摘要：本文通過(guò)對(duì)二灰穩(wěn)定碎石的路用性能試驗(yàn)，研究了各組成材料以及材料的組成比例對(duì)其路用性能的影響情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)石灰與粉煤灰的比例一定時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度隨著結(jié)合料(石灰粉煤灰)劑量的增加而增大。當(dāng)集料含量一定時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度隨著石灰與粉煤灰比例的增加而增大。

　　關(guān)鍵詞：二灰穩(wěn)定碎石,路用性能,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,抗壓回彈模量,劈裂強(qiáng)度

　　0引言

　　近年來(lái)，因二灰穩(wěn)定碎石基層具有良好的強(qiáng)度和整體剛度，且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，道路工作者發(fā)現(xiàn)在其使用過(guò)程中也存在著一些有待解決的問(wèn)題：①早期強(qiáng)度低，影響交通及早開(kāi)放;②易產(chǎn)生沖刷唧漿現(xiàn)象，從而造成路面的破壞，影響路面的使用年限;③二灰穩(wěn)定碎石基層在強(qiáng)度形成及道路的使用過(guò)程中，因溫度、濕度變化產(chǎn)生收縮并在面層形成反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。基于以上不足，本文結(jié)合廊坊地區(qū)鋪筑的二灰穩(wěn)定碎石半剛性基層瀝青路面，研究了二灰穩(wěn)定碎石基層的路用性能，為解決以上問(wèn)題奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ)。

　　1原材料的性質(zhì)

　　1.1石灰

　　本試驗(yàn)采用石灰為河北易縣鈣質(zhì)石灰，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

　　1.2粉煤灰

　　本試驗(yàn)所用粉煤灰為河北霸州電廠生產(chǎn)的硅鋁粉煤灰，其檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　1.3集料

　　本試驗(yàn)使用河北易縣卵石集料，規(guī)格分別為1～3cm、1～2cm、0.5～1cm、石粉。規(guī)范[1]規(guī)定對(duì)高速公路和一級(jí)公路集料含泥量小于1%，壓碎值不大于30%。集料壓碎值為15.7%，符合規(guī)范[1]的要求。

　　2二灰穩(wěn)定碎石的組成設(shè)計(jì)

　　2.1集料的組成

　　二灰穩(wěn)定碎石集料的級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

　　2.2配合比的選取

　　在確定二灰與集料比例時(shí)，應(yīng)考慮合理的結(jié)構(gòu)組成。現(xiàn)行基層規(guī)范[2]推薦的石灰與粉煤灰的比為1：2～1：4，試驗(yàn)中采用石灰與粉煤灰的比例為1：2;1：3。石灰粉煤灰與集料的比為20：80～15：85。試驗(yàn)中采用石灰粉煤灰與級(jí)配集料的比例為16：84;15：85;19：81。最終確定4種二灰穩(wěn)定碎石配合比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，如表3所示。

　　3二灰穩(wěn)定碎石的路用性能試驗(yàn)研究

　　3.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

　　根據(jù)規(guī)范[2]要求，按壓實(shí)度D=98%制作直徑乘以高為150mm×150mm的圓柱形試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水養(yǎng)護(hù)，然后在標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。不同配合比二灰穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

　　由表4可知：在7d齡期時(shí)，配合比為5:14:81二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度值最大，達(dá)2.3Mpa，配合比為5:10:85的抗壓強(qiáng)度最低，僅為2.1Mpa。在14～42d齡期時(shí)，配合比為4:12:84二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度為最大值，配合比為5:10:85的抗壓強(qiáng)度為最低值。在60d、90d齡期時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度最大值分別為7.0Mpa(配合比為6:13:81)，8.0Mpa(配合比為5:14:81)。以上分析可知，在早期，二灰比為1:3的二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度值較高;在后期，結(jié)合料(石灰+粉煤灰)劑量大的二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度值較高。

　　不同配合比二灰穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)規(guī)律如圖2所示。

　　從圖2中可以看出，不同配合比二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度均隨著齡期的增長(zhǎng)而逐漸增大，但抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的幅度有所差異。在早期(7-14d)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較小;中期(14-42d)，強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度很大;后期(42d-)，其增長(zhǎng)率幾乎保持不變。所以，二灰穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，且早期強(qiáng)度增幅較小，然后逐漸增大，之后又開(kāi)始變緩，呈現(xiàn)出慢、快、慢的變化規(guī)律。

　　不同配合比的二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度回歸分析參數(shù)變化規(guī)律如表5所示。

　　由表5數(shù)據(jù)分析可知，隨著二灰比的增加，其抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)率分別為：2.121、2.205。從增長(zhǎng)率可以看出二灰比為1:3時(shí)二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度增長(zhǎng)率最大，其值A(chǔ)=2.205，這與前面分析的試驗(yàn)結(jié)果一致。擬合的對(duì)數(shù)曲線與二灰穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)曲線表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)R2=0.987，這充分說(shuō)明了擬合的對(duì)數(shù)曲線與其強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律是相一致的。

　　3.2抗壓回彈模量試驗(yàn)

　　按照規(guī)程[3]要求，壓實(shí)度D=98%制作直徑乘以高為150mm×150mm的圓柱形試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水養(yǎng)護(hù)，采用頂面法測(cè)其抗壓回彈模量，不同配合比二灰穩(wěn)定碎石抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

　　從表6和圖3可以看出，二灰穩(wěn)定碎石抗壓回彈模量的增長(zhǎng)規(guī)律與其抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律極為相似。二灰穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量也是隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，隨著二灰比的增加而增加。且7-28d齡期的增長(zhǎng)速率大于28d齡期以后的增長(zhǎng)速率，即早期增長(zhǎng)很快，后期增長(zhǎng)相對(duì)較慢。在42d齡期以前，配合比15:85的抗壓回彈模量小于配合比20:80的抗壓回彈模量值;配合比1:2的抗壓回彈模量小于1:3的抗壓回彈模量值。由于早期在強(qiáng)度是構(gòu)成中，骨料的嵌鎖作用占的比重大，結(jié)合料占的比重小，結(jié)合料形成的水硬性結(jié)晶凝膠物質(zhì)發(fā)揮的作用就相對(duì)較小。所以會(huì)出現(xiàn)配合比15:85的28d的模量值較小，但是隨著齡期的增長(zhǎng)，結(jié)合料反應(yīng)的進(jìn)行，其模量值反而會(huì)增大。

　　不同配合比二灰穩(wěn)定碎石抗壓回彈模量隨齡期的對(duì)數(shù)回歸分析參數(shù)見(jiàn)表7。

　　由表7數(shù)據(jù)分析可知，隨著二灰比例、結(jié)合料(石灰粉煤灰)劑量的增加，其抗壓回彈模量的增長(zhǎng)率分別為813.8、683.8。從增長(zhǎng)率明顯可以看出二灰比例為1:3時(shí)二灰穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量增長(zhǎng)率最大，其值A(chǔ)=823.1。抗壓回彈模量與抗壓強(qiáng)度一樣都容易受二灰比例、結(jié)合料(石灰粉煤灰)劑量的影響，這與前面分析的試驗(yàn)結(jié)果相一致。擬合的對(duì)數(shù)曲線與抗壓回彈模量隨齡期的增長(zhǎng)曲線表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，其相關(guān)性系數(shù)R2=0.993。這充分說(shuō)明了擬合的對(duì)數(shù)曲線與其模量增長(zhǎng)規(guī)律是相一致的。

　　3.3劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

　　根據(jù)規(guī)范[2]要求，按壓實(shí)度D=98%制作直徑乘以高為150mm×150mm的圓柱形試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7d、14d、28d、42d、60d、90d并在最后一天浸水養(yǎng)護(hù)，然后在標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)其劈裂強(qiáng)度(無(wú)壓條劈裂試驗(yàn))。不同配合比二灰穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

　　從表8和圖4中可以看出，劈裂強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律與其抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律基本相似。劈裂強(qiáng)度隨著二灰比、結(jié)合料(石灰+粉煤灰)劑量劑量的增加而增加，隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng);且早期增長(zhǎng)速度快，后期增長(zhǎng)速度相對(duì)較慢。二灰穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度不僅隨著齡期的增長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)，而且28d以前增長(zhǎng)速度相當(dāng)快，28d以后增長(zhǎng)速率有所降低，但是到90d齡期時(shí)還能保持較好的強(qiáng)度增長(zhǎng)勢(shì)頭。在齡期28d時(shí)，二灰比為1：3的劈裂強(qiáng)度均明顯高于二灰比為1：2的劈裂強(qiáng)度。這說(shuō)明了當(dāng)結(jié)合料與集料的比例一定時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度隨著二灰比例的減小而增大。

　　分析表明，不同配合比二灰穩(wěn)定碎石各齡期的劈裂強(qiáng)度，遠(yuǎn)低于同齡期的抗壓強(qiáng)度值。其原因在于劈裂破壞與無(wú)側(cè)限抗壓破壞有著本質(zhì)的區(qū)別，前者表現(xiàn)為基體材料間和基體材料與集料之間接觸面的破壞，后者表現(xiàn)為混合料整體間的錯(cuò)動(dòng)性破壞，因此兩者的破壞機(jī)理在本質(zhì)上是不同的，兩種強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)者也是不同的。劈裂強(qiáng)度主要來(lái)源于基體材料之間的粘結(jié)作用，然后是集料與基體材料間的粘結(jié)作用，而骨料間的嵌擠作用影響最弱。因此，混合料中必須具有足夠的粘結(jié)性材料，使之充實(shí)于粗集料間，在成型過(guò)程中使混合料達(dá)到較高的壓實(shí)度，而粘結(jié)性的發(fā)揮來(lái)源于石灰與粉煤灰以及集料中的細(xì)集料的充分接觸。再者，混合料中的集料對(duì)粘結(jié)性基體來(lái)說(shuō)，它破壞了基體的整體性，對(duì)混合料的劈裂強(qiáng)度很不利，集料越粗這種負(fù)面影響就越明顯。所以，在同等條件下集料偏細(xì)或者結(jié)合料含量偏大，混合料在宏觀上表現(xiàn)出良好的劈裂強(qiáng)度。

　　不同配合比二灰穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度用對(duì)數(shù)曲線進(jìn)行擬合，擬合的對(duì)數(shù)曲線回歸參數(shù)如表9所示。

　　由表9數(shù)據(jù)分析可知，隨著二灰比例的增加，其劈裂強(qiáng)度的增長(zhǎng)率分別為0.164、0.229。從增長(zhǎng)率明顯可以看出二灰比例為1:3時(shí)二灰穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)率最大，其值A(chǔ)=0.252。與抗壓強(qiáng)度相比，劈裂強(qiáng)度更容易受二灰比、結(jié)合料劑量的影響，這與前面分析的試驗(yàn)結(jié)果相一致。擬合的對(duì)數(shù)曲線與劈裂強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)曲線表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，其相關(guān)性系數(shù)R2=0.986，這充分說(shuō)明了擬合的對(duì)數(shù)曲線與其強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律是相一致的。

　　4結(jié)論

　　由以上分析可知，

　　(1)當(dāng)二灰比例相同，而石灰粉煤灰與集料的比例不同時(shí)，石灰粉煤灰含量大的其抗壓強(qiáng)度大，即當(dāng)石灰與粉煤灰的比例一定時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度隨著結(jié)合料(石灰粉煤灰)劑量的增加而增大。

　　(2)當(dāng)石灰粉煤灰與集料含量相同，而石灰與粉煤灰的比例不同時(shí)，二灰比大的其抗壓強(qiáng)度大。即當(dāng)集料含量一定時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度隨著石灰與粉煤灰比例的增加而增大。

　　(3)二灰穩(wěn)定碎石的抗壓回彈模量、劈裂強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度一樣都容易受二灰比例、結(jié)合料(石灰粉煤灰)劑量的影響。

　　(4)對(duì)二灰穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量以及劈裂強(qiáng)度擬合的對(duì)數(shù)曲線均表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，這充分說(shuō)明了擬合的對(duì)數(shù)曲線與其路用性能的增長(zhǎng)規(guī)律是相一致的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD50-2006)[S].北京：人民交通出版社，2006

　　[2]公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 034-2000) [S].北京：人民交通出版社，2000

　　[3]公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51-2009) [S].北京：人民交通出版社，2009

　　[4]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(TGF40-2004) [S].北京：人民交通出版社，2005

　　[5]沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面[M].北京：人民交通出版社，1999

　　[6]沙愛(ài)民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能[M].北京：人民交通出版社，1997

　　[7]魏連雨，葛景鋒等.季節(jié)性環(huán)境溫度下二灰碎石基層強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律研究[J],中外公路，2012(1)：80-83

　　[8]葛景鋒.標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)條件下半剛性基層材料路用性能對(duì)比試驗(yàn)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2011.12

　　[9]程新春等.半剛性基層二灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究[J].公路與汽運(yùn)， 2004，(6)： 92-93