不同标号水泥对水稳碎石混合料强度影响试验研究

2020-10-30

中国建材科技 2020年4期

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃兰州 730030）

水泥稳定碎石作为半刚性基层，具有良好的承载能力，是目前我国高等级公路最常用的基层结构类型。而反射裂缝是半刚性基层沥青路面最常见的病害之一，尤其是在我国西部地区，气候干旱少雨，夏季高温、冬季严寒，昼夜温差大，在这种气候环境和温度变化反复作用下，极易产生干缩或温缩裂缝[1]。为了有效减少半刚性基层发射裂缝的产生，水泥稳定碎石混合料通常采用较低标号的32.5强度等级水泥作为胶结料，降低混合料的早期强度。但2015年12月1日起，GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》第2号修改单取消了普通硅酸盐水泥32.5强度等级；2019年10月1日起，GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》第3号修改单取消了复合硅酸盐水泥32.5R强度等级。

1 混合料强度试验

本文以甘肃省某高速公路为例，原设计中基层、底基层均采用水泥稳定碎石结构类型，水泥采用低标号的32.5强度等级水泥，基层7d无侧限抗压强度要求≥4.5MPa，参考水泥用量5.0%，底基层7d无侧限抗压强度要求≥3.5MPa，参考水泥用量3.5%。由于2019年10月1日起国家标准取消了复合硅酸盐水泥32.5R强度等级，因此，项目中水泥稳定碎石混合料按照新修订要求采用了普通硅酸盐42.5强度等级水泥，要求初凝时间应大于4h，终凝时间应大于6h且小于10h。散装水泥进场后存放时间应不小于7d，且每罐车水泥经全部指标检验合格后方可使用。

1.1 试验设计

选用相同的碎石、级配结构、含水率、成型条件、养生条件等，仅变化水泥标号单一因素，室内成型试件，养护7d，比较不同标号下无侧限试件强度值。32.5水泥与42.5水泥均选择3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%五个水泥剂量，不同标号、不同剂量各成型9个试件，共计成型90个试件。

1.2 试验材料

试验用碎石选择项目所用石灰岩碎石，石料压碎值19.8%；水泥选择甘肃永登祁连山水泥有限公司生产的P.C32.5复合硅酸盐水泥（缓凝）和宁夏青铜峡水泥股份有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥（缓凝）。水稳混合料采用C-B-1级配类型，根据碎石筛分结果，各档材料掺配比例为（19-26.5mm）:（9.5-19mm）:（4.75-9.5mm）:（2.36-4.75mm）:（0-2.36mm）=19:26:20:6:29。水泥材料试验检测指标见表1。

表1 水泥材料指标检测结果

1.3 试验过程

按照既定的试验设计，室内成型无侧限试件，成型后在标准条件下养护试件，测试7d无侧限试件强度。

1.4 试验结果分析

不同标号、不同水泥剂量条件下，7d无侧限试件强度检测结果汇总见表2、表3。

试验结果表明，7d无侧限试件强度代表值与水泥剂量成线性关系，且相关性较好。同一标号水泥下，随着水泥剂量的增加，7d无侧限试件强度代表值增大。同一水泥剂量下，P.O42.5 水泥均比P.C32.5强度代表值大。7d无侧限试件强度代表值与32.5 水泥剂量线性关系为：y32.5=1.341x-1.008，R²=0.997（y表示强度，x表示水泥剂量）；7d无侧限试件强度代表值与42.5水泥剂量线性关系为：y42.5=1.258x+0.731，R²=0.990（y表示强度，x表示水泥剂量）。

表2 不同剂量下P.C32.5复合硅酸盐水泥稳碎石7d无侧限强度检测结果

表3 不同剂量下P.O42.5普通硅酸盐水泥稳碎石7d无侧限强度检测结果

图1 无侧限试件强度代表值与水泥剂量成线性关系

2 强度换算

按照设计要求，底基层参考水泥剂量3.5%（P.C32.5水泥）、基层参考水泥剂量5.0%（P.C32.5水泥）对应的室内7d无侧限试件强度代表值分别为3.7MPa和5.6MPa。若采用P.O42.5水泥，满足室内7d无侧限试件强度代表值3.7MPa、5.6MPa所对应的水泥剂量分别为2.4%、3.9%。

3 工程应用

水泥稳定混合料现场强度除与水泥标号有关外，还与水泥剂量大小、碎石强度、级配结构、含水率、混合料均匀性、压实度、养生方式、养生期间气候条件等多个因素有关，《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015关于水泥剂量要求为“对水泥稳定材料，工地实际采用水泥剂量宜比室内试验确定的剂量多0.5～1.0个百分点，采用集中厂拌法施工时宜增加0.5个百分点”[2]。结合项目特点、材料特性、室内试验、现场铺筑效果及芯样强度等综合考虑，项目在采用P.O42.5水泥的条件下，底基层生产配合比水泥剂量为3.4%，7d无侧限强度代表值达5.2MPa；基层生产配合比水泥剂量为4.4%，7d无侧限强度代表值达6.3MPa。