连续与间断铺筑的水泥稳定基层抗剪性能对比研究

张海涛 陈 曦 洪浩凯

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

半刚性基层具有取材方便、前期强度高、施工工艺简单、抵抗荷载疲劳效能强且造价低等优点。我国高速公路基层厚度设计值一般在30 cm以上，限于实际工程中缺少大型摊铺机且功率有限，整体一次性摊铺基层易出现施工质量问题，因此施工时一般分两层摊铺碾压。传统基层施工是待下基层摊铺完成并养生7 d后再摊铺上基层，近年提出连续摊铺的施工方式，两组施工机具配套合作，待下基层压实后、初凝前完成上基层的摊铺与碾压，两层一起养生。为对比这两种施工方式对基层抗剪性能的影响，本研究设计了两种基层模型，在不同养生期和三种试验温度条件下，对不同成型方式下的两类基层混合料的抗剪性能进行对比分析。

1 试验材料与配合比设计

1.1 试验材料

研究采用虎鼎水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，集料来自“玉泉诚信”第二采石场，土为低液限细粒土。材料经室内实验检验均满足相关规范要求。

1.2 配合比设计

1.2.1水泥稳定碎石配合比设计

1)级配设计。

水泥稳定碎石的级配采用骨架—密实型结构，级配组成如表1所示。

表1 骨架密实型级配组成

2)击实试验。

分别按3.5%，4.0%，4.5%,5.0%,5.5%的水泥剂量制备试件，通过重型击实试验可得各水泥剂量下混合料的最佳含水率和最大干密度，试验选定的水泥剂量分别为4.5%和5.5%，最佳含水率及最大干密度分别为：4.5%(4.8%，2.319 g/cm3)，5.5%(4.7%，2.341 g/cm3)。

1.2.2水泥稳定土的配合比设计

JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则中对水泥稳定土中的水泥掺量要求不宜超过12%，本试验取10%，经击实试验得10%剂量下的水泥稳定土最佳含水率为13.0%，最大干密度为1.75 g/cm3。

2 试件制作与试验方法

2.1 试件制作

试件为d(直径)×h(高度)=15 cm×15 cm的静压圆柱形试件。为消除分层厚度及压实度对试验结果的影响，本研究设置两种基层结构类型如图1所示，均采用统一分层压实厚度，即下层7 cm+上层8 cm。TypeⅠ试件上层压实度97%，下层95%，TypeⅡ试件上层压实度97%，下层96%。按规范算料及制件，两类试件的成型方式设置为两种，分别模拟分层连续和间断摊铺施工技术，在静压上层前对下层的上表面进行凿毛处理，成型试件如图2所示。

2.2 试验方法

低温：在-10 ℃环境下储存24 h，在低温环境中测试；常温：在常温水浴中浸泡24 h后将表面擦干，在常温环境中测试；冻融：在-18 ℃环境中放置16 h，取出后在20 ℃水浴中存放8 h，擦干后测试。每组制作13个平行试件，当偏差系数CV>20%时重做试验，直到同一组试验数据的CV≤20%。由于着重对比研究层间联结面的抗剪强度，而不是混合料本身，故采用改装的劈裂强度试验仪器进行试验：将试件从原来的劈裂方向水平旋转90°，将压条对准圆柱形试件上下层间接触的联结面，加载速率为1 mm/min，记录试件劈裂破坏时的最大压力P1(N)，计算公式及试验过程如图3,图4所示。

3 试验结果及分析

试验结果及试件破坏情况如图5，图6所示。

1)对比同组试验数据，两类试件劈裂抗剪强度大小都表现为：低温>常温>冻融；

2)在相同养生期和试验温度条件下，连续成型试件的劈裂抗剪强度均高于间断成型试件，增幅在88.89%～425%之间，说明连续成型试件层间联结性更好；

3)TypeⅡ试件大于TypeⅠ的劈裂抗剪强度，且在低温试验条件下强度增长率达103.13%，分析是由于TypeⅡ试件层间集料的接触面积比TypeⅠ试件大，层间黏结力更大；

4)养生7 d时，间断成型的两类试件在冻融条件下的劈裂抗剪强度下降幅度大，分别达175.00%和160.00%，连续成型试件的强度下降幅度小，分别为19.05%和8.00%，但随养生期延长，幅度均有所减缓。与此相对比，两类试件在低温试验条件下的劈裂抗剪强度都有大幅度提升，TypeⅡ试件提升幅度更为显著；

5)从试件破坏断面来看，连续成型试件呈现锯齿状断裂面，表明层间咬合力及黏结力较大，而间断成型试件在分层界面处近乎整齐断裂，表明层间的咬合力及黏结力较小。

4 结语

1)对比同组试验数据：连续成型试件的劈裂抗剪强度比间断成型试件的大，表明层间联结状态对水泥稳定基层的抗剪性能有重要影响，层间黏结力强、整体性好的基层结构具有更高的强度及稳定性。

2)水泥稳定土的层间黏结力比水泥稳定碎石大，更能提高基层的整体性。

3)随养生期的增长，各试件强度都有所增长，但连续成型试件的强度增长率高于间断成型试件，TypeⅡ的强度增长率大于TypeⅠ。可见采用连续摊铺方式能极大改善基层的抗剪性能，TypeⅡ对不同成型方式更敏感。

4)采用不同成型方式的两类试件在各试验温度条件下的抗剪强度都表现为：低温>常温>冻融。其中连续成型试件在低温时的强度增幅和冻融后的强度降幅比间断成型试件小，表明连续成型试件具有更好的耐久性。且与常温试验条件相比，TypeⅡ试件的劈裂抗剪强度在低温和冻融条件下的增幅及降幅均很显著，说明与水泥稳定碎石基层相比，水泥稳定土基层不宜在冻融交替频繁的地区使用，但较适合应用在常年低温地区。