半刚性材料抗裂性能试验研究

2017-01-13雷谱春

筑路机械与施工机械化 2016年12期

雷谱春

文章编号：1000033X（2016）12007203

收稿日期：20160518

摘要：为研究材料组成对半刚性基层强度的影响，对不同无机结合料组合的半刚性基层材料进行室内无侧限抗压强度试验及抗压回弹模量试验。结果表明：三灰砂砾抗压强度与水泥用量具有较好的相关性，并且随着水泥替代量的增大强度显著提高；随着龄期及水泥用量的增大，各材料抗压回弹模量均增长，水泥稳定类材料较二灰类材料增长更为显著。相关性研究结果可为预测半刚性材料强度增长规律提供参考。

关键词：半刚性材料；抗压强度；抗压回弹模量；抗裂性能

中图分类号：U416.1文献标志码：B

Experimental Study on Crack Resistance of Semirigid Materials

LEI Puchun

（Shaanxi Provincial Communications Construction Group， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to study the effect of material composition on the strength of semirigid base， the indoor unconfined compressive strength test and resilient modulus test were carried out for semirigid base materials with different combinations of inorganic binders. The results show that the compressive strength of the combination of cement， lime， fly ash and gravel has a good correlation with the amount of cement， and the strength increases when more cement is added. With the increase of the age and amount of cement， the resilient modulus of materials increases， which is more obvious in semirigid base stabilized with cement. The correlation findings also provide reference to the strength growth prediction of semirigid materials.

Key words： semirigid material； compressive strength； resilient modulus； crack resistance

0引言

半刚性材料主要是在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰、粉煤灰或工业废渣等），并与水混合，经过拌和、压实、养生之后得到的道路基层材料，一般有二灰稳定类和水泥稳定类基层。但目前对于二灰稳定类和水泥稳定类组合成的水泥、石灰、粉煤灰稳定类基层的研究并不多；另外，对于这种新组合来说，它是否继承了两者的特性与优点以及避开了两者的缺点还有待研究。因此对水泥、石灰、粉煤灰稳定类以及二灰稳定类、水泥稳定类这些半刚性材料的抗裂性能进行进一步分析研究，具有十分重要的意义[13]。本文通过确定水泥、石灰、粉煤灰3种材料的配比组成和最佳比例，对水泥稳定类、二灰稳定类和水泥、石灰、粉煤灰稳定类半刚性材料的抗裂性能进行深入研究。

1试验材料配合比组成

依据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000），采用石灰、粉煤灰做基层或底基层时，石灰与粉煤灰的比在1∶2～1∶4（质量比），因此本文在1∶2～1∶4区间内等梯度地划分了5种比例，并对二灰稳定类半刚性材料进行抗压强度试验，以5种二灰比中具有最大强度的作为最佳二灰配比[4]。5种不同二灰比下的半刚性材料的抗压强度指标如图1所示。

由图1可以看出，当石灰与粉煤灰之比大约在1∶2.3左右时，强度出现了峰值，即此时7 d饱水抗压强度最大，所以本文采用石灰与粉煤灰之比为1∶23。同时，对二灰在集料中占不同比例及不同状态（堆积与插捣状态）下的实际填充量进行比较和分析，最终统一选择二灰的合理填充量为20%，则石灰、粉煤灰、砂砾之比为6∶14∶80（质量比）。

在相同集料级配条件下，用水泥代替部分石灰组成的水泥、石灰、粉煤灰三灰稳定类材料的最佳配合比，即通过抗压强度及抗压回弹模量试验得到的最优抗裂性能时的配合比[56]。对不同结合料稳定砂砾进行编号，具体如表1所示。

2抗压强度试验结果及分析

半刚性材料一般作为基层和底基层，需要具备足够的强度和一定的刚度，而这个要求在很大程度上取决于结合料的配合比和使用量。当用量一定的情况下，结合料的配合比十分重要[78]。因此，进行不同结合料配比稳定的砂砾抗压强度试验，结果如表2所示。

由表2可知以下几点。

（1）从6种材料的早期强度（28 d以前）可以看出：二灰砂砾抗压强度最小，水泥粉煤灰砂砾的抗压强度最大，三灰砂砾居中；随着水泥替代石灰用量的增加，三灰砂砾的强度逐渐增加。此外，几类材料的后期强度（180 d龄期）中，三灰砂砾的抗压强度最大（J2、J3、J4），水泥粉煤灰砂砾（J5、J6）次之，二灰砂砾（J1）是最小。

（2）各类材料的强度在90 d之前（即早期强度钱）呈线性增长，90 d后二灰砂砾（J1）和水泥粉煤灰砂砾（J5、J6）的增长幅度明显变缓，但三灰砂砾（J2、J3、J4）90 d后仍然保持直线增长的趋势，因此在后期强度中，三灰砂砾的抗压强度最大。

（3）依据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000）的规定：采用综合稳定时，如水泥用量占结合料总量的30%以上，二级及二级以下公路基层的7 d强度应在25～3 MPa，高速公路和一级公路的强度应在3～5 MPa。若按此规定，只有J5（水泥用量42%）满足规范要求，但从180 d的后期强度来看，J5的强度并不高，比J2、J3、J4低，可见规范中存在明显的不足，应进行适当的补充和调整。

实际应用过程中，由于测试材料后期强度周期相对较长，给工程进度带来较大的影响，因此利用早期强度推算后期强度很有必要，能给工程节省很多人力和时间。基于此，通过表2对J1～J6各个龄期的抗压强度进行线性回归，三灰砂砾的强度增长如表3、4所示。

由表3、4可知：随着水泥替代石灰用量的增加，三灰砂砾早期强度是呈直线增长趋势的，尤其与7 d饱水强度的相关性更好（相关系数为0999 1）；石灰粉煤灰砂砾（J1）和水泥粉煤灰砂砾（J5）后期强度（90～180 d）增长回归公式，相关系数最大为0945 2，相关性相对比较差但三灰砂砾（J2、J3、J4）后期强度增长回归公式，相关系数最小为0958 7，相关性较好即三灰砂砾无论是在早期还是在晚期，其强度基本都是呈现直线增长趋势[910]。

因此，可以用表3、4中的公式根据早期强度推测后期强度，而且只要得出一种三灰砂砾的强度，就可推测其他配比砂砾的早期强度和后期强度。

3抗压回弹模量试验结果及分析

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ 057—94），抗压回弹模量试验采用顶面法，J1～J6试验结果如表5所示。

由表5可知以下几点。

（1）各类材料的抗压回弹模量随着龄期的增长而增大，后期强度的抗压回弹模量明显大于早期强度的抗压回弹模量。

（2）当水泥和石灰用量相同时，石灰粉煤灰稳定类材料的抗压回弹模量小于水泥稳定类材料。

（3）随着水泥用量的增加，水泥稳定类材料的抗压回弹模量也随之增加。

（4）随着水泥用量的增加，三灰砂砾的抗压回弹模量也随之增加（J2、J3、J4）。

总之，在满足规范对强度要求的前提下（例如J1的7 d强度为048 MPa），刚度越小，抗裂性能越好。因此，J2在强度、刚度都满足规范要求时抗裂性能是最好的。

4结语

通过对水泥石灰粉煤灰砂砾的配合比设计及力学性能研究分析，有以下结论。

（1）通过对三灰砂砾力学性能的研究，发现目前规范对半刚性材料性能评价指标体系的不完善和不足，应当补充和调整。本文推荐采用早期强度（7 d）和后期强度（180 d甚至更长）作为评定半刚性材料的强度指标。