不同掺量粉煤灰的水泥稳定碎石基层综合路用性能分析

王 敏

(杨凌职业技术学院，陕西 杨凌712100)

水泥稳定类和石灰粉煤灰稳定类半刚性材料常用于道路基层与底层。水泥稳定类结构虽然早期强度较高，但是后期强度增长缓慢，抗裂性能差;石灰粉煤灰稳定类结构早期强度低，优质石灰匮乏、消解难度大。日益凸显的缺点制约着这两类结构广泛应用，为克服原有结构的缺陷，提高强度、降低成本、改善路用性能，通过掺入粉煤灰对水泥稳定碎石进行改性已成为研究的重点之一。粉煤灰蕴藏量丰富，成本低廉，后期强度高、整体性能好，外掺粉煤灰可以改善和提高水泥稳定碎石材料的综合路用性能。

1 试验方案

1.1 原材料

水泥采用42.5 级普通硅酸盐水泥，碎石采用压碎值为21.2%石灰岩，其它指标均符合要求。表1 和表2 分别列出水泥和粉煤灰的技术指标。

表1 水泥检验结果

表2 粉煤灰的化学性质分析

1.2 试验方案

本次试验选用级配A 和B 2 种均为骨架密实型级配集料，其中B 型选用的是《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2006)中推荐的骨架密实型，且B 级配空隙率比A 级配大，具体级配指标见表3。

表3 外掺粉煤灰水稳碎石混合料级配

2 力学性能研究

2.1 无侧限抗压强度

不同掺量粉煤灰的水稳碎石混合料，经试验分别测得7d、28d、90d 龄期所对应的无侧限抗压强度结果见表4。分析试验结果可以得出:混合料的抗压强度随龄期的增长而呈现增大的趋势，初期增长速度较快，强度大小接近，相同掺量的水泥稳定碎石混合料的强度28d 后强度增长变缓如图1 所示。

表4 外掺粉煤灰水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度

图1 混合料不同龄期的抗压强度

图2 粉煤灰不同掺量对混合料抗压强度的影响

粉煤灰掺量对水稳碎石抗压强度的影响如图2。由图2 可以看出，外掺粉煤灰掺量从3%增加至7%，A级配的水泥稳定碎石混合料7d、28d、90d 抗压强度也随之增长，但在粉煤灰掺量达到9%时，其中28d、90d的抗压强度下降。B 级配混合料在粉煤灰掺量超过9.5%时，抗压强度也出现了下降趋势。可见，在粉煤灰的掺量与混合料7d、28d、90d 的强度增长之间，存在一个粉煤灰的最佳掺量值。经分析，对于级配A 和B，粉煤灰最佳掺量分别约为7%和9.5%。

2.2 劈裂强度

劈裂强度通过对无机结合料稳定土的间接抗弯拉试验方法(劈裂试验)(T0806－94)参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行，采用不加载压条的方式。不同掺量粉煤灰的4 种混合料在A 级配和B级配条件下，7d、28d、90d 劈裂强度结果及其变化规律见表5 和图3。随着粉煤灰掺量和剩余空隙率大小的变化，相同类型的级配混合料劈裂强度存在峰值，表明存在最佳粉煤灰用量范围，对应不同级配粉煤灰掺量范围为7%～9.5%。水泥和粉煤灰比例相同的情况下，集料级配偏细、孔隙率较小时则劈裂强度较高。

表5 外掺粉煤灰水泥稳定碎石不同龄期的劈裂强度

图3 粉煤灰掺量对混合料劈裂强度的影响

3 抗裂性能研究

3.1 试验方法

半刚性基层材料的抗裂性能从抗温缩和抗干缩两个方面来体现。测试试件采用10cm×10cm×40cm 中梁，温度收缩试验采用静态电阻应变仪，干燥收缩试验采用变态电阻应变仪，精度较高，能达到10－6m。

温度区间内平均温缩系数αti见式(1)。

干燥收缩系数指每单位含水量变化时的应变值，干缩试验在高低温烘箱中进行，试件与温缩试验所用试件相同。取每两次测定的含水量ωi、ωi+1及计算得出的应变εi、εi+1，进行计算可得αi见式(2)。

将αi近似认为是在含水量ωi、ωi+1之间的干燥收缩系数，即用平均值代替真值。

3.2 外掺粉煤灰对水稳碎石材料抗裂性能的影响

外掺粉煤灰水稳碎石材料温缩和干缩试验结果如表6。为进行直观的比较，用同样的方法和条件测试水稳碎石的干缩与温缩系数如表7。通过试验数据比较，可见外掺粉煤灰可以降低水稳碎石材料的温缩系数与干缩系数，增加半刚性材料的抗裂性能，使得半刚性基层沥青路面的使用寿命得到延长。

表6 外掺粉煤灰水稳碎石的温缩和干缩试验数据

表7 水稳碎石温缩和干缩试验数据

3.3 外掺粉煤灰掺量对水稳碎石材料抗裂性能的影响

2 种级配类型的混合料，平均温缩系数达到最小，这就要求粉煤灰的用量存在最佳用量。A 级配混合料，粉煤灰的最佳掺量为7%，平均温缩系数为9.74με/℃。当粉煤灰剂掺量为3%时，平均温缩系数为10.67με/℃，相比增长了9.5%。粉煤灰掺量为9%时，平均温缩系数为10.19με/℃，增长了4.6%;B级配混合料，当粉煤灰掺量为9.5%时，混合料的温缩系数最小，为9.22με/℃。随着粉煤灰的掺量的减少，平均温缩系数逐渐增大，粉煤灰掺量为5.5%时，平均温缩系数为10.34με/℃，增大12%，当粉煤灰掺量超过10%，平均温缩系数迅速增长，为11.17，增大21%。因此，综合考虑2 种级配类型混合料的温缩，粉煤灰的推荐合理掺量为5%-9.5%。

A 级配和B 级配的干缩系数相差不大，集料级配对混合料的干缩系数的影响较小。粉煤灰颗粒填充于水泥浆体中水泥颗粒间空隙后，能使水泥浆的密实度明显提高，硬化后水泥浆体的干缩明显减少，降低混合料的开裂，提高了混合料的抗裂性能［4］。

4 结 论

通过对2 种级配混合料的力学性能和收缩性试验分析，不同掺量粉煤灰的水泥稳定碎石虽然降低半刚性材料的强度，但是降低了水稳碎石材料的温缩与干缩系数，从而增强半刚性材料的抗裂性能，提高了综合路用性能。针对骨架密实型级配的水泥稳定碎石混合料，粉煤灰的推荐外掺量最佳为5%－9%。

［1］王颖.外掺粉煤灰水泥稳定碎石路用性能研究［D］.长安大学，2011.

［2］刘怀相.掺粉煤灰水泥稳定碎石路用性能的研究［J］.北方交通，2007，10:34-37.

［3］余峰，李永亮，杨红辉.粉煤灰在水泥稳定碎石基层中的应用［J］.中外公路，2004，04:150-152.

［4］胡建强.外掺粉煤灰在水泥稳定碎石中最佳值的探讨［J］.北方交通，2010，02:18-19.