基于花岗岩集料水泥稳定碎石基层抗疲劳性能的研究

程远志

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)



基于花岗岩集料水泥稳定碎石基层抗疲劳性能的研究

程远志

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

文章针对花岗岩集料的研究，选择骨架密实结构、悬浮密实结构共四种级配，通过应力控制模式下的小梁弯拉疲劳试验得到时间与应变的关系曲线，结合疲劳次数和临界破坏状态下的拉应变两方面因素，研究矿料级配对于花岗岩集料水稳基层疲劳性能的影响规律。

道路工程；水泥稳定碎石基层；花岗岩集料；抗疲劳性能

0 引 言

水泥稳定碎石基层在我国道路建设中正发挥着越来越重要的功能，随着我国经济大发展以及重载车辆的增加，例如水损坏、反射裂缝等水泥稳定碎石基层自身的缺点引起了道路工作者的重视。

将花岗岩集料成功应用于水泥稳定碎石基层，不仅能根本上改善某些山区水泥稳定碎石基层用石料较为缺乏的现状，而且可以实现就地取材，减少材料运距，有利于降低工程造价。本文拟通过采取多种试验手段会，研究花岗石水泥稳定碎石基层的抗疲劳性能。首先进行试验检测原材料基本性能，通过疲劳性能试验，分析不同级配类型的抗疲劳性能，然后进行花岗岩集料水泥稳定碎石材料的试验配合比设计，最后对花岗岩集料水泥稳定碎石基层抗疲劳性能指标进行研究。

1 原材料

本课题对花岗岩集料水泥稳定碎石材料进行研究，水泥采用P.O 32.5普通硅酸盐水泥，根据检测结果水泥的各项性能指标均能满足规范的要求。粗集料选择质地坚韧的花岗岩，检测方法参照《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)，检测结果如表1所列。细集料为花岗岩机制砂(4#料)，表观密度为2.687 t/m3，吸水率为0.37%。

表1 粗集料技术指标

2 级配设计

集料自身强度和级配组成是影响花岗岩水稳基层强度和性能的重要因素。课题组选用四档花岗岩集料，各档规格集料合成级配如图1所示。

本文研究初选粗细不同四种级配类型集料，其中级配1、级配2、级配3为密实骨架型级配，配合比如下：级配1为22∶28∶25∶25，级配2为23∶29∶25∶23，级配3为20∶27∶26∶27。最后级配4为悬浮密实型级配，配比为8∶18∶38∶36，矿料比例以及合成级配如图1所示。

3 疲劳试验

3.1 试验方法

试验参照T0719-1993 沥青混合料车辙试验，采用轮碾成型机碾压成型300mm×300mm×100mm的水泥混凝土试件，达到龄期后切割成300mm×100mm×100mm的小梁试件，每组级配成型3块试件。

疲劳试验采用LETRY微机控制的高频疲劳试验机。振动模式采用应力控制模式，试验振动的同时通过DHDAS动态信号采集分析系统对电阻应变片采集到的应变状态进行跟踪记录和分析处理。加载波形为正弦波，共振频率在140～160Hz之间。

试验时采用3分点加载法，试验荷载中值的取值范围为4.5kN～13.5kN，幅值为2.0kN，预压荷载为荷载中值的2%。试验破坏标准以梁的全部断裂为标志，试验中电脑自动记录试验荷载作用的时间，荷载循环次数，同时记录应变和幅值，通过试验数据计算得出试件破坏时的试验次数和破坏荷载中值。

为了分析振动过程中试件弹性模量的变化规律，对试验采集到的数据进行了进一步分析处理。从采集数据的前、中、末段各选取有代表性的某个时间段，对该时间段内所有试验数据进行排序，分别找出最小、最大的10个数据，计算出它们的平均值作为该应力状态下振动荷载最小荷载和最大荷载所对应的试件底部变形峰值。对最大荷载对应的变形峰值对应的应变曲线进行最小二乘法拟合，得出时间与应变的关系曲线，以4#级配为例。如图3所示。

3.2 试验结果

试件疲劳特性的研究应综合考虑应变值与模量指标。计算出临界破坏状态的抗折弹性模量与拉应变如表2所列。

表2 抗折弹性模量与拉应变

由试验结果得，级配设计合理的密实骨架型结构(级配2#)抗疲劳性能优于悬浮密实结构(级配4#)。花岗岩水泥稳定碎石材料的抗折弹性模量与极限拉应变具有很好的相关性。设计良好的花岗岩集料水泥稳定碎石，抗折弹性模量处于较高水平，在900MPa左右；疲劳拉应变接近2500με，具有良好的抗疲劳性能。

4 结 论

(1)花岗岩集料水泥稳定碎石基层具有良好的抗疲劳性能。

(2)级配类型是影响花岗岩水泥稳定碎石疲劳性能的重要因素，密实骨架结构试件的疲劳性能优于悬浮密实结构；

(3)考察水泥稳定碎石抗疲劳性能，应综合考察疲劳次数以及临界破坏下的拉应变两方面因素。

(4)级配设计时，应以抗折强度、抗压强度、极限拉应变为综合设计指标，对基层材料进行设计。

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[6] 马正军．基于表面裂缝的沥青路面疲劳断裂分析，硕士学位论文，湖南大学，2005.

(责任编辑 陈化钢)

Research of cement stabilizing layer's anti-fatigue performance based on granite aggregate

CHENG Yuan-zhi

( Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd，Hefei 230009, China)

This paper choses four gradations to research on granite aggregate, such as skeleton dense texture and suspended framework dense structure. Through flexural-tensile fatigue test of small-beam under the stress control mode, it got the relation curve of time and strain.Combining the tensile strain in fatigue frequency and critical failure, it studied the effect law of mineral aggregate gradation to the cement stabilized base's anti-fatigue performance on granite aggregate.

road engineering；cement stabilized macadam；granite aggregate；fatigue tests

2015-10-10；

2015-10-15

程远志(1971-)，男，安徽六安人，高级工程师，从事公路设计工作。

10.3969/j.issn.1671-6221.2015.04.001

TU502

A

1671-6221(2015)04-0001-03