水泥稳定碎石基层材料性能参数的研究与分析？

1.1用作试验材料的水泥为安徽芜湖海螺集团生产的普通硅325#(海螺牌)。骨料为芜湖京山石材厂生产的石灰石碎石，实际用于武宣高速。* * *分为0~4.75、4.75~9.5、9.5~19、19~37.5mm四个等级(方孔屏)。

1.2配合比试验级配见表1。将模量和强度试验与配合比设计中的三种级配进行了比较。收缩性能试验中，为了了解水泥用量范围较小情况下水泥碎石的收缩特性，采用了推荐级配2和三种不同水泥含量(4%、5%和6%)进行分析比较。

制作与养护1.3试件采用静压法成型，试件尺寸分为两种规格【1】，一种为φ 15× 15 cm圆柱形试件，测试抗压模量和劈裂模量、抗压强度和劈裂强度。另一个是10cm×10cm×40cm的中梁试件，进行了干缩和温缩试验。试样的成形参数如表2所示。成型后，将试件用塑料袋密封，置于标准养护室(温度20±3℃，相对湿度90%以上)中保湿养护。

2.回弹模量(静态和动态)试验半刚性基层模量是路面设计和分析的重要参数，它反映了半刚性材料在荷载作用下的变形特性。

我国路面材料模量的测定大多基于静态试验。该方法中试件的应力状态与路面结构的真实应力状态相差较大，不能真实反映路面材料的实际力学性能。本试验采用MTS810材料试验系统测试半刚性基层的抗压回弹模量(静态和动态)和劈裂模量(静态和动态)。

MTS测试系统具有完善的动态测试功能，可以设定动态加载程序(波形、频率、加载顺序、加载间隔时间等。)根据测试需要。系统的加载由液压伺服系统控制，加载频率不超过30Hz。国外研究表明，路面材料的实际应力频率一般在10Hz左右，适合MTS测试系统的要求。

试验的最大荷载为试件抗压强度的30%，并在试验中进行适当调整，以保证试验过程中有足够的弹性变形，也可与同类试验的研究结果进行对比。根据《公路沥青路面设计规范》(JTJ014-97)，水泥稳定碎石在3个月后逐渐趋于稳定，设计参数的确定应以3个月龄期为准。在该实验中，测量了3个月大的模量，测试结果如表3所示。

同一级配不同水泥用量对模量的影响不大。另外，已知压缩试验的动态模量是静载下回弹模量的5.3~6倍。劈裂试验的动态模量约为静态模量的3倍。显然，动态模量和静态模量之间存在明显的差异。路面结构分析采用什么模量参数对疲劳寿命影响很大[2]。因此，在路面设计中，应对拟建道路实际使用的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.强度试验和增长规律本试验测试了三种级配的抗压强度和劈裂强度，以作比较。对于推荐级配2，分别测试6个龄期(7d、14d、28d、60d、90d、180d)的无侧限抗压强度和劈裂强度，并采用3个平行试件分析强度随龄期的增长规律。

对于级配2，从不同龄期来看，在本试验4~6%范围内，抗压强度和劈裂强度随水泥含量的增加而增加。抗压强度与劈裂强度之间有很好的关系，抗压强度与劈裂强度之比在7.833 ~ 9.830之间变化。

4、室内收缩试验

4.1干缩试验武宣高速公路线路区域属于长江水系，地表水系统发达，年降雨量大，年平均湿度80%。因此，研究水泥稳定碎石基层的干缩试验就显得尤为重要。目前，半刚性基层材料干缩特性的测定还没有统一的标准。本实验主要采用手持式应变仪(精度0.001mm)测量骨小梁在一定失水率下的收缩变形。

采用3种不同水泥含量(4%、5%和6%)的2级水泥制备室内试件，试件成型压力为500-550 kN。保温保湿7天后，取出试件，将探头安装在试件顶面，标准距离为20cm，在自然湿度下干燥试件。本次试验的室内温度始终保持在20℃左右。观察不同时间试件的重量和变形，直到含水量不再减少，试件体积基本不变。

；本次干缩试验* * *测试14d的变形，根据累计干缩应变计算干缩系数αd:αd =∑δεdi/∑δεωI(公式1)。

其中:σδεdi累积收缩应变(10-6)；σδεωI失水。

4.2温度收缩试验

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路面材料胀缩测试仪。取出固化后的14d试件，装上20cm探头，然后放入路面材料温缩仪中。

2)气温范围根据武宣高速公路经过路段的气候水文资料，该地区年平均气温16.6℃，年平均最高冷月气温2.7℃~2.0℃，极端最低气温-8.9℃，年平均最高月气温27℃~28.6℃。所以每年的温度控制范围分为25℃~-5℃。

3)温缩试验的起始温度为25℃。在设定温度下静置6小时后，取出试样，用手持式应变仪快速测量试样的变形。然后将试件放回温缩仪中，密封温缩仪，调整到下一个设定温度，进行下一次测试。

4)根据公式(2)计算温度收缩系数αT，其中∑δδεT为温度区间Ti+1-TO处的试验变形，同一试件的温度收缩系数取平行试验的平均值。

α t = δ ε t/(Ti+1-t0)公式(2)

其中:δ ε t累积温度收缩应变(×10-6)；Ti+1的当前温度(℃)；T0初始温度(℃)。

从表7和图3可以看出，水泥稳定级配碎石的温缩应变随着温度的降低而逐渐增大，在25℃到-5℃之间，水泥含量的变化对水泥碎石的温缩特性没有明显的影响。一般来说，在正温度范围内，半刚性基层材料的干缩应变远小于温缩应变。

5.结论

通过对武宣高速公路水泥稳定碎石基层混合料模量、强度和收缩率的试验，建立了抗压强度和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控制提供参考。不同试验方法测得的半刚性基层材料弹性模量差异较大，静态模量和动态模量也存在明显差异。强度指标也存在一定差异，路面结构的实际工作状态(力学模型、材料性能)与目前的静态力学体系相差甚远，因此研究动荷载作用下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变化时会收缩，容易开裂。当沥青路面面层较薄时，容易形成反射裂缝。干缩和温缩特性的测试将为今后的施工提供重要的指导，并为路面裂缝的进一步分析提供依据。

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