水泥粉煤灰稳定碎石施工性能的试验室研究

2013-03-22明1潇2俊3

建材世界 2013年4期

黄明1，陈潇2，谢俊3

（1.武汉中交二航局六工程分公司，武汉430000；2.武汉理工大学绿色建筑材料及制造教育部工程研究中心，武汉430070；3.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点试验室，武汉430070）

由于早期强度高、水稳性好、施工机动性强等优点［1］，水泥稳定类材料已成为我国高等级公路广泛采用的半刚性基层材料。但通过一些研究以及应用发现，该类材料在施工过程中存在击实性能差［2］、离析严重［3－6］等缺点，严重影响了基层的施工质量。水泥粉煤灰稳定碎石是一类具有较好路用性能的新型基层材料［7］，由于集料级配的改变以及粉煤灰的掺入，必然会对材料的上述施工性能产生影响，但目前，针对水泥粉煤灰稳定碎石施工性能的研究还少有报道，而且缺乏试验室中针对相关性能进行研究的试验方法以及评价指标，以至于无法很好的兼顾材料的路用性能和施工性能来对其进行配合比设计，严重制约了该类材料的推广与应用。

文章通过设计针对水泥粉煤灰稳定碎石击实性能、抗离析性能的实验室试验方法以及评价指标，系统研究集料级配、结合料填充系数（结合料填充系数是指水泥粉煤灰稳定碎石中水泥粉煤灰结合料的体积与集料空隙体积的比例）等因素对其上述施工性能的影响，并分析作用机理。为同时兼顾路用性能以及施工性能的水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计，提供理论基础。

1 试验

1.1 原材料

1）水泥

采用华新水泥厂32.5级普通硅酸盐水泥。

2）粉煤灰

粉煤灰取自青山火电厂，其物理特性如表1所示：

表1 粉煤灰的物理性能

3）集料

为了研究集料级配对材料施工性能的影响，调配了4种具有代表性的集料级配，分别为规范JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中所推荐的悬浮密实型水泥稳定类材料的级配中值、骨架密实型的级配中值、骨架密实型二灰稳定类的级配中值以及文献［8］所推荐的级配（偏粗），其具体级配如表2所示：

表2 集料级配／%

4）配合比设计

通过击实试验求出水泥粉煤灰结合料中水泥掺量与结合料最大干密度之间的关系，按照文献［9］相关方法，通过计算求出水泥剂量为整体干混合料的4%（内掺），不同级配下，结合料填充系数分别为0.6、0.8、1.0、1.2以及1.4的配合比并根据击实试验求出相关成型参数如表3所示：

表3 计算配合比以及相关成型参数

1.2 试验方法

1）击实试验

击实试验按照JTJ057—94《无机结合料稳定粒料试验规程》中重型击实的试验方法，同时通过二次回归绘制材料干密度与含水量之间的关系曲线。半刚性基层材料干密度－含水量曲线，实际表示了材料干密度受含水量影响的性能，一般呈开口向下的抛物线形。抛物线顶点处的干密度即为材料的最大干密度，其所对应的含水量就是材料的最佳含水量。曲线的曲率K是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，表明曲线偏离直线的程度。曲率K越大，表示曲线的弯曲程度越大［10］。所以，可以采用击实曲线顶点处的曲率K表示材料在最大干密度附近区域内，干密度对含水量的敏感程度。曲率K越大，则材料干密度对含水量越敏感，反之亦然。

2）抗离析试验

对水泥类稳定材料的抗离析性能的评价是采用在试验室中进行模拟摊铺，并用集料级配的变化进行评价。具体做法是采用60L混凝土拌和机对材料进行拌和1min后，快速将拌锅放下，然后用22r／min的转速进行出料。料堆的分布情况如图1所示：

如图1所示，分别按照图1的不同区域各取5kg的混合料，采用水洗法将混合料去除0.6mm以下的颗粒（由表1所示，粉煤灰可以完全洗掉，故排除了粉煤灰掺量不同对集料级配的影响），烘干后进行颗粒分析，且与材料的原始级配进行比较，将每个筛孔变化的绝对值相加，并求取区域A（A－1和A－2）以及B（B－1和B－2）的平均值，即为材料不同区域的离析系数Li。各个区域离析系数的总和就是该种材料的总离析系数L。离析系数L越小，则材料的抗离析性能越好。

2 结果与分析

2.1 水泥粉煤灰稳定碎石的击实性能

表4为各击实曲线通过二次回归后的拟合函数以及顶点处的曲率K。

表4 拟合曲线以及曲率K

通过表4可以看出：

1）在集料级配相同时，随着结合料填充系数的提高，击实曲线逐渐变的平滑，其顶点处的曲率K逐渐变小。这说明材料的干密度对含水量的敏感度逐渐减小，在施工中有利于材料最佳含水量的控制。这主要是因为，碎石材料的附水性能较差，且具有一定的触变性［11］，故水分在其击实过程中所起到的润滑作用较小，大多数水并没有被集料所吸附，而是以流浆的形式存在，所以当结合料填充系数较小时，材料的击实曲线存在突变性。而随着结合料填充系数的逐渐增加，一方面粉煤灰表面吸附了大量的水膜，使材料的击实性能进一步体现出来，另一方面粉煤灰具有较好的“滚珠效应”［2］，在材料击实过程中起到了润滑作用，有效抑制了碎石材料的触变性。

2）在相同结合料填充系数下，悬浮型级配较骨架型级配的击实曲线要平滑一些，且顶点处的曲率K要略微小一些，也就是其含水量对干密度的影响较小。这主要是由于，悬浮型级配中细小颗粒的含量较大，如a级配中4.75mm以下通过率为37%，而c级配该通过率仅为12%。在碎石材料中，细集料吸附水分的能力要远远强于粗集料，故其所表现出的击实性能也更为优良。