1、1水泥稳定碎石基层材料性能参数的研究摘要： 针对芜宣高速公路半刚性基层水泥稳定碎石材料，通过大量的室内试验，测试 分析 了回弹模量、强度指标、干缩和温缩特性。结果表明，半刚性基层材料抗压模量和劈裂模量存在较大差异，动态模量约是静态模量的 5.36 倍；抗压强度和劈裂强度之间也存在显著差别，同时回归了抗压强度、劈裂强度随龄期的增长 规律 ，为今后的施工质量控制提供 参考 依据。关 键词： 水泥稳定碎石 模量 强度 收缩性能 1、原材料及混合料组成 1.1 试验材料水泥采用安徽芜湖海螺集团生产的普硅 325#（海螺牌）；集料采用芜宣高速公路实际使用的由芜湖荆山石料厂生产的石灰岩碎石，共分04.75
2、、4.759.5、9.519、1937.5mm（方孔筛）四档规格。1.2 混合料配合比试验级配如表 1 所示。对模量、强度试验采用配合比设计中 3 种级配进行比较；对于收缩性能试验，为了解水泥碎石在水泥小剂量范围变化的情况下收缩特性，采用推荐的级配 2 并分别取用 3 个不同水泥掺量（4%、5%、6%）进行分析比较。1.3 试件制作与养护试件采用静压法成型，试件尺寸分为 2 种规格1，一种为 1515cm 圆柱体试件，进行抗压模量和劈裂模量、抗压强度和劈裂强度试验；另2一种为 10cm10cm40cm 中梁试件，进行干缩和温缩试验，试件成型参数如表 2 所示。试件成型后用塑料袋密封，放置于标准
3、养护室（温度为 203，相对湿度 90%以上）保湿养护。2、回弹模量（静态、动态）试验半刚性基层模量是路面设计和分析中的一个重要参数，它反映了半刚性材料在荷载作用下的变形特性。国内路面材料模量的测定多以静态实验为主，这种 方法 中试件受力状态与路面结构真实应力状态差异较大，不能真正反映路面材料实际的力学性质。本次实验采用 MTS810 材料实验系统，进行了半刚性基层抗压回弹模量（静态、动态）、劈裂模量（静态、动态）试验。MTS试验系统具有比较完善的动态试验功能，可根据试验需要自行设定动载程式（波形、频率、加载序列、荷载间歇时间等）。系统加载由液压伺服系统控制，荷载频率不宜超过 30Hz.国外
4、研究 表明路面材料的实际受力频 率一般在 10Hz 左右，适合 MTS 试验系统 的要求。试验的最大荷载为试件抗压强度的 30%并在试验中作适当调整，保证实验过程产生足够的弹性变形同时也可以与同类实验的研究成果相比较。按照公路沥青路面设计规范（JTJ014-97），水泥稳定碎石 3 个月后逐步趋于稳定，设计参数测定以 3 个月龄期为准。本次试验测定 3 个月龄期的模量值，试验结果如表 3 所示。同一级配不同的水泥用量对模量的 影响 并不是很大，另外可知压缩试验的动态模量为静载条件下的回弹模量的 5.36 倍；劈裂试3验的动态模量为静态模量的 3 倍左右，显然动态模量和静态模量之间存在明显不同，
5、采用何种模量参数进行路面结构分析，对疲劳寿命影响很大2，因此在路面设计中应对拟建道路实际所用材料的性能参数进行系统试验，以反映符合实际情况的参数值。3、强度试验及增长规律本次试验测试了 3 种级配的抗压强度和劈裂强度，以资比较。对于推荐级配 2，分别测试了 6 个龄期（7d、14d、28d、60d、90d、180d）的无侧限抗压强度和劈裂强度，平行试件 3 个，以分析强度随龄期的增长规律。对于级配 2，从各个不同龄期看，在本试验水泥用量 46%的范围内，抗压强度和劈裂强度均随着水泥掺量增加而增加；抗压强度和劈裂强度之间存在着良好的关系，抗压强度与劈裂强度的比值均在 7.8339.830 之间范
6、围内变化。4、室内收缩试验 4.1 干缩试验芜宣高速公路线路区内属长江水系，地表水系较发达，年降雨量较大，年平均湿度为 80%，因而研究水泥稳定碎石基层的干缩试验尤为重要。关于半刚性基层材料的干缩特性 目前 还没有统一的测定标准，本次试验主要利用手持应变仪（精度 0.001mm）测量小梁在一定失水率下的收缩变形。将级配 2 的三个不同水泥用量（4%、5%、6%）在室内制 备试件，试件成型压力为 500550KN，试件经过 7d 保温保湿养护后取出，以 20cm 为标距，在试件的顶面安装测头，放在天然湿度下风干，本次试验室内温度始终保持在 20左右。观测不同时间试件的重量和变4形，直至含水量不再
7、减小，试件体积基本维持不变为止。本次干缩试验共测试了 14d 的变形，根据累积干缩应变 计算 干缩系数 d：d = di/ i （公式 1）式中：di 累计干缩应变（10-6 ）； I 失水量。4.2 温缩试验 1）本次试验采用同济大学道路与 交通 工程 教育 部重点实验室研制的 JNZS-2001A 路面材料胀缩试验仪测定。将养护 14d 的试件取出后，安装 20cm 的测头，然后放置于路面材料温缩试验仪中。2）温度范围根据芜宣高速公路所经过地段的气候、水文资料，区内多年平均气温 16.6，多年平均最冷月气温 2.72.0，极限最低温度为-8.9，多年平均最高月气温为 2728.6，因此将温
8、度控制范围划为 25-5，每 5为一级，每级温度至少静置 6h，可以认为试件内外温度达到一致。3）温缩试验的起始温度为 25。在设定温度下放置 6h 后将试件取出，用手持应变仪快速测定试件变形。然后将试件放回温缩仪中，使温缩试验仪密封，调至下一温度设定值，进行下一级试验。4）根据公式（2）计算温度收缩系数 T，其中 T 为温度间隔 Ti+1-TO 条件下的试验变形，相同试件的温缩系数取平行试验的平均值。T =T/ （Ti+1-T0） 公式（2）式中：T 累计温缩应变（10-6）；Ti+1 当前温度（）；T0 起始温度（）。从表7 和图 3 中可以看到，水泥稳定级配碎石的温缩应变随温度的降低而逐
9、渐增大，在 25-5温区之间，水泥掺量的变5化对水泥碎石的温缩特性的 影响 并不明显。从总体看，半刚性基层材料的干缩应变与温缩应变相比，在正温度范围内由温度引起的应变相对要小得多。5、结论通过对芜宣高速公路水泥稳定碎石基层混合料的模量、强度、收缩性能的试验，建立了抗压强度、劈裂强度随龄期的增长 规律 方程，具有良好的相关性，可为今后工程施工质量的控制提供 参考 依据；半刚性基层材料通过不同的试验 方法 测得的弹性模量相差较大，静态模量和动态模量之间也存在着明显差别；强度指标也存在一定的差异，而路面结构的实际工作状态（力学模型、材料的性质）都与现行的静态力学体系有着较大的差距，因此 研究 动态荷载作用下的路面结构的动力特性和动力参数显得尤为重要。半刚性基层材料在温度或湿度的变化时会发生收缩，易产生开裂，当沥青路面面层较薄时，易形成反射裂缝，通过干缩和温缩特性的测试，为今后的施工提供重要的指导作用，也为路面开裂的进一步 分析 提供依据。参 考 文 献1中华人民共和国行业标准（JTJ057-94），公路工程无机结合料稳定材料试验规程，北京：人民交通出版社，1994 2 朱照宏，许志鸿。 柔性路面设计 理论 和方法，上海：同济大学出版社，1987
