刘新海，彭小林

(1. 广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420；2. 广东交科检测有限公司，广东 广州 510550)

水泥稳定碎石具有较高的强度和刚度。在中国高等级沥青路面中大多采用水泥稳定类混合料基层，但容易因基层开裂引起沥青路面出现反射裂缝。在实际使用过程中，人们往往着重关注水泥稳定碎石的强度。许多学者研究了水泥剂量、成型方式及试件尺寸等因素对水泥稳定碎石强度的影响[1-3]，而忽略了对水泥稳定碎石回弹模量的研究。回弹模量是表征半刚性基层材料性能的重要参数[4-5]，其数值的增加意味着基层材料的抗变形能力减弱。在荷载和环境因素等作用下易使基层产生裂缝。在保证路面强度和刚度的前提下，水泥稳定类材料混合料配合比设计时，应适当减小回弹模量，以改善基层的开裂情况。已有的研究表明[6-10]：掺加一定量的粉煤灰活性粉末做结合料可以提高基层的抗裂性能。因此，为提高基层抗开裂能力，优化水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计，作者拟研究水泥剂量、粉煤灰剂量及养护龄期对无侧限抗压强度、劈裂强度及回弹模量的影响。

1 原材料

1) 集料

试验采用某石场产的花岗岩碎石，其主要技术指标见表 1，符合现行规范要求。各档集料按比例掺配后的合成级配如图1所示。

表1 集料的技术性质及掺配比例Table 1 Technical properties and mixing proportion of aggregates

图1 集料合成级配Fig. 1 Synthetic gradation of aggregates

2) 水泥的技术指标

试验采用某水泥公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其技术指标见表2，符合现行规范要求。

3) 粉煤灰的技术指标

试验采用某电厂生产的II级粉煤灰，其技术指标见表3，符合现行规范要求。

表2 水泥的物理性质及力学性质Table 2 Physical and mechanical properties of the cement

表3 粉煤灰检验结果Table 3 Test results of the fly ash

2 配合比设计

水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计的关键参数包括：集料的级配、水泥及粉煤灰与集料的比例。在该领域已有研究和前期试验的基础上[6-13]，采用图1所示的集料合成级配，分别掺加2.5%～5.5%的水泥、0%～12%的粉煤灰，拟定了8种配合比。根据拟定的配合比，参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51—2009)》，分别进行振动压实试验，确定每种配合比的最大干密度和最佳含水量，试验结果见表4。

从表4中可以看出，当粉煤灰剂量为6%时，随着水泥剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的最佳含水量先增加后减小，4.5%水泥剂量的最佳含水量最大为6.1%。随着水泥剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的最大干密度不变。当水泥剂量为3.5%时，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的最佳含水量和最大干密度表现出类似的规律。

表4 水泥粉煤灰稳定碎石的配合比设计Table 4 Proportion design of cement fly ash stabilized crushed stone

3 试验方法

根据表4中的设计配合比，制成尺寸为Φ150 mm×150 mm的试件。按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51—2009)》的要求，在完成养生后进行了试验，研究水泥剂量、粉煤灰剂量及养护龄期对水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量等力学参数的影响。

4 试验结果与分析

4.1 无侧限抗压强度

无侧限抗压强度是反映无机结合料稳定类材料承载能力的一项重要技术指标，它的大小决定基层是否能够承受面层传递下来的荷载，影响路面的使用性能和寿命。

4.1.1 水泥剂量对无侧限抗压强度的影响

半刚性材料的强度主要来源于水泥水化硬化后的胶结作用。为研究水泥剂量对抗压强度的影响，将固定粉煤灰剂量取为 6%，比较 2.5%,3.5%,4.5%和5.5%水泥剂量下的无侧限抗压强度，其28 d的试验结果如图2所示。从图2中可以看出，随着水泥剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的28 d抗压强度呈线性增加的趋势，这与普通水泥稳定碎石的强度随水泥剂量的提高而增加的变化规律相一致。当水泥剂量为5.5%时，其28 d无侧限抗压强度为16.25 MPa，为2.5%水泥剂量的2.95倍。表明：提高水泥剂量可以显著增加半刚性材料的无侧限抗压强度。

图2 水泥剂量对抗压强度的影响Fig. 2 Effect of cement dosage on the compressive strength

4.1.2 粉煤灰剂量对无侧限抗压强度的影响

随后市场将会展开底部的宽幅震荡，也就是通过所说的一浪和二浪运行；大底部宽幅震荡将结束于秋季的第二个全年最重要的日线时间处，然后再开始向上加速。

水泥粉煤灰中含有活性成分。为研究粉煤灰剂量对无侧限抗压强度的影响，将固定水泥剂量取为3.5%，比较 0%,3%,6%,9%和 12%粉煤灰剂量下的无侧限抗压强度，其28 d的试验结果如图3所示。从图3中可以看出，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的 28 d无侧限抗压强度呈先增加后减小的趋势。当粉煤灰剂量不大于 9%时，随着粉煤灰剂量的提高，无侧限抗压强度总体呈增长趋势。当粉煤灰剂量为9%时，无侧限抗压强度最大，达到9.52 MPa。当粉煤灰剂量大于9%时，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度呈下降的趋势。4.1.3 养护龄期对无侧限抗压强度的影响

图3 粉煤灰剂量对无侧限抗压强度的影响Fig. 3 Effect of fly ash dosage on unconfined compressive strength

为研究养护龄期对无侧限抗压强度的影响，比较配合比2#普通水泥稳定碎石(3.5%水泥，0%粉煤灰)和配合比4#水泥粉煤灰稳定碎石(3.5%水泥，6%粉煤灰)7,14,28和60 d的无侧限抗压强度，试验结果如图4所示。从图4中可以看出，随着养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石与粉煤灰水泥稳定碎石的无侧限抗压强度均呈增大的趋势。与7 d的无侧限抗压强度相比，28 d无侧限抗压强度增长了约30%，60 d无侧限抗压强度增长了约60%。在相同的水泥剂量和养护龄期条件下，水泥粉煤灰稳定碎石的无侧限抗压强度是普通水泥稳定碎石的1.2倍左右。

图4 养护龄期对无侧限抗压强度的影响Fig. 4 Effect of curing age on unconfined compressive strength

4.2 劈裂强度

劈裂强度是反映无机结合料稳定材料抗拉能力的常用指标，其数值的大小对路面基层抗开裂能力的影响显著。

4.2.1 水泥剂量对劈裂强度的影响

为研究水泥剂量对抗拉强度的影响，固定粉煤灰剂量为6%，比较2.5%,3.5%,4.5%和5.5%水泥剂量下的抗拉强度，其28 d的试验结果如图5所示。从图5 中可以看出，随着水泥剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的28 d劈裂强度呈线性增加的趋势。这与普通水泥稳定碎石的强度随水泥剂量的增加而增加的变化规律相一致。当水泥剂量为5.5%时，其28 d劈裂强度强度为1.32 MPa，为2.5%水泥剂量的2.16倍。表明：提高水泥剂量可以显著增加半刚性材料的劈裂强度。

图5 水泥剂量对劈裂强度的影响Fig. 5 Effect of cement dosage on splitting strength

4.2.2 粉煤灰剂量对劈裂强度的影响

为研究粉煤灰剂量对劈裂强度的影响，将固定水泥剂量取为3.5%，比较0%,3%,6%,9%和12%粉煤灰剂量下的劈裂强度，其28 d的试验结果如图6所示。从图6中可以看出，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的 28 d劈裂强度呈先增加后减小的趋势。当粉煤灰剂量不大于 9%时，随着粉煤灰剂量的提高，劈裂强度总体呈增长趋势。当粉煤灰剂量为9%时，劈裂强度最大，达到0.87 MPa。当粉煤灰剂量大于9%时，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石劈裂强度呈下降的趋势。

图6 粉煤灰剂量对劈裂强度的影响Fig. 6 Effect of fly ash dosage on splitting strength

为研究养护龄期对劈裂强度的影响，比较配合比2#普通水泥稳定碎石(3.5%水泥，0%粉煤灰)和配合比 4#水泥粉煤灰稳定碎石(3.5%水泥，6%粉煤灰)7,14,28 和60 d的劈裂强度，试验结果如图7所示。从图7中可以看出，随着养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石与粉煤灰水泥稳定碎石的劈裂强度均呈增大的趋势。与7 d的劈裂强度相比，28 d劈裂强度增长了约 50%，60 d劈裂强度增长了约70%。在相同的水泥剂量和养护龄期条件下，水泥粉煤灰稳定碎石的劈裂强度是普通水泥稳定碎石的1.1倍左右。

图7 养护龄期对劈裂强度的影响Fig. 7 Effect of curing age on splitting strength

4.3 回弹模量

回弹模量是弹性变形阶段内材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。在无机结合料稳定类材料强度不变的条件下，适当地降低回弹模量可以增强基层的抗开裂能力。

4.3.1 水泥剂量对回弹模量的影响

当粉煤灰剂量为6%时，2.5%,3.5%,4.5%和5.5%水泥剂量的28 d回弹模量试验结果如图8所示。从图8中可以看出，随着水泥剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的28 d回弹模量呈线性增加的趋势。增长速率先快后慢，水泥剂量达到4.5%后趋于稳定。当水泥剂量为5.5%时，其28 d回弹模量为4 285 MPa，为2.5%水泥剂量的1.85倍。

图8 水泥剂量对回弹模量的影响Fig. 8 Effect of cement dosage on resilience modulus

4.3.2 粉煤灰剂量对回弹模量的影响

当水泥剂量为 3.5%时，0%,3%,6%,9%和 12%粉煤灰剂量的28 d回弹模量试验结果如图9所示。从图9中可以看出，随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的 28 d回弹模量呈线性减小的趋势。12%粉煤灰剂量的回弹模量是0%粉煤灰剂量的回弹模量的85%。表明：在水泥剂量一定的条件下，掺加粉煤灰可以降低水泥稳定碎石的回弹模量，提高其抗变形能力。

图9 粉煤灰剂量对回弹模量的影响Fig. 9 Effect of fly ash dosage on resilience modulus

4.3.3 养护龄期对回弹模量的影响

采用配合比2#(3.5%水泥，0%粉煤灰)和配合比4#(3.5%水泥，6%粉煤灰)研究养护龄期对回弹模量的影响，试验结果如图10所示。从图10中可以看出，随着养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石和粉煤灰水泥稳定碎石的回弹模量均呈增大的趋势。与7 d的回弹模量相比，28 d回弹模量增长了约65%；60 d回弹模量增长了约120%。在相同的水泥剂量和养护龄期条件下，水泥粉煤灰稳定碎石的回弹模量是普通水泥稳定碎石的1.2倍左右。

图10 养护龄期对回弹模量的影响Fig. 10 Effect of curing age on resilience modulus

5 结论

通过研究水泥剂量、粉煤灰剂量及养生龄期对水泥粉煤灰稳定碎石无侧限抗压强度、劈裂强度及回弹模量的影响，得出的结论为：

1) 28 d无侧限抗压强度随水泥剂量的提高呈线性增加趋势，随粉煤灰剂量的提高呈先增加后减小的趋势。随养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石与粉煤灰水泥稳定碎石的无侧限抗压强度均呈增大的趋势。与7 d的无侧限抗压强度相比，28和60 d无侧限抗压强度分别增长了30%和60%。

2) 28 d劈裂强度随水泥剂量的提高呈线性增加趋势，随粉煤灰剂量的提高呈先增加后减小的趋势。随着养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石和粉煤灰水泥稳定碎石的劈裂强度均呈增大的趋势。与7 d的劈裂强度相比，28和60 d劈裂强度分别增长了50%和70%。

3) 28 d回弹模量随着水泥剂量的提高呈线性增加趋势。增长速率先快后慢，水泥剂量达到4.5%后趋于稳定。随着粉煤灰剂量的提高，水泥粉煤灰稳定碎石的28 d回弹模量呈线性减小的趋势。随着养护龄期的延长，普通水泥稳定碎石和粉煤灰水泥稳定碎石的回弹模量均呈增大的趋势。与7 d的回弹模量相比，28和60 d回弹模量分别增长了65%和120%。