基于应变特性分析的水泥就地冷再生温缩性能研究

2019-01-10张澄

四川水泥 2018年12期

张澄

（江苏现代路桥有限责任公司，江苏南京 210046）

1 概述

混合料的抗裂性能体现在半刚性基层水泥稳定混合料的干缩性能和温缩性能，影响路面的长期使用性能，是半刚性基层路面早期破坏的主要原因之一。对再生混合料而言，为了达到抗压强度要求和弥补变形能力的不足，水泥剂量往往达到 5%甚至更高；研究表明[1]，混合料随着水泥掺量越高，其抗裂性能越低，混合料容易产生温缩裂缝。失水引起的干缩应变在基层施工完成后达到最大，而基层收缩裂缝在面层铺筑后良好密水的情况下主要表现为温缩裂缝。再生混合料水泥掺量越大，则温缩裂缝问题越突出。因此，本文基于电阻应变片测试的方法，采用3.5%、4.0%和5.0%水泥剂量三组旧料再生混合料与4%水泥剂量的新料混合料，对混合料温缩抗裂性能进行对比研究，以此改善冷再生混合料温缩性能。

2 试验方案设计

应变片电测法是根据试件受力变形时，粘贴在被测试件上的应变片的电阻改变率与应变成正比，通过应变片电阻值的改变量经过放大处理后换算为试件应变值。

温缩试验装置为高低温交变环境箱，试验条件为55℃至-25℃逐级降温，幅度为-10℃，降温速率为1℃/min，降温后恒温120min；试件养护龄期为28d，每组3个平行试件；粘贴应变片前在105℃条件下烘干12h，以此排水水分散失引起的收缩现象；应变片接线后在55℃恒温3h进入设定的温度变化曲线，同时开始数据采集。恒温结束前采集的数据作为该段温缩应变，直至全部完成试验数据采集[2]。

图1 温缩试验降温曲线

混合料抗温缩性能一般用温缩系数来表示。温缩系数αt定义为：温度T（℃）改变所引起的材料收缩的单位应变值，单位10-6/℃。

式中，△t为温度变化值；△ε为对应于△t时应变的变化值，应变变化值（μ ε），αs为温度补偿片的线膨胀系数（本文采用石英标准补偿片αs为0.52με/℃）。

3 温缩应变规律分析

本节对4种混合料（旧料再生混合料：3.5%、4.0%、5.0%，新料：4.0%）进行温缩试验，分析水泥剂量、新旧料对混合料温缩应变、温缩系数的影响。

（1）温缩应变随试验时间变化情况

试件先恒温3小时，之后每一温度段恒温2小时，由上一温度段到下一温度段降温时间为10分钟，即降温速率为1℃/min。本次试验数据采集频率为10min/次，当水泥用量为4.0%条件下，新旧混合料温缩应变随试验时间的变化规律如图2所示。

由图 2可知，随着时间的增加，温缩应变总趋势不断增加；且旧料温缩应变明显高于新料温缩应变；在温度段降温时间内，温缩应变迅速增大，直至降温结束后一小段时间内达到最大值；在温度段恒温时间内温缩应变逐渐减小，减小幅度随着时间增加逐渐减小，直至趋于相对稳定[3]。

图2 新旧混合料温缩应变随试验时间变化

降温阶段混合料表面温度迅速降低产生收缩应变，恒温阶段试件表面与内部因温度差形成温度梯度而产生附件温度应力，在试件表面形成附件拉应变；随着恒温时间增加温度梯度消失，试件表面拉应变逐渐减少直到稳定于真实的收缩应变值[4]。因此，在大幅降温时路面内部易形成较大温度梯度，在路表产生附加拉应力导致裂缝产生。

（2）温缩应变随温度变化情况

各温度段以降温前的应变读数作为上一次降温的最大温缩应变，则温缩应变随温度变化情况如图3所示。

图3 新旧混合料温缩应变随温度变化

由图 3可得，温缩应变随着温度降低逐渐增加，旧料混合料的温缩应变对温度降低的增长速率高于新料混合料的增长速率，这是因为，旧料混合料为二灰碎石基层铣刨料的冷再生混合料，随着温度的下降，旧料中石灰与混合料试件内部各颗粒产生温度收缩应力，表现为具有较大的温度收缩系数[5]。

通过对温缩应变与温度的相关性进行分析如表 1所示，可知温缩应变与温度符合二次函数关系，有很高的相关性，相关系数均在99%以上。

表1 温缩应变与温度的相关关系

4 温缩系数规律分析

根据试验结果得到各降温段内的温缩应变，计算其相应的温缩系数，并把该温缩系数记为相应温度段中值温度的温缩系数，如旧料水泥用量5.0%混合料在55℃～45℃温度段的温缩应变为179.1 με，则温缩系数为17.91με/℃，则记该温度段中值温度50℃的温缩系数为17.91με/℃。新旧料混合料温缩系数如图4所示[6-8]。