二灰碎石基层材料抗裂性能合理评价的试验研究

　　摘要 采用平均收缩系数与劈裂抗拉极限拉应变的比值为指标的评价方法试验研究混合料的抗裂性能，评价结果更能直观反映混合料收缩性能的大小，且与混合料的收缩机理分析相吻合。

　　关健词：二灰碎石；抗裂性能；评价；试验

　　Abstract: The average contraction coefficient and the ratio of splitting tensile ultimate tensile strain are set as indicators to research crack resistance of mixture. The results have directly reflected the contractile properties of mixture,and complied with the analysis of the contraction mechanism of mixture.

　　Key words: gravel of flyash and lime; crack resistance; evaluation; test

　　中图分类号：TU5    文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

　　1 前言

　　我国于二十世纪八十年代才开始研究强度高、稳定性好、适宜于用机械施工的基层和底基层材料。尤其是道路工程及机场场道工程建设中，以水泥土、水泥稳定粒料、石灰土、石灰稳定粒料、水泥粉煤灰稳定粒料、石灰粉煤灰土（二灰土）、石灰粉煤灰稳定粒料（二灰碎石）作基础的路面结构得到越来越广泛的应用。鉴于二灰碎石具有良好的力学性、板体性、水稳性和一定的抗冻性，同时具有较小的收缩性能，但是往往在道路的营运阶段，二灰碎石基层会出现松散、软化唧浆、收缩成裂缝等性能不良的现象。二灰碎石等基层材料的先期开裂而引起路面产生反射裂缝和对应裂缝、沉陷等早期破损，在路面破损中占有一定的比例。但是，国内对混合料的收缩性能的评价，一般仅从收缩系数或平均收缩系数等物理指标方面进行纯数值大小排序描述。实际上，收缩性能是一个物理-力学性质的综合指标，对于它的评价应从物理-力学的角度来进行。本次试验中采用平均收缩系数（αｄ或εt）为物理性质的指标，采用劈裂抗拉极限拉应变（εt）为力学性质的指标，并采用二者的比值为评价方法，可以直观地对混合料的收缩性能进行比较。

　　2 试验设计

　　2.1原材料性质

　　本次试验用石灰为II级钙质消石灰，有效氧化钙含量测定为59.8%，氧化镁含量测定为1.5%，混合料采用通过1.18mm方孔筛的烘干消石灰制备。

　　本次试验用粉煤灰的化学组成列于表1。

　　表1   粉煤灰的化学组成

　　成分SiO2A12O3Fe203CaOMgOSO3烧失量

　　含量（%）40～6015～403～102～50.5～2.5<21～20

　　试验用（%）51.832.72.82.51.70.96.8

　　本次试验采用石灰岩轧制碎石，由粗到细分为四种规格。应试验集料级配变化的需要，按各个粒径利用上述四种规格的粒料分别筛分选用，测试各个粒径粒料的表观密度于表2。0.075mm以下部分的塑性指数测试为17%。

　　表2    各个粒径粒料的表观密度

　　粒径分类≥19.0  ≥9.5  ≥4.75  ≥2.36  ≥1.18  ≥0.6  ≥0.075  ＜0.075

　　ρa(g/cm3)2.711   2.718   2.725   2.740   2.743   2.744  2.713    2.644

　　2.2混合料组成

　　在此，混合料的组成采用石灰：粉煤灰：集料＝5.7:14.3:80。固定粗集料（≥4.75mm部分）的通过量，取级配范围规范中值，变换细集料（＜4.75mm部分的含量），并在变换细集料含量时采用最大密度曲线理论公式（W.B富勒公式），即Px＝100*(d/D)n,取n＝0.45,D=＝2.36mm。

　　2.3试验方法

　　2.3.1干缩试验

　　测试试件的规格为Φ100mm * 100mm。测试前试件未浸水，测其初始高度及质量。试件于恒温40°C干燥，架立千分表于试件顶面，间隔90min～120min测试试件失水量及读取千分表稳定时的读数。

　　2.3.2温缩试验

　　测试试件规格为Φ100mm * 100mm。试件置于低温柜中在自然状态下进行温度收缩试验。千分表的架立同干缩试验，每5C°～10C°温度间隔读取千分表稳定时的读数。

　　2.3.3劈裂抗拉极限拉应变试验。

　　测试试件规格为Φ100mm *100mm。试件上下侧面加压条置于沥青稳定度试验仪内施压，测试其在最大破坏荷载时的垂直方向总变形。

　　3试验结果与分析

　　3.1试验结果整理

　　收缩试验结果见表3、表4、表5。

　　表3   混合料7d龄期干缩试验结果

　　1Taw (%)0.71.42.84.14.7

　　εd(X10-6)263.1541.7833.01045.312220.

　　ad(X10-6)375.9386.9297.5255.0260.0

　　2T aw (%)0.81.73.34.65.1

　　εd(X10-6)330.1591.3818.4986.41098.0

　　ad(X10-6)412.6347.8248.0214.4215.3

　　3Taw (%)0.91.93.84.85.1

　　εd(X10-6)307.8599.0823.31022.31149.5

　　ad(X10-6)342.0315.3216.7213.1225.4

　　4Taw (%)0.91.83.54.75.1

　　εd(X10-6)262.1454.4580.1696.1799.0

　　ad(X10-6)291.2252.4165.7148.1156.7

　　表4  混合料14d龄期干缩试验结果

　　1T     aw (%)0.71.93.34.05.2

　　εd(X10-6)153.4345.6484.2600.0794.2

　　ad(X10-6)219.1181.9149.8150.0152.7

　　2Taw (%)1.02.53.84.35.3

　　εd(X10-6)185.4361.2568.0738.81028.2

　　ad(X10-6)185.4144.5149.5171.8194.0

　　3Taw (%)1.12.94.04.45.3

　　εd(X10-6)175.5310.8428.4531.4711.8

　　ad(X10-6)159.5107.2104.6120.8134.3

　　4Taw (%)0.82.23.64.15.1

　　εd(X10-6)185.5325.2440.4575.2757.8

　　ad(X10-6)231.9147.8122.3140.3148.6

　　表5    混合料14d龄期最佳含水量状态下温缩实验结果

　　混合料 种类不同温度区间的温度收缩实验结果

　　13.3～3.93.9～-1.4-1.4～-4.0-4.0～-12.1-12.1～-20.4

　　1T8.87-7.06-46.1214.404.68

　　2T4.22-2.64-33.4210.446.03

　　3T2.29-14.99-55.088.282.17

　　4T5.08-36.52-38.651.093.45

　　劈裂抗拉极限拉应变计算公式如下：

　　εT＝XT*（0.0307+0.0936μ）/(1.35+5μ) ┈┈┈(1)

　　XT＝YT* (0.135+0.5μ)/(1.794-0.0314μ)┈┈┈(2)

　　式中：

　　εT-破坏拉伸应变；

　　μ-泊松比，取为0.3；

　　YT-试件相应于最大破坏荷载时的垂直方向总变形，mm；

　　XT-试件应于最大破坏荷载时的水平方向总变形，mm，其值按公式（2）计算。

　　抗裂性的评价结果列于表6、表7。

　　表6   14d龄期混合料抗裂性比较

　　混合料种类YT(X10-2mm)εT(X10-6)αｄ(X10-6)αｄ/εT (%)

　　1T 2T 3T 4T6.6 7.0 8.4 6.4217.4 230.6 276.7 210.8152.7 194.0 134.3 148.670.2 84.1 48.5 70.5

　　表7   14d龄期混合料最佳含量状态下抗温缩性比较

　　混合料种类不同温度区间（C°）温缩应变εt与εT的比值（%）

　　13.3～3.93.9～-1.4-1.4～-4.0-4.0～-12.1-12.1～-20.4

　　εTεt/εTεTεt/εTεTεt/εTεTεt/εTεTεt/εT

　　1T 2T 3T 4T84.3 36.7 21.5 47.838.4 15.9 7.8 22.7-- -- -- ---- -- -- ---- -- -- ---- -- -- --116.6 84.6 67.1 8.853.6 36.7 24.3 4.238.8 50.0 18.0 28.617.8 21.7 6.5 13.6

　　3.2试验结果分析

　　道路工作者们习惯以干缩系数评价方法对混合料进行干缩性能优劣的评价，即以干缩系数的大小排列为序依次评价其干缩性的大小。以此方法评价时，对于7d龄期而言，1T、2T、3T、4T混合料的平均干缩系数分别为260*10-6、215*10-6、

　　225*10-6、157*10-6 ，干缩性能的优劣依次为4T、2T、3T、1T混合料；对于14d龄期而言，1T、2T、3T、4T混合料的平均干缩系数分别为153*10-6 、194 *10-6 、134*10-6 、149*10-6，干缩性能的优劣依次为3T、4T、1T、2T混合料。在此，平均干缩系数考虑到了混合料的最大失水量的影响，即混合料产生干缩的最大潜力，较单纯采用干缩系数评价更为合理，但是，我们还是不能从根本上区别该四种混合料的抗裂性能优劣。

　　由于研究的混合料为密实式混合料，具有骨架接触和孔隙结构，因此混合料的热胀缩性主要体现为新生胶结构矿物及混合料中次生矿物热胀缩性。风干状态下与最佳含水量状态下温缩特性相比，在正负温过渡区及某些负温区中，出现体积膨胀现象，后者明显高于前者，这是因为混合料的三相组成中，液相水尽管量少，但具有较大的体积膨胀系数，其线膨胀系数约为固相颗粒的4～7倍，而8T混合料的最佳含水量达到9.3%,为四种混合料的最大值，因此其在负温区（-1.4 C°～-4.0 C°）温缩系数负值为峰值。另外，尽管风干状态下的混合料经过烘干过程，但无法排除密实式试件内部的毛细水、浓差渗透水等全部弱结合水，而弱结合水冰点都在0 C°～-10 C°，其结冰后体积增大，能抵消部分收缩变形，因此风干状态下的混合料在负温区（2.4 C°～-0.7 C°）及(-0.7 C°～-3.8 C°)具有负值温缩系数，且在负温区（-3.8 C°～-18.5 C°）由于弱结合水的作用其收缩性小于正温区（8.1 C°～2.4 C°）的收缩性。从试验结果中可以看出，无论是在最佳含水状态还是风干状态下，在正温缩系数的变化规律中，总体上随着细集料的降低，温缩系数显着下降，因为细集料中含有次生矿物，其热胀缩性较大，宏观上表现为混合料的温缩系数也增大。但当细集料含量由8%变化到0时温度收缩系数都略呈上升趋势，如最佳含水量状态下温区（13.3 C°～3.9 C°）及（-12.1 C°～-20.4 C°）、风干状态下温区（8.1 C°～2.4 C°）。由前面的性能分析知道，当细集料含量为0时，混合料的PH值较高，与粉煤灰反应生成的C-S-H凝胶体较多，且该种凝胶体晶体具有较大的热胀缩性，且相对于该类混合料来说，混合料具有相对过量的石灰用量，而Ca(OH)2及Mg(OH)2具有较多的吸附水及较大的热胀缩性，宏观上表现为其比细集料含量为8%的混合料具有较大的温度收缩特性。

　　4结论与建议

　　采用平均收缩系数与劈裂抗拉极限应变的比值为指标的评价方法试验研究混合料的抗裂性能，能更直观地反映混合料收缩性能的大小，其结果与混合料的收缩机理是一致的。建议在实际工程中进行进一步实验研究，以便更早地研究出强度高，稳定性好，适用于大规模机械施工的基层或底基层材料。

　　本文引自《施工技术》  《施工技术》创刊于1958年，是由中华人民共和国住房和城乡建设部主管，亚太建设科技信息研究院、中国建筑设计研究院、中国建筑工程总公司、中国土木工程学会主办，国际刊号ISSN:1002-8498,国内刊号CN:11-2831/TU.国内建设系统的国家级、核心科技期刊。

《二灰碎石基层材料抗裂性能合理评价的试验研究》 闂備礁鎼崐绋棵洪妸鈺傚仧闁绘垼妫勭粈鍐煕濞戝崬寮鹃柛鐔锋搐閳规垿鍨鹃崘娴嬪亾瑜版帗鍊跺璺号堥弻锕傛⒔閸ヮ剙绀傛俊顖氬悑閸犲棝鏌ㄥ┑鍡樺櫣闁哄鍋撻梻浣筋嚃閸犳捇宕濇惔鈾€鏋旈柟杈鹃檮閳锋帗銇勯弴妤€浜惧銈忕导缁瑩寮鍥︽勃闁芥ê顦抽澶愭⒑缁嬭法绠扮紒澶屽厴瀹曞綊宕掗悙鍙夈仢闂侀潧饪撮悡鍫ュ吹閸曨垱鐓曢柨鏂挎惈婵″潡鏌涢妶鍛崳闁逞屽墯閸愬姊介崟顐€块柧蹇ｅ亖娴滄粌螖閿濆懎鏆為柨娑欑墵閺屻倝骞嗚濡茶崵鎲搁弶鎸庡枠鐎殿喚鏁婚崺鈧い鎺嶇劍婵挳鎮楅崷顓烆潙闁圭儤姊绘す鎶芥煛閸屾粌鍔﹂柛瀣崌閺佹捇鏁撻敓锟�
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文章名称： 二灰碎石基层材料抗裂性能合理评价的试验研究

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