李文君

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯 833200）

0 引言

風(fēng)積沙在沙漠地區(qū)具有豐富的儲(chǔ)量，是沙漠修建公路的主要材料之一[1]。風(fēng)積沙在沙漠地區(qū)修建公路中具有低污染、低排放、低消耗、高效能等眾多優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)前對(duì)于摻風(fēng)積沙水泥穩(wěn)定性級(jí)配礫石混合料基層的研究還處于初始階段，風(fēng)積沙替代填料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料是否可行還需要進(jìn)一步研究。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

水泥：選擇42.5 號(hào)普通硅酸鹽水泥，水泥的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)范要求，水泥的初凝時(shí)間為210min，終凝時(shí)間為395min，28d 抗壓強(qiáng)度47.8MPa，燒失量1.22%。

風(fēng)積沙：風(fēng)積沙外觀呈淡黃色，松散狀，堆積密度1.35g/cm3，含水率0.2%，空隙率47%，細(xì)度模數(shù)0.64，含泥量1.9%，最大粒徑0.493mm，級(jí)配如表1 所示。

表1 風(fēng)積沙粒徑級(jí)配

粗集料為花崗巖，細(xì)集料為機(jī)制砂，粗集料壓碎值19.0%，粉塵含量0.075mm 下＜1%，軟土含量＜1%，有機(jī)含量＜1%，硫酸鹽含量＜0.1%，顆粒篩分能夠滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》JTG/TF20-2015（簡(jiǎn)稱《細(xì)則》）的要求。本文的試驗(yàn)研究采用《細(xì)則》推薦的C-B-3 骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石礦料級(jí)配。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用相同礦料級(jí)配，對(duì)風(fēng)積沙、集料逐檔篩分之后，根據(jù)表2 所示的水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石礦料級(jí)配要求，反復(fù)計(jì)算各篩孔的篩余量，將風(fēng)積沙采用內(nèi)摻形式參與級(jí)配合成，調(diào)整風(fēng)積沙的摻量為0%、3%、6%、9%、12%，通過7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，確定不同風(fēng)積沙摻量下,水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的最佳水泥摻量。對(duì)于風(fēng)積沙摻量對(duì)于水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料力學(xué)性能和耐久性的影響進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括干縮試驗(yàn)、溫縮試驗(yàn)、單軸壓縮模量試驗(yàn)、彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)、抗沖刷試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、凍融試驗(yàn)[3]。

表2 試驗(yàn)采用水泥礫石礦料級(jí)配

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)置環(huán)境溫度為20±2℃，相對(duì)濕度≥95%，養(yǎng)生至《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）規(guī)范規(guī)定齡期[4]。其中，彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)使用550mm×150mm×150mm 大梁試件，根據(jù)《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（T08051-1994）規(guī)范開展實(shí)驗(yàn)。疲勞試驗(yàn)分別采用4 個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度比：0.5、0.6、0.7、0.8，施加10Hz 頻率的連續(xù)Havesine 波，根據(jù)《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料疲勞試驗(yàn)方法》（T0856-2009）規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。單軸壓縮模量試驗(yàn)選擇Φ150×150mm 圓柱體試件，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50-2017）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)則是采用Φ150×150mm 圓柱體試件，以《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（T0805-1994）為實(shí)驗(yàn)方法為實(shí)驗(yàn)方法參照。溫縮試驗(yàn)設(shè)定穩(wěn)定為60～-25℃，試件尺寸采用550×150×150mm 大梁試件，實(shí)驗(yàn)方法則是參照《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料溫縮試驗(yàn)方法》（T0855-2009）規(guī)范。設(shè)置干縮實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%，采用550mm×150mm×150mm 大梁試件，按照《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料干縮試驗(yàn)方法》（T0854-2009）規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。沖刷試驗(yàn)采用Φ150mm×20mm 圓柱體試件，試驗(yàn)方法參照《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料抗沖刷試驗(yàn)方法》（T0860-2009）規(guī)范，動(dòng)水沖刷峰值為0.5MPa，沖刷30min，沖刷頻率為10Hz[5]。

2 力學(xué)性能

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同水泥摻量下，風(fēng)積沙水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。在相同風(fēng)積沙摻量下，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，會(huì)隨著水泥摻量增加而增加；相同水泥摻量下，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著風(fēng)積沙摻量增加而下降。因此，風(fēng)積沙摻量的增加會(huì)對(duì)混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.2 劈裂強(qiáng)度

劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著風(fēng)積沙摻量的增加，混合料劈裂強(qiáng)度逐漸減小,但劈裂強(qiáng)度應(yīng)不小于0.5MPa 的下限要求，風(fēng)積沙摻量最大應(yīng)控制在6%。

圖2 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.3 彎拉強(qiáng)度

彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。隨著風(fēng)積沙摻量的不斷增加，混合料的彎拉強(qiáng)度則呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)，擬合優(yōu)化度R2 大于0.95。風(fēng)積沙摻量從0 增加到12%，混合料彎拉強(qiáng)度從2.34MPa 下降至1.42MPa，降幅達(dá)39.3%。在0～9%的風(fēng)積沙摻量下，其彎拉強(qiáng)度需要滿足《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50-2017）要求的1.5～2.0MPa 彎拉強(qiáng)度的參考范圍，而風(fēng)積沙摻量12%的情況下，彎拉強(qiáng)度小于1.5MPa。因此，風(fēng)積沙摻量過多，會(huì)導(dǎo)致水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的彎拉強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重劣化，即便是6%的水泥摻量條件下，將最小彎拉強(qiáng)度1.5MPa 作為約束條件，那么水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的最大風(fēng)積沙摻量也不能大于9%。

圖3 不同風(fēng)積沙摻量下水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料7d 彎拉強(qiáng)度

3 耐久性能

不同沖刷時(shí)間下的水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石沖刷質(zhì)量損失情況如圖4 所示，具體分析如下：

圖4 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石沖刷試驗(yàn)結(jié)果

（1）隨著沖刷時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石的沖刷損失質(zhì)量會(huì)逐漸增加，混合料的松散破壞情況發(fā)生率越高。而通過對(duì)沖刷損失質(zhì)量與沖刷時(shí)間線性擬合方程的斜率、截距進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)積沙摻量的增加，斜率和截距也會(huì)隨之增大，這意味著風(fēng)積沙摻量越大，混合料在經(jīng)過水沖刷之后的質(zhì)量損失也更大，并且,混合料沖刷損失質(zhì)量對(duì)于時(shí)間增加,其敏感度不斷增加，所以摻加風(fēng)積沙對(duì)于水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的水穩(wěn)定性存在負(fù)面影響。風(fēng)積沙摻量越高，混合料質(zhì)量越差。

（2）經(jīng)過30min 的沖刷之后，不同比例的風(fēng)積沙水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的沖刷質(zhì)量損失程度也不同，風(fēng)積沙摻量分別為3%、6%、9%、12%時(shí)，混合料質(zhì)量損失依次為34.6g、37.3g、43.2g、49.3g。與未摻加風(fēng)積沙的混合料比較而言，均出現(xiàn)了不同程度的增加。

（3）風(fēng)積沙摻量在0～6%時(shí)，沖刷損失質(zhì)量可以滿足《細(xì)則》的要求，而風(fēng)積沙摻量大于6%之后，沖刷損失質(zhì)量則無法滿足《細(xì)則》的沖刷損失質(zhì)量要求。所以，基于水穩(wěn)定性要求，風(fēng)積沙摻量最大為6%。

4 結(jié)束語

（1）風(fēng)積沙摻量對(duì)于水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的力學(xué)性能存在一定的負(fù)面影響。風(fēng)積沙摻量由0 增大至12%，水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石的彎拉強(qiáng)度降低幅度達(dá)39.3%，劈裂強(qiáng)度降低幅度達(dá)66.7%。

（2）從半剛性基層水泥穩(wěn)定性考慮，最大的風(fēng)積沙摻量為6%。

（3）摻加風(fēng)積沙會(huì)影響水泥穩(wěn)定級(jí)配礫石混合料的抗沖刷性能，風(fēng)積沙摻量為0～6%，沖刷損失質(zhì)量才可以滿足《細(xì)則》中的相關(guān)要求。