粉煤灰对改善水泥稳定碎石中石屑的性能影响分析

邰云野

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070)

0 引 言

目前，半刚性基层材料以其早期强度高，易于施工，养护方便，行车舒适性好等优势得到了广泛应用，是我国高等级公路首选的基层种类。水泥稳定碎石通过多年的工程应用也展现出部分缺陷，从原材料角度看，因水泥稳定碎石为当前主要的基层结构类型，造成当前原材供应紧缺；半刚性基层主要作为承重层，对强度要求严格，集料所用岩石硬度增加，使得破碎出的石屑整体偏粗，造成集料整体级配偏粗，对结构整体强度产生影响；因集料多由破碎工艺得到，在破碎过程中产生较多粉尘，造成集料含泥量指标偏大，从而影响水泥稳定碎石强度和收缩性能。有研究表明粉煤灰可以改善水泥稳定碎石性能，为验证该结论，本研究以通过率为控制指标，从物理性能、力学性能等方面探究粉煤灰对水泥稳定碎石性能的影响规律，从而为粉煤灰在基层结构推广做好技术储备。

1 原材料选择

选用某实体工程项目所用水泥、石屑和粉煤灰为原材料，进行原材料技术指标的测定，指标如下。

1.1 水泥

根据工程设计要求，选用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，各项指标均满足规范要求。

1.2 石屑

石屑选用工程附近料场集料，并按要求进行筛分试验，筛分结果见表1。

表1 石屑筛分

1.3 粉煤灰

粉煤灰选用工程附近热电厂，按《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)对粉煤灰化学组成、筛分、液塑限指标进行测定，结果见表2～表4。

表2 粉煤灰的化学组成

表3 粉煤灰筛分

表4 粉煤灰液、塑限指标

对比石屑与粉煤灰筛分结果，绘制级配曲线如图1所示。

图1 石屑与粉煤灰级配曲线

从图1可以看出石屑的级配偏粗，粉煤灰的级配较细，将两种原材料混合会使材料级配处在一个适中的级配范围，更容易满足水泥稳定碎石对级配范围的要求。

2 物理性能

水泥稳定碎石在配合比设计过程中需确定最佳含水率与最大干密度，为缩短试验工作量与试验时间，本研究采用无机结合料击实试验分别确定石屑、粉煤灰最佳含水率，综合各原材料占比计算出水泥稳定碎石的最佳含水率，用这个最佳含水率进行击实试验，确定该配比下的最大干密度。

2.1 石屑的最佳含水率与最大干密度

考虑粉煤灰在一定程度可以改善水泥稳定碎石中石屑的相关性能，因此在本研究中控制石屑0.15 mm孔径的通过率，选取通过率为0%、3%、5%、7%四种石屑级配进行含水率与干密度试验，试验结果见表5，试验数据如图2所示。

表5 不同级配下石屑的最佳含水率与最大干密度

图2 不同级配下石屑的击实试验

从图2中可以看出随石屑0.15 mm筛孔通过率增加，石屑的最佳含水率与最大干密度均增大。

2.2 粉煤灰的最佳含水率与最大干密度

按规范试验要求，对粉煤灰进行击实试验，试验数据如图3所示，根据试验数据得到粉煤灰最佳含水量为18.8%，最大干密度为1.259 g/cm3。

图3 粉煤灰击实试验

2.3 掺加粉煤灰后的最佳含水率与最大干密度

为分析粉煤灰对水泥稳定碎石物理性能的影响，在控制石屑0.15 mm通过率的前提下掺入不同剂量的粉煤灰后进行击实试验，最佳含水率按各原材料掺配比例综合计算，试验结果见表6，如图4所示。

表6 不同粉煤灰掺量下的干密度指标

图4 0.15 mm通过率不同石屑在不同粉煤灰含量下的干密度

通过表6与图4可以看出，在石屑通过率一定条件下，粉煤灰掺量与最大干密度指标成抛物线关系，在一定范围内先增大后减小，最佳含水率随粉煤灰掺量增加而增大；当石屑通过率不断增大时，粉煤灰掺量增加对压实度指标影响程度降低。

3 力学性能

3.1 无侧限抗压强度

通过试验得到不同通过率下，不同粉煤灰掺量下的无侧限抗压强度，试验结果见表7，如图5所示。

表7 不同粉煤灰掺量下的无侧限抗压强度

图5 不同粉煤灰掺量下的无侧限抗压强度

通过表7与图5可以看出，在石屑通过率一定条件下，无侧限抗压强度随粉煤灰掺量增加而增大；当石屑通过率不断增大时，粉煤灰掺量增加会降低水泥稳定碎石的无侧限抗压强度。

3.2 劈裂强度

通过试验得到不同通过率下，不同粉煤灰掺量下的劈裂强度，试验结果见表8，如图6所示。

表8 不同粉煤灰掺量下的劈裂强度

图6 不同粉煤灰掺量下的劈裂强度

通过表8与图6可以看出，在石屑通过率一定条件下，劈裂强度随粉煤灰掺量增加先增大后减小；在同一粉煤灰掺量下，劈裂强度随石屑通过率增大而提高，当通过率继续增大时，粉煤灰对强度影响减弱。

4 结 论

本文以石屑0.15 mm通过率为控制指标，通过在水泥稳定碎石中掺加不同剂量粉煤灰，探索粉煤灰对石屑在水泥稳定碎石中性能的影响，通过压实试验、无侧限抗压试验、劈裂试验得到以下结论：

当石屑通过率一定时，压实效果随着粉煤灰含量的增加呈先增大后减小的趋势，在石屑0.15 mm孔径通过率在0%～5%范围内，粉煤灰的加入会提高材料的压实性能，当石屑0.15 mm孔径通过率在7%时，掺加少量的粉煤灰会小幅度的增加其压实性能。

粉煤灰的加入可以改善石屑的力学性能，当石屑通过率一定时，力学指标随着粉煤灰含量的增加呈先增加后减小关系。

综合物理性能与力学性能，当石屑0.15 mm孔径通过率在0%至5%，掺加适当的粉煤灰对改善水泥稳定碎石性能指标有利。