粉煤灰对水泥稳定碎石强度影响研究

■张培峰 ■中交集团第二公路工程局华盟公司，陕西 西安 710065

水泥稳定碎石是水泥稳定土的典型代表，利用水泥作结合料，在一定含水量条件下，和级配碎石拌合、摊铺、碾压并养生形成的一种材料，是目前高等级公路最常用的基层形式。水泥稳定碎石具有良好的力学性能，强度高、整体性好、水稳定性强、抗行车疲劳性能好，同时具有施工速度快、造价低等优点，所以被广泛的使用。但其本身也具有施工难度大、早期强度低、容易出现干缩裂缝等缺点，国内不少学者对如何提高水泥稳定碎石的抗裂性进行了广泛的研究［1-3］，参加粉煤灰就是改善水泥稳定碎石抗裂性的重要措施之一［4-6］。本文通过粉煤灰数量的变化，研究了粉煤灰掺量对无侧限抗压强度、最佳含水量的影响。

1 原材料

水泥:秦岭牌PO32.5 普通硅酸盐水泥，陕西耀县水泥厂，基本性能见表1。

集料:集料级配是在规范允许范围的基础上，结合以往实际工程经验，同时考虑水泥稳定碎石的收缩变形和关键筛孔通过率的情况下确定的。具体数据见表2

水:自来水

2 研究方法

本文在级配和水泥剂量固定的基础上，通过粉煤灰掺量的变化，研究无侧限抗压强度和最佳含水量的变化规律，确定粉煤灰的最佳掺量。在此基础上，通过对龄期的研究，反映强度随龄期的变化规律。采用静压成型法成型，每组6 个试件，按照规范要求脱模后标准养护6 天，然后保水24 小时，在路面材料强度仪上进行无侧限抗压强度试验。

3 试验结果与分析

3.1 粉煤灰掺量对无侧限抗压强度的影响

在级配和水泥剂量固定的基础上，分别掺入不同粉煤灰掺量制作无侧限抗压强度试件，粉煤灰掺量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，强度变化规律如图1 所示:

图1 粉煤灰掺量对强度的影响

由图1 可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，7d 无侧限抗压强度也随之降低，说明粉煤灰对水泥稳定碎石的抗压强度有不利影响，粉煤灰掺量越大，不利影响越明显。究其原因，主要是由于粉煤灰的掺入增加了细集料的比例，造成了整个结合料级配的变化，降低了级配碎石的嵌挤作用。另外，由于粉煤灰表面致密且光滑，大部分都是以圆形颗粒存在，降低了结合料的摩阻力，从而造成了7d 无侧限抗压强度的降低。同时，粉煤灰具有延缓水泥水化的作用，掺量越大，延缓作用越明显，因此表现出随着掺量的增加，无侧限抗压强度不断减小。当粉煤灰掺量超过9%时，无侧限抗压强度低于4.0MPa，已经不符合规范要求了，所以粉煤灰掺量最好在9%左右。

3.2 粉煤灰掺量对最佳含水量的影响

在级配和水泥剂量固定的基础上，分别掺入不同粉煤灰掺量做标准击实试验，确定不同掺量情况下的最佳含水量，分析粉煤灰掺量变化对最佳含水量的影响。粉煤灰掺量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，最佳含水量变化规律如图2 所示:

图2 粉煤灰掺量对最佳含水量的影响

由图2 可以看出，随着粉煤灰含量的增加，最佳含水量也在不断增加，整个曲线图中，只有含量从3%到6%变化的时候增长的速率稍微降低一些，其他含量情况下两者几乎成线性关系。

综合上述两个实验的结论，在粉煤灰掺量9%，含水量7.5%时制作水泥稳定碎石，通过养护龄期的变化，研究粉煤灰和含水量一定时，强度随龄期的变化规律。具体实验数据如图3 所示:

图3 龄期对无侧限抗压强度的影响

由图3 可以看出，随着龄期的增加，无侧限抗压强度也在增加，早期强度增加快，后期强度增加慢。7d 到28d 时，抗压强度从4.4MPa 增加到6.5MPa，增加了1.5 倍;从28d 到90d，虽然时间增加了两个月，抗压强度从6.5MPa 增加到7.6MPa，增加了1.2 倍，增加的速率远小于初期;而从90d 到180d 的时候，抗压强度仅仅从7.6MPa 增加到8.2MPa。这是因为粉煤灰在水泥稳定碎石中起到两个方面作用，一是填充作用，二是火山灰效应。从无机结合料开始搅拌到14d，粉煤灰只起到填充作用，水泥稳定碎石的强度主要依靠水泥的水化强度;随着龄期的增加，粉煤灰开始慢慢水化，和水泥的水化产物发生二次反应，形成可以增加强度的胶体，时间越长，形成的胶体越多，从而提高了水泥稳定碎石的无侧限抗压强度。但是到了90d 以后，由于水泥水化产物的不断减少，二次反应也逐渐减少，所以强度增加就慢慢变得缓慢。

4 结论

通过以上图表和实验数据可以得出以下结论:(1)粉煤灰掺量对水泥稳定碎石的无侧限抗压强的影响明显，随着粉煤灰掺量的增加，抗压强度逐渐降低。(2)粉煤灰掺量和最佳含水量成正比关系，随着粉煤灰掺量的增加，最佳含水量逐渐增加。(3)在粉煤灰掺量和含水量固定的条件下，无侧限抗压强度随着龄期的增加而增加，早期增长速率高，后期增长速率低。

［1］王艳，倪富健，李再新.水泥稳定碎石基层收缩性能影响因素试验研究［J］.公路交通科技，2007，24(10):30 -35.

［2］孙兆辉.水泥稳定碎石温度变形特性试验研究［J］.建筑材料学报，2009，12(2):249 -252.

［3］周卫峰，赵可，王德群等.水泥稳定碎石混合料配合比的优化［J］.长安大学学报:自然科学版，2006，26(1):24 -28.

［4］张嘎吱，沙爱民，周宗科.水泥粉煤灰稳定碎石路面的水泥与粉煤灰比例［J］.长安大学学报:自然科学版，2006，26(5):17 -20.

［5］陈潇，周明凯，蔡智等.水泥粉煤灰稳定碎石的力学参数体系研究［J］.公路交通科技，2009，26(3):31 -37.

［6］陈平，陈潇.水泥粉煤灰稳定碎石在高速公路上的应用［J］.武汉理工大学学报，2006，28(7):40 -43.