超细纤维水泥稳定碎石的力学特性分析

郑建峰

(天津高速公路集团有限公司，天津 300384)

超细纤维水泥稳定碎石的力学特性分析

郑建峰

(天津高速公路集团有限公司，天津 300384)

通过系统的试验，分析超细纤维的掺量对水泥稳定碎石抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量等路用性能指标的影响规律，试验结果表明：超细纤维的掺入可以有效提高水泥稳定碎石的强度，对抗压回弹模量影响不大，试验范围内，超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度、劈裂强度随着超细纤维掺量的增大而提高。

公路工程；超细纤维；水泥稳定碎石；强度；回弹模量

1 原材料性质

1.1 水泥

试验用水泥为P.O.325 普通硅酸盐水泥，水泥的技术指标如表1所示。

表1 水泥的技术指标

1.2 碎石

试验用碎石产自天津蓟县，压碎值为21.3%，满足规范的要求。

另外，根据《公路路面基层施工技术规范》的相关要求。作为公路基层材料的水泥稳定碎石，其矿料级配需要满足一定的要求，本文选用的水泥稳定碎石的级配如表2所示。

表2 碎石的级配

1.3 超细纤维

本文试验用超细纤维的技术指标如表3所示。

表3 超细纤维的技术指标

2 试验方法

根据表2中的级配，固定4.5%的水泥掺量，在水泥稳定碎石中分别掺入0%、0.03%、0.06%、0.09%的超细纤维。将超细纤维在水泥稳定碎石中掺拌均匀之后，制作15 cm×15 cm的圆柱形试件，而后根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中的试验方法分别测定超细纤维水泥稳定碎石不同龄期的抗压强度、劈裂强度，以及抗压回弹模量。

3 试验结果与分析

3.1 超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度

将按照试验配合比制作的试验试件进行标准养护，分别测定其不同龄期的无侧限抗压强度值，绘出超细纤维水泥稳定碎石抗压强度随超细纤维掺量的变化曲线如图1所示。

图1 超细纤维掺量对水泥稳定碎石抗压强度的影响

从图1中的试验结果可知，超细纤维的掺量对水泥稳定碎石的7 d无侧向抗压强度影响很小，但是，当龄期超过28 d时，超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度随着超细纤维掺量的增大而线性提高(试验范围内)，相对于不掺超细纤维的水泥稳定碎石，超细纤维掺量分别为0.03%、0.06%和0.09%时，超细纤维水泥稳定碎石的90 d龄期抗压强度分别提高了9.2%、17.2%和23.9%。这主要是因为，在水泥稳定碎石中掺入适量的超细纤维，超细纤维均匀分布于碎石之中，利用碎石与纤维之间的相互摩擦，可以提高混合料的抗压强度；在试件成型早期(7 d龄期之前)，水泥的粘结强度尚未完全形成，超细与碎石之间重要依靠摩擦嵌挤形成整体，而在成型28 d之后，水泥稳定碎石的强度提高并稳定，水泥的粘结、碎石的嵌挤以及超细纤维的加筋效应共同作用，使得超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度有了很大程度的提高。

与一般的水泥稳定碎石等半刚性材料相似，超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度随着养护龄期的增大而提高，抗压强度随龄期的变化曲线如图2所示。

图2 超细纤维水泥稳定碎石抗压强 度随龄期的变化曲线

从图2可以看出，不同纤维掺量的超细纤维水泥稳定碎石抗压强度均随着养护龄期的增大而显著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，龄期达到28 d之后，抗压强度的提高速率放缓、逐步稳定。

3.2 超细纤维水泥稳定碎石的劈裂强度

劈裂强度是考察基层材料抗拉性能的常用技术指标，试验测得不同龄期、不同超细纤维水泥稳定碎石的劈裂强度，绘出超细纤维掺量及龄期对劈裂强度的影响曲线，如图3、图4所示。

图3 超细纤维掺量对水泥稳定碎石劈裂强度的影响

图4 超细纤维水泥稳定碎石劈裂强度 随龄期的变化曲线

从图3、图4的试验结构可以看出，与抗压强度规律相似，超细纤维水泥稳定碎石劈裂强度随龄期随着超细纤维掺量的增大而提高，随着龄期的增大而提高。7 d龄期时，掺加超细纤维的水泥稳定碎石的劈裂强度几乎不随超细纤维的掺量提高而变化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂强度显著增加。不同超细纤维掺量时超细纤维水泥稳定碎石的180 d龄期劈裂强度提高值约为15.5%～55.9%，可见，超细纤维的掺入可以有效提高水泥稳定碎石的间接抗拉强度。

3.3 超细纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量

参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的相关方法，分别测得90 d龄期时，不同纤维掺量时超细纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量值，如表4所示。

表4 超细纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量

从表4的试验结果可以得知，超细纤维的掺量对超细纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量值影响很小，混合料的抗压回弹模量基本上不随超细纤维的掺量变化而提高。这主要是由于水泥稳定碎石中，对抗变形能力的影响主要取决于水泥的粘结力和碎石之间的结构嵌挤，超细纤维的加筋作用对混合料的抗变形能力影响很小。

4 结 论

(1)超细纤维的掺量对水泥稳定碎石的7 d无侧向抗压强度影响很小，但是，当龄期超过28 d时，超细纤维水泥稳定碎石的抗压强度随着超细纤维掺量的增大而线性提高(试验范围内)，相对于不掺超细纤维的水泥稳定碎石，超细纤维掺量分别为0.03%、0.06%和0.09%时，超细纤维水泥稳定碎石的90 d龄期抗压强度分别提高了9.2%、17.2%和23.9%。

(2)不同纤维掺量的超细纤维水泥稳定碎石抗压强度均随着养护龄期的增大而显著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，龄期达到28 d之后，抗压强度的提高速率放缓、逐步稳定。

(3)超细纤维水泥稳定碎石劈裂强度随龄期随着超细纤维掺量的增大而提高，随着龄期的增大而提高。7 d龄期时，掺加超细纤维的水泥稳定碎石的劈裂强度几乎不随超细纤维的掺量提高而变化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂强度显著增加。不同超细纤维掺量时超细纤维水泥稳定碎石的180 d龄期劈裂强度提高值约为15.5%～55.9%。

(4)超细纤维的掺量对超细纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量值影响很小，混合料的抗压回弹模量基本上不随超细纤维的掺量变化而提高。

[1] 杨润军．半刚性基层沥青路面病害调查分析及评价研究[J]．公路交通科技(应用技术版)，2016，(10)：10-11．

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Adissertationonthemechanicalpropertiesanalysisofsuperfinefibercementstabilizedmacadam

ZHENG Jian-feng

(Tianjin Expressway Group Co., Ltd.，Tianjin 300384，China)

Through systematic experiments, the influence law of superfine fiber content on the compressive strength, cleavage strength and compressive modulus of resilience were analyzed. The test results show that the addition of superfine fibers can effectively improve the strength of the cement stabilized macadam, and it will not affect the compressive modulus of resilience. The compressive strength and cleavage strength of superfine fiber cement stabilized macadam would increase with the superfine fiber content increase in the test range.

highway engineering; superfine fiber; cement stabilized macadam; strength; modulus of resilience

2017-05-11

郑建峰(1976-)，男，河北望都人，高级工程师，主要从事高速公路的建设与质量管理研究。

U416

A

1008-3383(2017)11-0005-03