硼灰土应用于道路底基层的力学强度试验分析

王 颖，马红全，陈铁林

（1.黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；2.黑龙江公路工程质量监理咨询公司，黑龙江 哈尔滨 150008）

硼灰，是利用硼镁矿生产硼砂后排出的废料。据统计生产1t的硼砂会产生3～4t的硼灰，硼灰碱性极强，其排放之处，寸草不生，大片农田受到污染，使得生态环境遭到严重破坏。工业废料硼灰主要应用于镁化工产品、农业用肥料和除草剂，还被用做污水处理和炼钢用添加剂等。

为了保护环境，降低环境污染，也为了使废物资源得到合理有效利用，尝试把硼灰材料和粉煤灰材料做对比，测定二者的相似性及差异性，然后运用到道路结构中，作为一种新型的道路底基层结构材料。对降低公路工程造价和促进当地经济发展都具有重要的意义。

1 试验方法和力学指标

无机结合料稳定材料的力学特性包括应力——应变关系、疲劳特性、收缩特性。在车轮荷载的反复作用下，道路底基层结构既不会产生大量的残余变形，也不会发生剪切破坏或疲劳弯拉破坏现象。因此，为了达到这一目的，道路底基层结构不仅要有一定的厚度要求，而且组成结构层本身的材料强度也很关键。

硼灰通过加入固体固化剂可以改善其水稳性差的缺点，但是长期以来，石灰稳定类材料作为道路的基层和底基层结构一直处于主导地位，发挥着重要作用，不仅由于其来源广、施工方式简单，而且石灰稳定土具有较高的抗压强度和抗弯强度。考虑到石灰土的成熟施工技术，本次试验研究了在硼灰稳定土中加入石灰，目的是为了更好的提高硼灰水稳性，因此，本论文把硼灰稳定土和石灰稳定硼灰土做了对比试验，重点观察二者的力学性能指标。

1.1 硼灰稳定土和石灰稳定硼灰土的应力——应变特性

道路底基层材料的应力——应变特性试验方法有粘贴法、顶面法、夹具法和承载板法等。试件形状有圆柱体和梁式，试验内容有抗压强度及抗压回弹模量、劈裂强度及劈裂模量、抗弯拉强度和抗弯拉模量。本试验研究对二者的应力—应变特性分别做了力学指标对比。

根据JTJ E51－2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》，在无侧限抗压强度试验中将材料制成尺寸为50mm×50mm 的圆柱体试件，分别养生7d、28d、60d和90d，然后，检测其无侧限抗压强度。虽然纯粹的硼灰稳定土中加入了固化剂，但其水稳性仍然很差，因此，养生期间没有将其浸泡在水中，而是直接测定其无侧限抗压强度。在测定回弹模量值时，主要采用了承载板法，制成尺寸为100mm×100mm 的圆柱体试件，试验中应注意使顶板与试件间有足够的接触面积，通常采用细砂抹平试件顶面。对于浸水（此时硼灰稳定土试件不浸水）后的试件，如果表面的自由水较多，应用软布拭去。劈裂强度试验采用径向劈裂法测试，试件尺寸、每组试件个数、养生龄期均与抗压强度方法一致。在劈裂强度试验前，也要浸水一昼夜（硼灰稳定土试件不浸水）进行劈裂试验。在抗弯拉强度试验中，采用小梁试件，每组3个试件，试件均在最佳含水量、最大干密度下静压成型。试验结果如表1所示。

表1 硼灰稳定土与石灰稳定硼灰力学指标

由表1可以看出硼灰稳定土和石灰稳定硼灰都具有较高的抗压强度。在《公路沥青路面设计规范》中对石灰稳定类材料的7d无侧限抗压强度在底基层（轻交通）中要求达到0.7 MPa以上，因此，就抗压强度而言，石灰稳定硼灰可以运用于道路底基层。二者的抗压回弹模量随着养生时间的增长，其回弹模量逐渐增大，而硼灰稳定土的回弹模量在养生初期增加比较明显，常用于道路底基层二灰土和石灰土，抗压模量分别为600～900MPa和400～700 MPa，试验表明，就抗压回弹模量而言，硼灰稳定土与石灰稳定硼灰完全可以运用于道路底基层。从表1中数据可以看出，石灰稳定硼灰的7d劈裂强度明显高于不浸水硼灰土的7d劈裂强度，并且二者的劈裂强度值均随着养生时间的增长而增大。从表1中还可以看出石灰稳定硼灰土和固化剂硼灰稳定土的弯拉强度也在随着养生时间的增长而提高，但从试验数据来看，固化剂硼灰稳定土的弯拉强度更低一些，而石灰稳定硼灰具有较强的弯拉强度，7d就可达到0.44MPa，到90d时弯拉强度可以高达1.07MPa，说明掺加石灰之后的硼灰稳定土在道路底基层中具有优势。

1.2 石灰稳定硼灰与硼灰稳定土的干缩性能

路面开裂的原因很多，裂缝的形式也有很多种，但其中由于半刚性基层材料的干缩而造成路面的开裂是形成面层反射裂缝的主要原因。干缩变形的测试中采用小梁试件，试验中制作了6组，每组分别制作了3个小梁，到预订龄期后分别测试干缩开裂指标和内含水量的损失。试验时每个试件均在最佳含水量、最大干密度下静压成型，结果如表2所示。

表2 石灰稳定硼灰和硼灰稳定土的干缩抗裂性

从表2可以看出硼灰结合料具有较强的抗干缩开裂性，虽然石灰稳定土有较强的抗弯拉强度，但其干缩系数也比较大。随着养生时间的增长，石灰稳定硼灰抗弯拉强度和刚度都有所提高，而干缩系数在降低，开裂指标也随之减小，说明随着养生时间的增长，其抵抗干缩开裂性能有所增强。相比之下，硼灰稳定土虽然随着养生时间的增长干缩系数在降低，但由于其抗弯拉强度较低，养生期60d时干缩开裂指标达到了0.98，充分说明其抵抗干缩开裂性能有所降低。

2 结论

硼灰作为结合料，其应用于底基层结构中的强度很高，但水对强度的增长有很大影响，尤其表现在对硼灰稳定土的强度影响上。因此，倘若在干燥地区，可以考虑将硼灰稳定土应用于道路底基层。综上所述，在低等级道路底基层结构中，由于石灰稳定硼灰土的抗压强度、回弹模量均很高，其他力学指标也能达到底基层技术要求，所以，在硼灰资源丰富的东北地区可以因地制宜地将石灰稳定硼灰运用于道路底基层结构中。

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