骨架密实型水泥稳定碎石力学性能及强度发展规律

2022-06-15王帅沈细中崔占伟刘超

科技资讯 2022年9期

王帅沈细中崔占伟刘超

摘要：通过无侧限抗压强强度和劈裂强度试验对水泥稳定碎石（CSA）的力学性能进行了探究，试验结果表明，无侧限抗压强度与劈裂强度随龄期增长表现为基本一致的发展规律，其强度均为前期增长较快，后期增长速率逐渐降低，进一步分析表明，水泥稳定碎石的强度表现为对数型增长规律，且无侧限抗压强度与劈裂强度之间存在线性相关关系。

关键词：水泥稳定碎石力学性能增长规律相关关系

中图分类号：U415文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Mechanical Properties and Strength Development Pattern of Skeletal Dense Cement Stabilized Aggregates

WANG Shuai1SHEN Xizhong2 CUI Zhanwei3LIU Chao4

（1.School of Architectural Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830047 China;2.Yellow River Institute of Water Resources Science，Zhengzhou，Henan Province，450000 China;3.Research Institute Of Ministry Of Transport，Beijing，100020 China;4.Xinjiang Tongtai Municipal Engineering Materials Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830047 China）

Abstract：The mechanical properties of cement stabilized aggregates （CSA） were investigated through unconfined compressive strength and splitting strength tests， and the test results showed that the unconfined compressive strength and splitting strength showed a basically consistent development law with age， and their strengths both grew faster in the early stage and the growth rate gradually decreased in the later stage， and further analysis showed that the strength of cement stabilized aggregates showed a logarithmic growth law， and Further analysis showed that the strength of cement stabilized aggregates showed a logarithmic growth pattern， and there was a linear correlation between the unconfined compressive strength and the splitting strength.

Key Words：Cement stabilized aggregates;Mechanical properties;Growth law;Relatedrelationships

半剛性基层具有刚度大、强度高、稳定性好，以及成本较低等优点，因此半刚性基层沥青路面结构是我国目前主要采用的路面结构形式[1-2]，水泥稳定碎石是中国道路中主要的半刚性基层材料，半刚性基层（底基层）材料的力学性能显著地受其龄期的影响[3]，在施工期间由于不正确的施工和养护措施容易导致材料设计与结构设计脱节、在施工期产生了路面结构的内部损伤等问题，掌握水泥稳定碎石的强度发展规律及强度性能对于避免因养护龄期过短等问题造成的道路损伤及道路寿命降低等问题意义重大。

该文通过对骨架密实型级配的水泥稳定碎石的无侧限抗压强度与劈裂强度的发展规律展开探讨，探寻了其强度发展规律，以为更好的促进道路的养护、施工与设计提供理论依据

1验材料及级配

1.1水泥与碎石

试验所用水泥为新疆天山水泥厂生产的P.O.42.5普通硅酸盐水泥;集料为石灰岩，分为四档，分别为：0-5mm（1#），5-10mm（2#），10-20mm（3#），20-30mm（4#）。

1.2级配设计

该文采用了规范JTGT F20-2015《公路路面基层施工技术细则》推荐的一种骨架密实配比进行级配设计，水泥采用外掺法掺加，水泥用量为4.5%，各档料的质量配比为1#：2#：3#：4#=25%：30%：20%：25%，级配曲线如图1。

1.3击实试验

通过击实试验得到的水泥稳定碎石的最大干密度为2.21g/cm3、最优含水量为4.5%。

2力学性能试验

2.1无侧限抗压强度试验

图2为水泥稳定碎石的无侧限抗压强度随龄期变化的曲线，由图3可知，水泥稳定碎石的无侧限抗压强度随养护龄期的增加不断增长，无侧限抗压强度增长速率随养护龄期的增加逐渐减低。水泥稳定碎石的强度主要由碎石间的相互嵌挤作用及水泥的水化作用胶凝作用产生[4-7]，当试件成型后，水泥稳定碎石的强度增长由水泥的水化的胶凝作用决定，水泥基材料的反应分为结晶成核与晶体生长（NG）、相边界反应（I）和扩散（D）[7]，前期水化反应在水泥颗粒表面进行，水化反应较快，随着反应进行，水泥颗粒被水化产物包裹，未水化颗粒继续反应受阻，水化反应很快由NG阶段或I阶段进入D阶段，反应速率明显下降[8]。因而，水泥稳定碎石的强度增长表现出先快后慢的趋势。

由图2还可以看出，在养护龄期的前14天，水泥稳定碎石的强度增长最快[9]，14天的无侧限抗压强度占90天龄期的无侧限抗压强度（R14/R90）的71%，这表明加强对水泥稳定碎石前期尤其对前14天的养护，对水泥稳定碎石后期整体强度的提高至关重要[10]。

对水泥稳定碎石的无侧限抗压强度与龄期进行拟合，得到其强度发展规律如下式：

S_t=2.148ln⁡（t）+1.085（1）

R2=0.946

由式1可知，水泥稳定碎石的无侧限抗压强度随着养护龄期的增长为对数发展规律，拟合结果与文献[3]的结果基本一致

2.2劈裂强度试验

图3为水泥稳定碎石的劈裂强度随龄期的变化曲线，其劈裂强度随龄期的变化规律与无侧限抗压强度随龄期的变化规律基本相似，但劈裂强度的强度主要增長阶段主要在养护龄期的前28天，28天后劈裂强度增长逐渐降低，因而按照劈裂强度发展规律，水泥稳定碎石的养护需要加强前28天的养护。由图4可知，水泥稳定碎石的无侧限抗压强度基本是劈裂强度的10倍，但在14天龄期时，其无侧限抗压强度为劈裂强度的12.1倍，这表明在7-14天龄期时，水泥稳定碎石的无侧限抗压强度增长率显著大于劈裂强度的增长率，在其它龄期时，两者表现出基本一致的增长率。

对水泥稳定碎石的劈裂强度与龄期进行拟合，得到其强度发展规律如下式：

P_t=0.226ln⁡（t）+0.037（2）

R2=0.970

由式（2）可知，水泥稳定碎石的劈裂强度随着养护龄期的增长表现为对数发展规律，表现出同无侧限抗压强度相似的强度发展规律。

2.3无侧限抗压强度的与劈裂强度间的相关关系

水泥稳定碎石的无侧限抗压强度与劈裂强度之间存在着一定的相关关系[6]，对本试验的相关数据进行拟合得到了水泥稳定碎石与劈裂强度的表现为较强的线性相关性如下式，其拟合关系式如下：

P_t=0.1S_t-0.0439（3）

R2=0.931

3 结语

（1）水泥稳定碎石的无侧限抗压强度与劈裂强度表现出基本一致增长规律，均随龄期的增长其增长率逐渐降低，无侧限抗压强度在前14天增长较快，劈裂强度在前28天增长较快，之后强度增长变缓，综合比较，水泥稳定碎石尤其要加强前28天龄期的养护。

（2）水泥稳定碎石的无侧限抗压强度随养护龄期均表现为对数发展规律。

（3）水泥稳定碎石的无侧限抗压强度与劈裂强度之间表现出较强的线性相关性。