的養(yǎng)生進(jìn)程和強(qiáng)度的形成?？紤]到SRX穩(wěn)定劑為高分子有機(jī)聚合物，過高的養(yǎng)生溫度會(huì)對(duì)材料造成一定程度的老化，為了減少這種不利影響，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性，因此試件的養(yǎng)生溫度不宜太高，一般以不超過100 ℃為宜。同時(shí)考慮到較低的養(yǎng)生溫度會(huì)增加養(yǎng)生時(shí)間，降低儀器設(shè)備的利用率，因此綜合平衡試件強(qiáng)度和養(yǎng)生時(shí)間之間的要求，本文建議養(yǎng)生溫度取為100±2 ℃。
2.2 養(yǎng)生時(shí)間與試件含水率的關(guān)系
前文已初步確定了養(yǎng)生溫度為100 ℃，且在此溫度下初步的養(yǎng)生時(shí)間為16 h。為了進(jìn)一步確定養(yǎng)生時(shí)間，以SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的含水率、失水率和失水速率為指標(biāo)，分析在100 ℃的養(yǎng)生溫度條件下，試件的含水率、失水率和失水速率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～4所示。需說明的是，失水率定義為試件初始的含水率與某養(yǎng)生時(shí)刻的試件含水率之間的差值與初始含水率之比，失水速率定義為前一個(gè)養(yǎng)生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的試件含水率與后一個(gè)養(yǎng)生時(shí)刻的試件含水率之間的差值與養(yǎng)生時(shí)間間隔的比值。
圖2 含水率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化
圖3 失水率與養(yǎng)生時(shí)間的關(guān)系
圖4 失水速率隨養(yǎng)生時(shí)間的變化
由此可知，在100 ℃的養(yǎng)生溫度條件下，隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加，試件的含水率逐漸減小，失水率逐漸增大，失水速率逐漸減慢。前2 h，試件失水速率最快，前6 h試件失水率達(dá)80%以上；此后試件失水率開始變慢，10 h后試件失水率已達(dá)96.8%，含水率降為0.11%，基本接近干燥狀態(tài)；至16 h試件含水率接近0，失水率達(dá)100%，試件已處于干燥狀態(tài)。
另外，根據(jù)圖3可知，試件失水率與養(yǎng)生時(shí)間具有良好的關(guān)系，其回歸方程見式(1)。
(1)
式中：ω為試件失水率(%)；t為養(yǎng)生時(shí)間(h)。
根據(jù)式(1)可確定SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件在任意養(yǎng)生時(shí)刻下的失水率。當(dāng)失水率為100%時(shí)，試件含水率為零，達(dá)到干燥狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的養(yǎng)生時(shí)間為15.6 h，結(jié)合圖2～4可得養(yǎng)生時(shí)間為16 h。
2.3 養(yǎng)生條件確定
根據(jù)前文的分析，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件為：養(yǎng)生溫度100±2 ℃，養(yǎng)生時(shí)間不小于16 h。
3 SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅?/h2>
SRX穩(wěn)定劑摻量必然會(huì)影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。摻量過低起不到穩(wěn)定的效果，摻量過高則會(huì)增加費(fèi)用和成本。因此，確定既能滿足路用性能要求又能兼顧經(jīng)濟(jì)性能的SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅渴欠浅１匾摹?/p>
SRX穩(wěn)定劑合理?yè)搅恐饕鶕?jù)SRX穩(wěn)定劑摻量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系來確定。干燥狀態(tài)和飽水狀態(tài)(將試件浸水24 h后基本能夠完全濕潤(rùn)，所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)狀態(tài)稱為飽水狀態(tài))下不同摻量SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果如圖5，6所示。
圖5 同SRX穩(wěn)定劑摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度
圖6 不同SRX穩(wěn)定劑摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率
由圖5，6可知，隨SRX穩(wěn)定劑摻量的增加，無論干燥狀態(tài)還是飽和狀態(tài)，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都是增大的，但其增幅逐漸減小。其中，摻量由0.25%增加到0.5%時(shí)，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度分別增加1.40，1.31 MPa，其增長(zhǎng)率分別為26.4%，52.0%，增幅比較大；摻量由0.5%增加到0.75%時(shí)，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度分別增加0.40，0.59 MPa，其增長(zhǎng)率分別為6.0%，15.4%，增幅明顯減?。粨搅坑?.75%增加到1.0%時(shí)，增量更小，干燥、飽和狀態(tài)下強(qiáng)度僅分別增加0.30，0.29 MPa，其增長(zhǎng)率分別為4.2%，6.6%。而且在0.5%～0.75%摻量下SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)6.7 MPa(干燥狀態(tài))和3.8 MPa(飽和狀態(tài))以上(見圖5)，這都大于課題組提出的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。
表4 SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)
因此，SRX穩(wěn)定劑摻量大于0.75%時(shí)，通過增加摻量來提高SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度的作用已減弱，而且從經(jīng)濟(jì)性能考慮，SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜過大，否則成本將大大增加，因此SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.75%以下；同時(shí)SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜太小，否則穩(wěn)定效果會(huì)受到影響，當(dāng)摻量小于0.5%時(shí)，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度較低，且0.5%摻量的SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度較0.25%摻量有大幅度的提高，因此SRX穩(wěn)定劑摻量也不宜小于0.5%。
另外還應(yīng)考慮SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的其他性能，如CBR值、水穩(wěn)定性能和凍穩(wěn)定性能等，摻量在0.5%～0.75%之間，CBR值基本能滿足表5所示的要求。根據(jù)課題組先前的研究結(jié)果，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石具有良好的水穩(wěn)定性能，但凍穩(wěn)定性能不是特別的理想，適當(dāng)增加SRX穩(wěn)定劑摻量，可改善和提高SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的凍穩(wěn)定性能，如表6所示。
表5 SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石CBR值試驗(yàn)結(jié)果
表6 不同摻量SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石凍穩(wěn)定性能(5次凍融循環(huán))
綜上所述，本文建議SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.5%～0.75%范圍內(nèi)，在一般情況下SRX穩(wěn)定劑摻量為0.5%，多雨潮濕寒冷冰凍地區(qū)SRX穩(wěn)定劑摻量為0.75%。
4 結(jié) 論
(1)養(yǎng)生溫度對(duì)SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響不顯著，在110 ℃范圍內(nèi)，養(yǎng)生溫度的提高并不會(huì)影響SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石的最終強(qiáng)度，卻顯著加快了其強(qiáng)度形成和養(yǎng)生進(jìn)程，同時(shí)為避免溫度過高導(dǎo)致SRX穩(wěn)定劑的老化，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生溫度宜控制在100 ℃左右。在100 ℃養(yǎng)生溫度條件下，試件失水率隨養(yǎng)生時(shí)間增加而逐漸增大，當(dāng)試件含水率為零、失水率達(dá)100%時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間為16 h。為此，建議SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石試件的養(yǎng)生條件為：干燥烘箱內(nèi)養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度100±2 ℃，養(yǎng)生時(shí)間應(yīng)不小于16 h。
(2)隨SRX穩(wěn)定劑摻量的增加，SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度增大，在摻量0.5%～0.75%條件下強(qiáng)度增幅較大，穩(wěn)定性也有大幅增強(qiáng)，而且SRX穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度和承載能力滿足要求。綜合強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并兼顧經(jīng)濟(jì)性，建議SRX穩(wěn)定劑摻量宜控制在0.5%～0.75%范圍內(nèi)，在一般情況下SRX穩(wěn)定劑摻量為0.5%，多雨潮濕寒冷冰凍地區(qū)SRX穩(wěn)定劑摻量為0.75%。
本研究所得出的結(jié)論主要針對(duì)所提出的試驗(yàn)材料。在進(jìn)一步的研究中，采用更多類型的原材料作為試驗(yàn)對(duì)象，以此來驗(yàn)證和優(yōu)化當(dāng)前得出的結(jié)論。
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