干湿—冻融环境耦合作用下路基水稳层的安全性能分析

刘 彬

（四川公路桥梁建设集团有限公司机械化施工分公司，四川成都610000）

我国分布着广泛的季节性冻土与盐渍土，地下矿化的水盐通过毛细作用上升至路基水稳层，加之昼夜温差大和干燥气候的影响，对路基水稳层产生强烈的干湿循环作用。目前，对于干湿循环作用和冻融循环作用下材料耐久性已经有了大量的研究成果，但同时考虑盐渍土环境下冻融—水盐循环耦合环境作用下的研究相对较少，因此，本文拟通过室内模拟试验，对水——盐——温复杂环境作用下路基水稳层的物理力学行为影响进行实验研究,以期能为我国盐渍冻土区水稳层的安全性和实用性的综合评价工作提供借鉴。

1 试验概况

选用PO42.5级普通硅酸盐水泥，初凝时间≥3 h，终凝时间≤8 h，粗集料的粒径范围为32.5～4.75mm，针片状含量低于10%；细集料的粒径范围为0～4.75mm。水泥混合料质量分别为4%、5%、6%，水灰比取经验值 1：1.25，颗粒根据实验经验选择尺寸18mm以下的颗粒。将搅拌好的水泥浆填入模具内，通过振荡排除水泥浆内的气泡。静置24h后进行脱模，脱模称重后立即放入湿气箱中进行保温保湿养护，养护时间为30d，温度保持（20±1）℃，在养护期间试件质量损耗若超过10g应当作废。硫酸盐干循环过程中，浸渍溶液为5%浓度的硫酸钠溶液，干湿循环程序是：注水→浸渍→排水→烘干→冷却。冻融循环步骤为：将温度降至-25℃并保持-25℃恒温，持续时间为4 h；然后将温度升高至10℃并保持10℃恒温，持续时间也为4 h，按照上述过程循环30次。

2 试验结果分析

2.1 对质量的影响

水盐干湿—冻融循环过程中水稳层试件的质量变化情况见图1。

图1 质量与循环次数的关系

从图1中可以看出：水稳层的质量损失随循环次数增加呈逐渐增大趋势，且降低幅度逐渐增大，即质量随循环次数呈加速减小趋势；干湿—循环10次、20次、30次后的试件质量分别较原始试件下降40g、92g和296g；通过拟合，得到了水稳质量损失与干湿循环次数的关系符合y=0.4401x1.88的幂函数关系，拟合度R^2达到0.9995。在水盐的浸泡腐蚀作用下，水稳层本身会产生一定的力学性能的降低，再加之冻融循环作用，使得其力学性质劣化更快，故而质量损失逐渐加快。

2.2 对强度的影响

试验得到的水稳层抗压和抗拉强度的变化规律见图2。

图2 强度与循环次数的关系

从图2中可以对比看到：随着干湿—冻融循环次数的增加，水稳层内部的损伤越来越大，经水盐侵蚀过后，部分物质溶解和腐蚀劣化，导致水稳层的胶结力和物质本身的强度降低，即混凝土受到内部钙钒石、石膏等矿物遇水膨胀作用产生损伤，干燥后由于蒸发作用引起盐结晶压力的损伤，故而从宏观上表现为强度的逐渐降低；经30次干湿—冻融循环过后，水稳层的抗压强度值仅为原始试件的31.5%，抗拉强度值仅为原始试件的65.2%，可见，水盐干湿循环对于水稳层抗压强度的影响大于抗拉强度的影响程度。

2.3 对弹性模量的影响

水稳层试样在经过干湿—冻融循环过程中的弹模变化趋势见图3。从图3中可以看出：干湿循环10次后，动弹性模量和静弹性模量均有增加趋势，而在经历20次和30次干湿—冻融循环后，其弹模又呈逐渐减小特征，发生上述情况的原因可能在于试样在低循环次数下腐蚀作用不明显，而水稳层吸收部分水分和盐分，导致力学行为出现变异；当干湿循环次数增大后，水稳层试样的表层逐渐脱落，质量显著降低，且试件内部的水盐含量逐渐趋于饱和，不再吸收，因此，弹模将逐渐降低；也有可能是因为试件的离散性造成，这在下一步的研究中做重点探讨。

图3 弹性模量与循环次数的关系

3 结论

⑴水盐干湿—冻融循环下水稳层的质量损失呈幂函数型增加，质量损失率逐渐增大；⑵水盐干湿—冻融循环过后，水稳层的强度呈明显降低趋势，30次循环过后，抗压和抗拉强度分别下降约68.5%和34.8%；⑶动弹性模量和弹性模量在水盐干湿—循环作用下的变化规律基本保持一致变化，均随冻融循环次数的逐渐增加呈先增后减小趋势。