高原高寒地区水泥稳定碎石基层抗压回弹模量特性

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1.南召县通达公路工程有限公司河南 南召 474650；2.南召县公路管理局 河南 南召 474650

摘要：本文通过室内试验，测试高原高寒地区水泥稳定碎石基层抗压回弹模量特性。结果表明：随着水泥用量的增加，水泥稳定碎石弯拉强度呈增长趋势；外加剂的掺入可以大幅度提高水泥稳定碎石的超早期强度，龄期越短强度提高作用越明显。

关键词：回弹模量；超早强；水泥稳定碎石

基层的刚度(回弹模量)必须与面层的刚度相配。如果面层和基层的刚度差别过大，则面层会由于过大的拉应力或拉应变而过早开裂破坏。温度较低时，沥青面层的刚度往往很大。在轻交通和中等交通道路上，沥青面层的厚度较薄，即使在重交通道路上，由于我国目前沥青资源不足，沥青混合料的单价很高，也不可能铺筑很厚的沥青面层。当然，客观上也不一定需要厚沥青面层。在沥青面层较薄的情况下，整个路面的承载能力将主要依靠基层，这就要求基层材料具有较高的强度和刚度。使用强度大、承载能力高的基层，以适应较薄的沥青面层，或适当减薄沥青面层，在我国当前的具体情况下具有很大的现实意义和经济意义。基层的刚度(回弹模量)应适中，且应与面层的刚度相匹配。如基层的刚度过小，则面层会由于过大的拉应力或拉应变而过早开裂破坏；如基层的刚度过大，极易因干缩和温缩使其产生开裂，影响基层的抗裂性能。

1.试验用原材料及试验方案

1.1试验用原材料

原材料主要包括水泥和集料，集料为石灰岩，水泥为普通 32. 5#水泥。经检验，二者各项技术指标均满足规范中相关的要求。外加剂采用CS-I型超早强水泥稳定基层外加剂，此外加剂性状为淡黄色粉末，其主要的矿物成分为硅酸钙、硫铝酸钙、铝酸钙，此外还有部分单晶体。主要化学成分见表1。级配组成见表2所示。

表1  CS-I型超早强水稳基层外加剂的主要化学成分

成   分	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	SO3
含量(%)	11.81	7.44	14.69	44.02	2.30	14.48

表2 集料级配组成

通过筛孔（mm）的质量百分率/%
31.5	26.5	19	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
100	95.2	82.1	52.7	32.4	23.8	11.2	4.1

本试验通过利用环境箱对10cm×10cm×40cm的梁式试件进行不同温度下的养生，平行试件为4个，使试件在5℃、10℃以及20℃的环境中养生7天，然后测定弯拉强度，试验结果见表3。

表3 不同养生温度7天抗弯拉强度试验结果

项目	不同水泥用量/%的抗弯拉强度/MPa
养生温度/℃	3	4	5
5	0.07	0.09	0.13
10	0.2	0.24	0.27
20	0.29	0.35	0.42

1.2试验方案

为对比不同水泥剂量时，外加剂的加入对其路用性能的影响，本研究选用3个水泥剂量进行对比，分别为4%，5%和6%；外加剂掺量选为8%(以水泥重量为基准)，与未掺外加剂时作比较。此外，着重研究了水泥剂量为5%时，4个外加剂掺量(4%，8%，12%，16%)与未掺外加剂的力学性能对比。为方便研究，对各水泥剂量及加外加剂掺量进行编号，见表4。本文中水泥稳定碎石的编号是由水泥剂量编号与外加剂掺量编号共同组成，如：AW8代表水泥剂量4%，外加剂掺量8%。

表4 编号与混合料组成对照表

混合料组成		编 号
水泥剂量	4%	A
	5%	B
	6%	C
外加剂掺量	0	W0
	4%	W4
	8%	W8
	12%	W12
	16%	W16

2.抗压回弹模量试验结果分析

从上表5中的数据可以看出：外加剂掺入混合料后，试件的抗压回弹模量都不同程度的降低了，但是其降低幅度与外加剂的掺量没有明显关系。说明外加剂能够提高水泥稳定碎石的柔性，但作用不太明显，分析原因可能是试验的离散性比较大，在对每组混合料进行试验时的偏差系数比较大，导致实验数据离散性很大。

                     表5  水泥稳定碎石混合料抗压回弹模量

项目	混合料类型	模量值（MPa）
抗压回弹模量	W0	2765
	W4	2470
	W8	2755
	W12	2648
	W16	2665

3.结论

外加剂的掺入能显著提高水泥稳定碎石的早期强度，提高水泥稳定碎石抵抗干燥收缩和温度收缩的能力提高水泥稳定碎石的抗冲刷性能和疲劳寿命，并能够降低了水泥稳定碎石对延迟成型时间的敏感性，在一定程度上延长了延迟时间，有利于工程应用。