水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的耐久性

1、水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層的耐久性摘要為了研究水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的路用性能，將粉煤灰當成 細集料考慮，采用不同的配合比制備試件，對其抗沖刷性能、疲勞 性能和抗凍性能進行了分析。研究結果表明：粉煤灰摻量不宜過多, 盡量不超過10%；當粉煤灰摻量為10%時，凍融前強度比較高，但 是凍融后強度損失較大；考慮抗沖刷性能和抗凍性能，水泥摻量不 宜小于5%o關鍵詞道路工程；水泥粉煤灰；耐久性；基層中圖分類號：u416. 1文獻標志碼：b文章編號：1000033x (2012) 070047020引言水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石是一類具有較好路用性能的基層材料，目前 已成為中國高等級公路廣泛采用的半剛性基層材料，在中國河

2、南、 河北等省份被廣泛使用。有很多學者針對水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的相 關性能展開了大量試驗研究，研究結果發(fā)現(xiàn)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石存 在諸如強度低、收縮大、開裂現(xiàn)象較為嚴重等問題。配合比優(yōu)化設 計、合理的施工工藝與質(zhì)量控制可以減緩上述問題的發(fā)生。對此 本文考慮將粉煤灰當成細集料，即水泥外摻、粉煤灰內(nèi)摻，通過配 合比優(yōu)化對其耐久性進行試驗研究，分析水泥、粉煤灰的摻量對耐 久性的影響。1原材料1.1基木性質(zhì)（1）水泥。試驗選用的水泥為華新水泥廠32. 5級普通硅酸鹽水 泥，細度（008nini篩余）1.9%,標準稠度用水量為26. 7%,安定性 合格。（2）粉煤灰。試驗所用粉煤灰均產(chǎn)自伊川電廠，為濕排灰，

3、氧化 物含量大于70%。粉煤灰的物理性能見表lo（3）碎石。滿足相關技術規(guī)范中關于碎石的質(zhì)量要求。試驗采用 的510mm、1020mm和1030mm碎石均產(chǎn)口偃師石料場。（4）細集料。建議采用含泥量小的屮粗砂作細集料。1.2水泥粉煤灰摻量設計在進行試驗前，按照不同摻量配合比制作試件。將粉煤灰當成細 集料考慮，采用的比例見表2。2耐久性能分析2. 1抗沖刷性能（1）試件制備。按照標準方法制備中15cmx 15cm的試件，養(yǎng)生 180d,然后浸水id。（2）試驗方法。采用振動臺和鋼容器作為基本試驗設備，鋼容器 內(nèi)徑240mm,高200mm,將鋼容器置于振動臺上，加50mm高的水后 將試件放入屮間，

4、并在試件上加荷2750g,振動頻率為50hz,振動 5<nin后，收集沖刷殘余物，烘干后稱其質(zhì)量進行比較。試驗結果如 表3所示。1號、2號、5號試件的水泥劑量固定在5%,粉煤灰的摻量分別為0%、5%、10%,試件抗沖刷性能試驗結果表明摻加粉煤灰可以影響 到基層的抗沖刷性能。粉煤灰摻量為5%時,與不摻粉煤灰試件的（相 當于水泥穩(wěn)定碎石）試驗結果相差不大，但摻量不宜過多，盡量不 要超過10%o2號、3號、4號試件粉煤灰摻量固定在5%,水泥劑量分別為5%、 4%、3%,其混合料單位時間沖刷量分別為3. 29. 2.91、4. 55g min io可以看出水泥劑量對混合料抗沖刷性能的影響：水泥劑

5、量為 3%時，單位時間沖刷量最大；水泥劑量大于或等于4%時。單位時間 沖刷量急劇減小。這是因為水泥的水化產(chǎn)物和水泥與粉煤灰的火山 灰反應產(chǎn)物均為膠結物，它們有穩(wěn)定和牽制混合料中細料成分不被 動水壓力沖掉的能力。當水泥劑量較小吋，膠結物含量不足，未反 應粉煤灰相對較多。且部分細料因擺脫了膠結物的牽制和穩(wěn)立作用 而被沖掉，故單位時間沖刷量最大；當水泥的劑量不斷增加，膠結 物含量也逐漸增多，它們穩(wěn)定和牽制細料的能力也和應增強，故單 位時間沖刷量急劇減小。為了保證水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的抗沖刷性 能，水泥劑量不宜小于4%。2. 2抗疲勞性能（1）試件制備。在最佳含水量和最大干密度的條件下，按98%的 壓實

6、度成型試件，養(yǎng)生180d后泡水id。為減小誤差，在制備試件 的過程中，用于抗彎拉強度的6個試件和用于疲勞試驗的13個試 件同批成型和養(yǎng)生。（2）試驗過程。試驗在mts試驗機上進行，試驗時首先測出各組 試件的抗彎拉強度，然后確定應力比，根據(jù)抗彎拉強度和應力比確 定疲勞試驗時所加的荷載、波形、頻率，設置初始狀態(tài)。試驗都采 用三分點加載方式，以保證試件底面能有一段彎矩相等的均勻受拉 區(qū)，兩支點距離15cm。將試件放在支架上后，三分點受力下開動試 驗機，直至試件被破壞。為了更好地模擬混合料在隨機動載下的撓 曲狀態(tài)，采用交變荷載。試驗施加荷載為正弦荷載，荷載作用的頻 率為10hz,大致相當于60km -

7、h1的行車速度，加載波形為連續(xù) 式止弦波無間歇時間，試驗溫度為常溫，循環(huán)特征值為0. 02,應力 比取0. 75o疲勞試驗結果見表4。1號采用沒有摻加粉煤灰的混合料，與相同級配的粉煤灰摻加量為 5%的2號試件和比，其抗疲勞性能明顯較差，疲勞壽命低出33%。 這是因為疲勞破壞與材料內(nèi)部結構有關。當混合料在重復荷載的作 用下，材料內(nèi)部結構發(fā)生疲勞損傷，而損傷是材料結構組織在外界 因素作用下發(fā)生的力學性能劣化，并導致體積單元破壞的現(xiàn)象，水 泥粉煤灰穩(wěn)定碎石是由水泥、粉煤灰、骨料等加水后組成的復合材 料。在自然狀態(tài)下是一種疏松介質(zhì)。這類材料在受力后，會在體內(nèi) 產(chǎn)生彌散裂隙。這些表現(xiàn)為裂隙或空洞形式的材

8、料損傷，將在荷載、 環(huán)境等因素的持續(xù)作用下進一步增長、擴展，逐漸并集、聚合，形 成一定尺度的宏觀裂紋，導致結構強度、剛度的下降。也就是說， 材料的內(nèi)部結構是決定材料疲勞性能的主要因素。空隙率小，在養(yǎng) 生條件較好吋，其內(nèi)部微細裂紋或孔洞少、而水泥穩(wěn)定類材料由于 其結合料少，空隙率較大，內(nèi)部微細裂紋或孔洞相應較多。致使其 疲勞性能較差。但是在水泥穩(wěn)定類材料中摻入粉煤灰后，粉煤灰一 方面起到“填隙”的作用，另一方面與水泥發(fā)生“二次反應”，生 成的膠凝物質(zhì)增多，總體上使水泥類穩(wěn)定材料的空隙率減小，內(nèi)部 微細裂紋或孔洞減少，進而使其抗疲勞性能得到提高?？梢姡勖?灰對提高混合料的抗疲勞性能有明顯的作用。

9、4號、3號和2號試件的水泥劑量分別為3%、4%和5%,粉煤灰摻 量均為5%,結果可以看出，隨著水泥劑量的增加，水泥粉煤灰穩(wěn)定 碎石混合料的疲勞壽命呈線形增長?？梢娫黾铀嗟膭┝?，可以提 高水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石混合料的抗疲勞特性。2. 3抗凍性能(1) 試件制備。在最大干容重和最佳含水量下，采用靜壓法將不 同配合比的水泥粉煤灰碎石制成4> 15cmx 15cm的圓柱形試件，養(yǎng)生 180d后，浸水24h。(2) 試驗方法。采用直接凍融法，將養(yǎng)生好的試件置于15°c的 冰箱中凍結12h后，在常溫條件下融解12h,這作為一個凍融循環(huán)。 經(jīng)過5個循環(huán)后，測其抗壓強度，計算耐凍系數(shù)，抗凍性能

10、試驗結 杲見表5o從2號和5號試件的凍融前強度試驗結果可以得出，摻加粉煤灰 對提高混合料的強度有很大幫助，分別比不摻加粉煤灰的1號試件 提高了 42%和70%。通過凍融試驗，得到凍融后各不同水泥粉煤灰 摻配混合料的強度，用耐凍系數(shù)進行評價。1號試件的耐凍系數(shù)僅 為0. 73,而2號和5號試件的耐凍系數(shù)達到0. 92和0.89,所以說 摻加粉煤灰可以提高混合料的抗凍性能，但是摻量不能過多，5號 試件比2號試件多摻加了 5%的粉煤灰，結果其凍融后強度損失比較 大。4號、3號和2號是粉煤灰摻量保持在5%,水泥劑量按照1%遞加, 集料級配相同的水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石配合比。分析可知，水泥劑量 不能太小，因為水泥水化產(chǎn)物會相應減少，內(nèi)部空隙較大，水結冰 后引起體積膨脹所產(chǎn)生內(nèi)應力增加，會導致混合料的抗凍性能降 低。所以，為了使水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石具有較好的抗凍性