超早强水泥稳定碎石温度收缩特性研究

张永恒 张贝

河南省中原路桥建设（集团）有限公司 河南 南阳 473000

摘要：本文通过室内试验，测定低温条件下水泥稳定碎石温度收缩特性。结果表明：外加剂的掺入能显著改善水泥稳定碎石材料的温度收缩特性，提高水泥稳定碎石材料抵抗温度收缩的能力。

关键词：温度收缩；水稳碎石；力学特性

1.原材料要求及试验方案

1.1原材料要求

集料取自陕西省礼泉县石料厂，石灰岩。水泥为陕西耀县水泥厂生产的秦岭牌水泥，强度等级为32.5R，经测定，集料和水泥的各项指标均符合《公路路面基层施工技术细则》(JTGTF20-2015)要求。外加剂采用SES-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。

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，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1。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1 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
养护温度	0℃	T0
	5℃	T5
	10℃	T10
	20℃	T20

2.温度收缩试验

2.1温度收缩试验方法

本试验采用的是利用振弦应变传感器测定半刚性材料的温度收缩系数。进行试验时，是用两个钢夹将传感器固定在梁式试件的表面，然后将试件连同钢夹、传感器一起放入环境箱中，用专用电缆把传感器与测频仪相连。试件采用静压法成型，试件尺寸为10cm×10cm×40cm的中梁。将养生至预定龄期的被测试件从养生室取出，经过一定时间的风干，然后安装传感器的底座，将底座固定在标准杆上。待底座在试件上牢固好，卸标准杆，换上传感器，夹紧传感器的螺丝。为了保证钢弦的频率变化在容许范围内，此时最好测量钢弦的频率。如果频率过大或过小，可以调节传感器的同向螺丝，将初始频率置于零点频率附近，获得较宽的测量范围。

2.2试验结果及分析

按照上述方法计算各温度段的收缩系数见图1和表2。从图1和表2可知：①在每个温度段，掺加外加剂后的温缩系数均比未掺外加剂的温缩系数低，BW16比BW8的降低幅度更大一些。也就是外加剂掺量越大，材料的温缩系数越小。说明掺加外加剂后温度收缩有所减少，材料抵抗温度应力作用能力增强。②对BW0在试验温度区间0～10℃内出现一峰值；10℃以上，温缩系数随温度的升高而降低；在试验温度区间-20～0℃，温缩系数随温度的降低而降低；在试验温度区间-30℃～-20℃内出现最小值，温度低于-30℃时，温缩系数随温度的降低而增大。对这一规律的解释是:水泥稳定碎石三相组成中，液相水尽管量少，但是具有较大的体积膨胀系数，其线膨胀系数约为固相的4～6倍。所用试件虽然经过了一定的风干，但是试件中仍含有一定量的重力水和毛细水，另外密实试件内还含有内部毛细水、浓度差渗透水等弱结合水。而重力水的冰点在4℃附近，弱结合水的冰点在0～-10℃附近，冰化成水体积要缩小，所以温缩系数在0℃附近出现一个最大值，随着温度的进一步升高，这种作用逐渐减弱，使温缩系数又有降低。③与BW0相比，BW8和BW16的温缩系数变化起伏就小的多。说明掺加外加剂后，水泥稳定碎石的温度收缩对温度的敏感性降低。在整个试验温度范围内，温缩系数的变化很小。BW8的最小温缩系数与最大温缩系数相差1.76×10^-6/℃，BW16的最大与最小温缩系数相差1.64×10^-6/℃，而BW0的最大与最小温缩系数相差5.468×10^-6/℃。

图1  温度收缩系数随温度变化示意图

表2 不同外加剂掺量水泥稳定碎石混合料温度收缩系数

龄期	不同温度区间的温度(℃) 收缩系数(×10^-6/℃)	混合料类型
		BW0	BW8	BW16
90d	-40～-30	7.017	6.092	5.689
	-30～-20	5.418	5.348	4.541
	-20～-10	6.155	4.878	4.638
	-10～5	6.546	6.072	4.049
	5～10	10.886	6.387	4.809
	10～20	9.936	6.638	5.340
	20～30	6.666	4.741	4.553
	高温段平均值αth	6.284	5.597	4.729
	低温段平均值αtl	9.163	5.922	4.901
	平均值αt	7.518	5.736	4.803
	最大值	10.886	6.638	5.689

3.结论

从以上试验结果可以看出，外加剂的掺入能显著改善水泥稳定碎石材料的温度收缩特性，提高水泥稳定碎石材料抵抗温度收缩的能力。