聚酯纤维对道路二灰碎石基层结构温缩性能的影响

卢杨　陈磊　李修国　郑辰翔

摘 要：为了有效解决二灰稳定碎石基层易受温度应力作用产生温缩裂缝的问题，本文研究了材料级配和聚酯纤维对二灰碎石基层材料温缩特性的影响。研究结果表明，在集料所占混合料的比例一致的情况下，粉煤灰含量高的级配改善试件的温缩性能较明显。聚酯纤维有助于提高二灰材料的温缩性能，但以掺量为1‰左右时，表现出的效果最佳。

关键词：聚酯纤维；二灰稳定碎石；温度应力；温缩系数

中图分类号：U418.6 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）08-076-01

石灰粉煤灰稳定碎石（二灰稳定碎石）是常用的半刚性基层材料，由于具有优良的路用性能，因此其常作为沥青和水泥混凝土路面的基层[1-2]。国内外的研究表明，半刚性材料长期受温度应力作用热胀冷缩易产生温缩裂缝，严重时，甚至会扩散至道面面层形成反射裂缝，缩短道面的使用寿命。因此，对二灰碎石的温缩特性进行深入地研究具有十分重要的意义。纤维作为一种阻裂增韧的材料已在混凝土工程中广泛应用，基于此，本文提出在二灰稳定碎石中掺加纤维的方法，以期起到改善二灰稳定碎石基层温缩性能的目的。

1 试验原材料与试验过程

1.1 主要原料

1.1.1 水泥

试验采用的水泥为标号为42.5#普通硅酸盐水泥，试验前对其各项指标复测，满足试验要求。

1.1.2 石灰

本文选用的石灰为经充分消解和干燥的Ⅲ级钙质消石灰，试验前过0.15mm筛处理，去除杂质。有效钙镁含量为58.7%，含水量为2.1%。

1.1.3 粉煤灰

此次用于试验的粉煤灰经检测，氧化物含量为88.62%、烧失量为5.68%、比表面积为338m2/kg，满足我国《公路路面基层技术规范》（JTJ034-2000）要求。

1.1.4 碎石

本次试验采用的是石灰岩碎石，由3种粒径范围的骨料组成，最大粒径为30mm，粒径小于2.5mm的集料用细砂代替，压碎值为20.7%，经确认表面无粘附泥土。

1.1.5 纤维

试验所用的纤维为泰安路达工程材料有限公司生产的单丝状聚酯纤维。

1.2 试件制作与试验方法

1.2.1 击实试验

在确定的配合比基础上，通过击实试验测试出在3种不同配合比下的二灰碎石基层材料的最大干密度和最佳含水量。试验结果显示，纤维的掺入对最大干密度和最佳含水率影响很小，可忽略不计。

1.2.2 温缩试验[3]

本试验采用应变片电测法。首先将试件放入温度为105℃的烘箱中烘干12h，清理试件表面后在两侧贴应变片，并用502胶水粘结密封防水。材料试验箱的初始温度设为40℃，通过资料分析，当恒温3h之后，试件内部温度趋于稳定。数据由应变仪通过计算机自动采集。温度控制程序中，设定以10℃的降温幅度进行降温，降温速率为1℃/min，除在初始温度40℃恒温3h以外，每降10℃后恒温2h。在恒温时间结束前的5min内对该恒温段的应变值记录数据，然后再往下一目标温度降温，直至降温曲线绘制完毕结束试验。

采用平均温缩系数来衡量二灰碎石的温缩性能，温缩系数可按以下公式计算：

式中：l为试件的长度，即400mm；△li为温度变化时，试件的温缩量；αt为二灰碎石的平均温缩系数； ti和ti+1分别为相邻两个恒温段的温度值；εi 和εi+1分别为温度ti和ti+1时试件的温缩应变值；βs为补偿片的线膨胀系数。

2 试验结果与分析

2.1 不同级配对二灰稳定碎石温缩特性的影响

针对不同的养护龄期会对材料的温缩特性产生影响，本节的试验数据均是在28d龄期时测定的。由温缩系数与温度区间的关系可以看出：3种不同配合比的混合料的温缩系数均随着温度的降低而呈现先增大后减小的趋势，在-10～0℃时达到峰值。根据各温度区间的温缩系数αt，计算出了3种级配的二灰稳定碎石材料在温段（-30～40℃）中的平均温缩系数分别为8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以级配Ⅲ的平均温缩系数最小，温缩性能最佳。

2.2 纤维体积掺量对二灰稳定碎石温缩应变的影响

聚酯纤维以0.5‰、1.0‰、1.5‰、和2.0‰四种不同的体积掺量加入到二灰混合料中，根据试验结果，以每个温度区间的中值代表该温度区间，做出了二灰碎石材料的温缩应变与温度区间的关系曲线图，如图1所示。下面以级配Ⅲ、龄期28d为例说明。

从图1中可以看出：无论掺入纤维与否，试件的温应变均随着温度的不断降低而增大，并且在试验初期（20～40℃左右），此时试件的温缩应变增长幅度较小，到-10～20℃温度区间时，温缩应变增长迅速、幅度加剧，当温度到达-30～-10℃区间内温缩变形明显减缓。

3 结语

不同的材料级配对二灰稳定碎石基层的温缩性能有一定程度的影响，根据试验结果和数据处理，3种级配的二灰稳定碎石材料在温段（-30～40℃）中的平均温缩系数分别为8.47×10-6/℃、7.90×10-6/℃和7.85×10-6/℃，以级配Ⅲ的平均温缩系数最小，温缩性能最佳。

随着聚酯纤维体积掺量的增大，试件的温缩应变较素二灰碎石有所降低。当聚酯纤维掺量在1‰范围内，对温缩应变的影响比较明显，特别是在低温区间内有较大幅度的降低；但纤维体积超过1‰，对温缩应变影响减弱，温缩形变有所缓和。

二灰稳定碎石温缩系数在试验温度区间（-30～40℃）内随着温度降低呈现先增大后减小的态势，且在（-10～0℃）温度区间中温缩系数达到最大。基层施工中，以-10～0℃温度区间的温度收缩系数来评价基层材料的温缩性能较为合理。