石灰粉煤灰水泥稳定碎石的力学性能研究*

2021-05-19周小虎

甘肃科技纵横 2021年4期

周小虎

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州730000）

无机结合材料稳定碎石强度高、稳定性好，是各级公路基层和底基层常用铺筑材料之一［1-4］。水泥稳定碎石成本较高、干缩温缩较大，通常采用水泥石灰粉煤灰等无机结合材料综合稳定碎石［5-8］。硫铝酸盐水泥快硬早强、环境适应性广，在石灰粉煤灰稳定碎石中添加硫铝酸盐水泥［9］，组成石灰粉煤灰硫铝酸盐水泥综合稳定碎石，并与石灰粉煤灰普通硅酸盐酸盐水泥稳定碎石的力学性能进行对比，探求碎石的级配、无机结合材料掺量及水泥种类对稳定碎石强度的影响。

1 试验原材料及配合比

1.1 原材料

碎石取自兰州市动物园易地搬迁建设项目路面材料料场，石料的压碎值为12.8%。粉煤灰和熟石灰购自甘肃嵩山建筑工程有限公司，硫铝酸盐水泥从上海通达有限公司购买，普通硅酸盐水泥为祁连山425号水泥。

1.2 石灰粉煤灰水泥稳定碎石的配合比

根据《公路路面基层施工技术细则》选用碎石的级配［10］，通过改变粒径范围比例得到级配a和级配b两类碎石，具体碎石的级配见表1所列，为减少试验工作量，试验选用石灰：粉煤灰的比例为1：4，无机结合料掺量取15%和20%两种，水泥掺量占稳定碎石总量的1%和2%，稳定碎石的配合比见表2所列。

表1 碎石的级配组成

2 试验方法

通过标准击实试验得出不同配合比稳定碎石的最佳含水量和最大干密度见表2所列，根据试验所得最大干密度和最佳含水量在电动击实仪上制作无侧限抗压强度和冻融循环试样，制作的试样在标准条件下养护至规定龄期（1 d、4 d、7 d、28 d、90 d），然后用作力学性能试验。

在路强仪上试样不受侧向约束以1 mm/min的速率施加轴向压力直至试件破坏，破坏时施加的轴向力与试样底面积的比值为无侧限抗压强度（UCS）。冻融循环试验力学性能测试前首先将试样在标准条件下养护28 d，养护后的试样放入冰箱中冻18 h，然后在20℃的水槽中解冻6 h，试样冻融循环5次后在路强仪上测试稳定碎石的无侧限抗压强度。

表2 稳定碎石的配合比、最大干密度和最佳含水量

3 试验结果与分析

3.1 最大干密度和最佳含水率

通过标准击实试验所得稳定碎石最大密度与含水率的关系如图1所示，由图1可知：随着无机结合材料和细集料掺量的增加最佳含水率增大、最大干密度减小。

图1 稳定碎石的标准击实曲线

3.2 水泥掺量、碎石级配及养护龄期对UCS的影响

通过无侧限抗压强度试验所得稳定碎石的UCS如图2所示，由图2可知当水泥掺量和养护龄期相同时，不同配合比养护1 d的稳定碎石的UCS大小关系为：Ⅰ-a（ⅰ-a）＞Ⅱ-a（ⅱ-a）＞Ⅰ-b（ⅰ-b）＞Ⅱ-b（ⅱ-b），由此可见，良好级配碎石中掺加较少的无机结合材料也能获得较高的强度，这是因为良好级配的稳定碎石能相互嵌挤形成骨架结构，依靠碎石之间的摩擦提供了较高的强度。当无机结合料掺量、水泥掺量和碎石级配相同时，稳定碎石的UCS随着养护龄期的增长而提高，这是因为随着养护龄期的增长无机结合材料充分的发生了化学反应生成更多的胶结物将碎石胶结在一起，因此，提高了稳定碎石的强度。

图2 不同养护龄期的UCS

3.3 水泥种类对UCS的影响

水泥种类对UCS的影响如图3所示，由图3可知当无机结合材料掺量、水泥掺量相同，养护龄期为1 d的硫铝酸盐水泥稳定碎石的UCS高于普通硅酸盐水泥稳定碎石的UCS，这是因为硫铝酸盐水泥早期水化速率大于普通硅酸盐水泥的水化速率，硫铝酸盐水泥生成了大量的胶结物快速提升了稳定碎石的早期强度。养护龄期为4 d、7 d，两种水泥稳定碎石强度接近，养护龄期为28 d，硫铝酸盐水泥稳定碎石的强度稍微高于普通硅酸盐水泥稳定碎石，没有出现类似于硫铝酸盐水泥混凝土强度的倒缩现象，90 d时硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥综合稳定碎石的强度接近。