玄武岩纤维水泥稳定铣刨料路用性能研究

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（邢台路桥建设集团有限公司，河北邢台 054000）

0 引言

既有道路破坏后，在维修过程中会产生大量旧水泥稳定碎石铣刨混合料，而对这些旧的铣刨混合料进行重新利用，不仅可以解决废料的处理问题，还可以降低施工成本，具有较高的社会和经济效益。而旧水泥稳定碎石铣刨混合料的物理力学特性复杂，在对废弃的铣刨料利用前，对路面基层废旧材料资源化利用最大化还需要进行进一步的研究。

本文从原材料性质试验及路用性能试验两个方面对添加玄武岩纤维后水泥稳定铣刨料的路用性能展开研究，其中，原材料性质研究包括铣刨料粗细骨料的表观密度、吸水率、针片状颗粒含量及砂当量及玄武岩纤维和水泥的化学成分研究，而铣刨料的路用性能研究包括添加玄武岩纤维前后水泥稳定铣刨料的回弹模量、无侧限抗压强度等特性的研究。通过对玄武岩纤维水泥稳定铣刨料的物理力学特性研究，为玄武岩纤维水泥稳定铣刨料在道路路基工程中的应用提供一定的参考。

1 原材料性质

试验所用的原材料有玄武岩纤维、铣刨料及水泥，可通过室内试验对原材料的主要性能指标进行测定和评价。

1.1 铣刨料

对铣刨料进行筛分，可以发现铣刨料的颗粒粒径主要集中在4.75～19mm，级配不良，需通过级配调节（调节成骨架密实结构），使级配符合规范对相关等级道路的要求，并以4.75mm为界限，对铣刨料粗细骨料的物理力学性能进行评价。

1.1.1 铣刨料粗骨料性能

（1）表观密度及吸水率

根据《公路工程集料试验规程》（JTGE42—2005）对铣刨粗骨料的表观密度γ及吸水率ω进行测定，可通过公式（1）～（2）计算。

式（1）～（2）中：γ为表观密度；ω为吸水率；ma为粗骨料烘干质量；mf为粗骨料表干质量；mw为粗骨料烘饱和质量。

可以得到铣刨料粗骨料的表观密度及吸水率如表1所示。

表1 粗骨料的表观密度及吸水率

由表1可知，铣刨料粗骨料的表观密度为2.6大于2.5，且吸水率较低，只有3.12%，满足规范要求。

（2）针片状颗粒含量

针片状颗粒含量是评价粗骨料抵抗压碎能力的重要指标之一，若粗骨料中针片状颗粒含量越低，说明混合料的形状越接近立方体，颗粒之间的填充较好，混合料的密实度高，抵抗压碎的能力越强，反之则易受力破碎。根据《公路工程集料试验规程》（JTGE42—2005）对铣刨粗骨料的针片状颗粒含量进行测定。

式（3）中：Q为针片状颗粒含量；m1为不同粒径范围针片状颗粒质量；m0为总质量。根据公式（3）可以得到铣刨粗骨料的针片状颗粒含量如表2所示。

表2 铣刨粗骨料的针片状颗粒含量

由表2可知，不同粒径范围内铣刨粗骨料的针片状颗粒含量均满足规范要求。

1.1.2 铣刨料细骨料性能

铣刨料细骨料对混合料的黏结性及用水量有重要影响，因此，有必要根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对铣刨料细骨料的砂当量的测定。

式（4）中：SE为铣刨料细骨料的砂当量；h2为活塞测定细骨料沉淀物高度；h1为絮凝物和沉淀物的总高度。为保证试验结果的精确度，进行两组砂当量试验，取平均值为最终测定结果，铣刨料细骨料的砂当量为70.5%，大于规范要求值60%，满足规范要求。

1.2 玄武岩纤维及水泥

1.2.1 玄武岩纤维

玄武岩纤维具有和水泥天然相容，强度高、综合性能良且价格低等优点，非常适合用于道路路基填筑混合料中，本文初步选定的玄武岩纤维长度分别为12cm、18cm、25cm，其化学成分如表3所示。

表3 玄武岩纤维化学成分

1.2.2 水泥

本次试验采用一般硅酸盐水泥，对其凝结时间、强度等技术指标进行测定，并与《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）中的规范值进行对比，对比结果如表4所示。

表4 水泥技术指标

2 玄武岩纤维水泥稳定铣刨料路用性能试验研究

将玄武岩纤维掺量0.8‰、纤维长度为18mm的玄武岩水泥铣刨混合料制作成型圆柱体试件，然后进行玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的回弹模量试验及无侧限抗压强度试验，研究分析玄武岩纤维对水泥铣刨混合料路用性能的影响。

2.1 回弹模量试验结果分析

混合料的回弹模量反应的是混合料在外界荷载作用下，抵抗变形的能力，回弹模量越大，说明混合料的刚度越大，抵抗变形的能力也就越强，在道路施工过程中，对路基填料的回弹模量值有一定的要求，回弹模量过低，则道路基层在外界荷载作用下产生较大的变形，从而传递至面层，使面层出现裂缝，影响道路的安全与使用。

首先利用静压法，制备150mm×150mm圆柱形试块，并分别养护7d、28d、60d和90d。然后根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51—2009），利用顶面法对玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的室内抗压回弹模量测定，并根据公式（5）计算回弹模量值。

式（5）中：Ec为抗压回弹模量；p为单位压力；h为试件高度；l为回弹变形。得到不同养护龄期条件下玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的室内抗压回弹模量，如图1所示。

图1 室内抗压回弹模量

由图1可知：

（1）随着养护龄期的增加，玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的室内抗压回弹模量也不断增加，这是由于随着养护时间的增加，铣刨料中水泥的水化作用逐渐加强，生成的胶结物增多，而水化生成的胶结物将铣刨料中的粗细骨料黏结在一起，因此铣刨料的强度与刚度也不断增加，在养护后期铣刨料的回弹模量值增加逐渐缓慢。

（2）在天然水泥稳定碎石中添加一定量的铣刨料后，能够有效增加其抗压回弹模量值，且玄武岩纤维水泥稳定铣刨料比水泥稳定铣刨料的刚度更高，这是由于在铣刨料中含有一些为完全水化的水泥，与水发生反应，从而使铣刨混合料的强度和刚度快速增加，而在铣刨料中添加一定量的玄武岩纤维后抗压回弹模量更高是由于，玄武岩纤维本身具有很高的弹性模量，可以抵消一部分荷载对试件的冲击能量，对试件承受荷载带来冲击作用力有一定的缓冲作用，从而提高混合料的抗压回弹模量。

2.2 无侧限抗压强度试验结果分析

通过无侧限抗压强度试验，可以得到玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的无侧限抗压强度值，如图2所示。

图2 无侧限抗压强度

由图2可知：

（1）随着养护时间的增加，玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的无侧限抗压强度值先快速增加，然后增加缓慢，这是由于在养护前期水泥发生剧烈水化反应，水化反应产生大量的胶凝材料，并将混合料中的粗细骨料黏结成纤维状和板块晶体状整体，从而提高铣刨料的无侧限抗压强度，养护28d后，水化反应基本结束，因此强度增加缓慢。

（2）掺入玄武岩纤维后水泥稳定铣刨料的抗压强度比未掺纤维的水泥稳定铣刨料均有所增强，但是增强效果不明显。这是由于玄武岩纤维对铣刨料的颗粒也有一定的黏结作用，从而增强了铣刨料的整体性和强度。

3 结语

本文通过原材料性质试验及路用性能试验两个方面对添加玄武岩纤维后水泥稳定铣刨料的路用性能展开研究，得到以下结论：

（1）随着养护龄期的增加，玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的室内抗压回弹模量也不断增加，且玄武岩纤维水泥稳定铣刨料比水泥稳定铣刨料的刚度更高。

（2）随着养护时间的增加，玄武岩纤维水泥稳定铣刨料、水泥稳定铣刨料的无侧限抗压强度值先快速增加，然后缓慢增加，且掺入玄武岩纤维后水泥稳定铣刨料的抗压强度比未掺纤维的水泥稳定铣刨料均有所增强，但增强效果不明显。