路用水基聚合物稳定碎石养生及测试条件研究*

蒋应军，杨晨光，陈浙江，李寿伟

(1.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064；2.金华市公路管理局，浙江 金华 321000)

路用水基聚合物稳定碎石养生及测试条件研究*

蒋应军1，杨晨光1，陈浙江2，李寿伟2

(1.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064；2.金华市公路管理局，浙江 金华 321000)

应用振动成型水基聚合物SRX稳定碎石试件，研究了SRX稳定碎石含水率变化规律及其对SRX稳定碎石力学强度的影响，发现干化温度T越高，SRX稳定碎石试件干化速率越快，并确定出0～105 ℃内干化温度T随干化时间t的变化规律；试件含水率对SRX稳定碎石力学强度影响显著，含水率为零时试件强度达到最大值；相对强度(Rcw/Rc0)与相对含水率(Δw)满足一定数值关系；干化温度与测试温度(0

路用水基聚合物稳定碎石;干化温度；干化时间；相对含水率；干化强度

0　引　言

SRX是Romix International Ltd公司研发的一种水基的、以多种压力敏感性树脂、高强抗老化树脂聚合而成的特殊路用聚合物溶液。它是针对全厚式沥青长寿道路专门研制的用于替代沥青的水基聚合物，一般应用于道路基层[1-4]。用SRX来代替沥青稳定料的中面层和下面层，可在达到类似全厚式沥青结构的效果的前提下降低造价[1]。其有别于水泥、石灰与沥青等常规材料，在适用条件、技术品质、施工工艺、施工条件及经济造价等方面具有一定的优势[2]。近年来它在国内外道路工程界得到关注，并开展了一些研究及实体工程应用。非洲、印度、新西兰及马来西亚等地先开展了高分子聚合物SRX的探索性应用；文献[4]研究了一种公路路面基层的聚合物粘结剂(SRX)，并分析了利用聚合物SRX的可行性；文献[5]指出添加SRX聚合物可提升道路基层的路用性能。2008年以来，水基有机路用聚合物技术先后在北京、四川及广东等地依托实体工程进行了探索性应用；2011年，张新天基于重型击实法和静压法成型试件，试件在50℃干燥箱、养生6 d后进行CBR与7 d无侧限抗压强度试验，据此设计SRX含量[6]；2012年，张敏江采用重型击实法确定的CBR值和回弹模量，分析水泥稳定碎石路面结构SRX稳定基层层底拉应力、路表弯沉的重载敏感性[7]。2013年，北京市交通委员会路政局为了探究聚合物SRX与砂石料的结合特性，研究了SRX原材料的抗剥落性、水温稳定性，采用静压法成型试件并参照无机结合料7 d强度标准确定SRX含量[8]。上述研究成果无疑对促进SRX稳定碎石发展和推广应用起到促进作用，但在SRX稳定碎石试件养生条件标准不统一，如有50 ℃干燥箱、养生6 d，有50 ℃干燥箱2 d后阳光下自然照射7 d，也有养生温度30 ℃，养生时间10 d[9]，导致试件内部含水率也各不相同而影响强度的可比性，或者影响试验效率。上述条件养生的试件采用重型击实法及静压法成型。研究表明，重型击实法及静压法成型试件与稳定类材料工程实际性能相关性差，而振动成型法与实际工程性质相关性可高达90%[10-12]。鉴于此，论文基于垂直振动法成型试件研究了SRX稳定碎石试件含水率变化规律及其对强度的影响，推荐了SRX稳定碎石强度测试标准条件，成果可供工程实践参考。

1　原材料及试验方案

1.1原材料

1)SRX

试验选用Romix International Ltd公司生产的SRX溶液，各项技术指标见表1.

表1　SRX技术指标

2)集料

浙江省东阳市胡家岭石料厂石灰岩，技术指标略。

1.2配合比

1)矿料级配

采用文献[1]级配中值，见表2.

表2　SRX稳定碎石骨架密实级配

2)SRX剂量

SRX剂量分别采用0.25%，0.50%和0.75%.

1.3试件制备方法

试件采用垂直振动成型方法(Vertical Vibration Compaction Testing Method，简称VVCM)成型φ15 cm×h15 cm的圆柱体试件，提高了SRX稳定碎石试件与实际工程的适应性[11]。

1)垂直振动压实仪参数：工作频率30 Hz，工作重力3 kN，激振力7.6 kN，名义振幅1.2 mm；

2)确定最大干密度和最佳含水率时，振动击实时间为120 s[11]；

3)制备压实度为98%的φ15 cm×h15 cm圆柱体试件时，振动成型时间为100 s.

1.4试件养生过程

将制备好的不同SRX含量的稳定碎石试件分为6组，分别在10，30，50，70，90及105 ℃的干燥箱内进行养生，测试试件的强度及含水率。

1.5抗压强度测试方法

试验采用单轴无侧限抗压强度RC为指标进行强度测试，采用压力机或万能试验机进行试验。压力机应符合现行《液压式压力试验机》(GB/T3722)及《试验机压力通用技术的要求》(GB/T2611)中的要求。试验中应保证加载速率为1 mm/min.

2　试验结果及分析

2.1养生条件对SRX稳定碎石强度的影响

SRX可溶于水并以水为传导媒介均匀地分散到土石材料表面；经过有效的压实和水分挥发后，在道路结构层内部的土石材料表面形成有机黏膜，将其牢固地粘结成整体，并通过嵌挤形成强而韧的柔性结构层[13]。SRX稳定碎石强度的形成依赖骨料压实的嵌锁力、碎石自身强度及聚合物水分挥发形成的胶黏力获得[1]。含水率直接影响SRX稳定碎石的强度，含水率为零时强度达到最大值。在强度形成过程中，温度、时间等环境因素直接影响SRX稳定碎石的含水率，这些环境因素被称为养生条件。

为了方便研究养生条件对SRX稳定碎石强度的影响，论文对SRX稳定碎石养生过程中的温度、时间、含水率及强度进行定义：干化温度T是指SRX稳定碎石试件水分挥发过程中采用的温度：相对含水率Δw是指干化过程中SRX稳定碎石试件含水率/(最佳含水率与SRX材料挥发物质之和)；干化时间t是指在干化温度下，SRX稳定碎石试件相对含水率从100%至0时所需要的时间；干化强度是Rc指SRX稳定碎石试件相对含水率为0时所测的强度。

2.1.1含水率对SRX稳定碎石力学强度的影响

1)相对含水率与抗压强度之间的关系。图1为不同干化温度下，SRX含量分别为0.75%，0.5%及0.25%的稳定碎石抗压强度与相对含水率的关系曲线。

图1　抗压强度～相对含水率关系Fig.1　Relationship between compression strength and relative moisture content(a)SRX含量0.75%　(b)SRX含量0.50%　(c)SRX含量0.25%

分析得知，SRX稳定碎石的相对含水率显著影响其抗压强度；SRX含量直接影响试件干化强度；，10～105 ℃的干化温度对干化强度无显著影响。

2)相对含水率与相对强度之间的关系。为了研究SRX稳定碎石的含水率对抗压强度的影响规律，论文结合试验结果及相对含水率与强度的变化规律，图2为SRX稳定碎石相对含水率Δw与相对强度Rcw/Rc0(不同相对含水率下抗压强度与干化强度比值)之间的关系曲线。

图2　相对含水率～相对强度关系Fig.2　Relationship between relative moisture content and dry strength

由图2可知，不同SRX含量时，相对含水率Δw与相对强度Rcw/Rc0之间的关系如式(1)所示。

Rcw/Rc0=-0.231ln(Δw)+1.256 2(Δw>0).

(1)

式中Rcw/Rc0为某一相对含水率时相对强度，%；Δw为相对含水率，%.

根据式(1)可确定SRX稳定碎石任意相对含水率时的抗压强度。

拦河坝坝轴线地基为土岩双层结构，上部覆盖层以卵石、含壤土碎石为主，最大厚度12.4m；下部基岩主要为全、强、弱风化泥岩和砂岩，其中全风化层厚度1～11m。考虑拦河坝沥青混凝土心墙为坝体防渗关键部位，以尽量减少沥青心墙沉降，设计沥青心墙坐落于强风化基岩上、基础按深入强风化岩不少于1.0m控制。

2.1.2SRX稳定碎石试件含水率的变化规律

1)干化温度、干化时间对含水率的影响。图3为SRX稳定碎石干化时间与相对含水率之间的关系曲线。

图3　干化温度～相对含水率关系Fig.3　Relationship between drying temperature and relative moisture content(a)干化温度10 ℃　(b)干化温度50 ℃　(c)干化温度70 ℃

图3表明，在一定干化温度下，SRX稳定碎石的相对含水率先急剧降低，随着时间增长其变化速率趋于稳定，直至降低至零时试件完全干化；SRX含量相同时，干化温度越高，试件含水率降低的速度越快，干化时间越短。

分析知，干化时间与干化温度共同影响SRX稳定碎石的相对含水率；干化温度显著影响干化时间；干化温度相同时，对于任意SRX含量，SRX稳定碎石的相对含水率变化规律一致。

2)干化温度与干化时间之间的关系。图4为SRX稳定碎石不同干化温度与干化时间之间的关系曲线。

图4　干化温度～干化时间关系Fig.4　Relationship between drying temperature and drying time

图4表明，干化温度对干化时间影响显著，干化温度越高，SRX稳定碎石干化速率越快，干化时间越短。确定干化温度T与干化时间t之间关系为

t=28.644e-0.031 7T(0

(2)

式中t为干化时间，d；T为干化温度，℃.

3)养生条件的确定。在一定试验温度的范围内，干化温度对SRX稳定碎石的干化强度无显著影响。考虑到试验效率，应在不影响试验效果的前提下选用高温干化。

将SRX原材料置于10～90 ℃的烘箱内干化后，呈胶皮式的光滑薄膜状态，如图5(a～b)；置于105 ℃的烘箱内干化后，薄膜上已经产生有较少的老化现象如图5(c)；而置于高于105 ℃的烘箱内干化后，老化现象越来越严重，如图5(d)所示。

图5　不同温度下SRX原材料烘干后状态Fig.5　Condition of SRX under different temperature’dry (a)室温　(b)≤90 ℃　(c)105 ℃　(d)130 ℃

当干化温度为105 ℃时，虽然干化强度与其他干化温度下的干化强度值相同，但试件破损后呈完全松散状态，而其他干化温度下养生的试件破损后呈块状，如图6所示。建议SRX稳定碎石的干化温度不应高于105 ℃.

试验推荐SRX稳定碎石的标准养生条件为试件成型后在90 ℃干燥箱内烘2 d.

2.2测试条件对SRX稳定碎石强度的影响

2.2.1测试条件的影响

基于SRX稳定碎石强度形成机理，选择合理的测试温度可以有效提高试验效率。将干化后冷却至室温的试件，分别置于不同温度的干燥箱中，当试件温度与干燥箱温度达到一致时，立即取出试件测试强度，结果见表3.

图6　强度测试后试件破损状态Fig.6　Deformation of SRX after strength testing (a)干化温度≤90 ℃　(b)干化温度105 ℃

SRX含量/%下列测试温度/℃1030SRX稳定碎石Rc/MPa5070900.505.375.385.405.375.420.756.186.216.236.206.20

表3表明，测试温度对SRX稳定碎石强度无显著影响。

2.2.2标准测试条件的确定

考虑到操作的简便性，试验建议在室温下进行强度测试。

2.3SRX稳定碎石养生条件的评价

与现行养生条件的比较见表4[9]。

与现行测试条件相比，国内外已有的养生条件其测试的力学强度稳定性差或试验周期过长，本项目提出的SRX稳定碎石试件养生条件，使强度测试结果具有更好的稳定性。

表4　养生条件对含水率及强度的影响

3　结　论

1)含水率对SRX稳定碎石抗压强度影响显著，抗压强度随着含水率的减小而增大。含水率为0时，抗压强度达到最大值；相对含水率(Δw)与相对强度(Rcw/Rc0)满足Rcw/Rc0=-0.231ln(Δw)+1.256 2；

2)干化温度相同时，对于任意SRX含量，SRX稳定碎石的相对含水率变化规律一致；干化温度对干化时间影响显著，在0～105 ℃范围内，干化温度越高，干化时间越短，干化温度T与干化时间t满足t=28.644e=-0.031 7(0

3)在0～105 ℃范围内，干化温度及测试温度对SRX稳定碎石干化强度的影响不显著。建议SRX稳定碎石试件成型后在90 ℃干燥箱内烘2 d后，室温下进行强度测试；

4)与现行测试条件相比，本项目提出的SRX稳定碎石试件养生条件，可使力学强度测试结果具有更好的稳定性。

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Standard maintenance and test condition of the water based polymer SRX stabilized crushed stone

JIANG Ying-jun1，YANG Chen-guang1，CHEN Zhe-jiang2，LI Shou-wei2

(1.KeyLaboratoryforSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducation，Chang’anUniversity，Xi’an710064，China；2.JinhuaHighwayAdministrationBureau，Jinhua321000，China)

In order to study the change law of the moisture content of water based polymer SRX stabilized crushed stone，the SRX stabilized crushed stone specimens shaped by vertical vibrating test method was used.It was found that the higher drying temperature is，the more rapid drying rate of the SRX stabilized crushed stone specimens is.The relationship between drying temperature (T) and drying time(t) is found under the range of 0 to 105 degrees;the moisture content of specimens significant affect mechanical strength of the SRX stabilized crushed stone.mechanical strength of the SRX stabilized crushed stone reach to maximum when the value of moisture content reduce to zero.Relative moisture content and relative strength have the numerical relationship;Curing temperature has no significant effect on mechanical strength.The author suggest standard test conditions is that: SRX stabilized crushed stone should be preserved in drying oven(90 ℃) for two days and test the strength at room temperature.

water based polymer SRX stabilized crushed stone；drying temperature；drying time；relative moisture content；dry strength

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0412

1672-9315(2016)04-0528-06

2016-03-15责任编辑：高佳

浙江交通科技项目(2013H18)

蒋应军(1975-)，男，浙江兰溪人，教授，博士生导师，E-mail:iyi@chd.edu.cn

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