活性粉末对水泥稳定碎石抗裂性能的影响研究

胡云

摘要：文章从水泥稳定碎石的开裂原理出发，对掺入了活性粉末的水泥稳定碎石的间接抗拉强度以及收缩性能进行研究，并结合实际工程验证了研究成果。

关键词：水泥稳定碎石;活性粉末;间距抗拉强度;收缩性能

0 引言

水泥稳定碎石常用来提供给公路结构作为稳定牢固的工作面层使用，以将其受到的荷载向下传递，并改善其面层结构的排水情况。水泥稳定碎石的质量好坏直接影响到路面的使用性能，而当水泥稳定碎石由于收缩而导致的应力比其自身抗拉强度高时，将会导致水泥稳定碎石出现裂缝。裂缝的出现将会削弱路面的结构功能，影响其长期使用[1-2]。本文将从掺入活性粉末的角度出发，研究活性粉末与水泥稳定碎石抗裂性之间的关系。

1 水泥稳定碎石间接抗拉强度试验

水泥稳定碎石的间接抗拉强度是其主要的力学指标之一[3]。当层面厚度一致时，其抗裂性能与抗拉强度成正比。在荷载以及环境的影响下，强度较高的水泥稳定碎石容易出现断裂破坏，进而对公路使用寿命造成影响。因此，研究水泥稳定碎石的间接抗拉强度有重要意义，本文间接抗拉强度试验按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行。所得结果如表1所示。

从图1中可看出，水泥稳定碎石的间接抗拉强度可通过掺入活性粉末进行改善。水泥稳定碎石在掺入粒化高炉矿渣之后的间接抗拉强度在7～28d达到最大，但单掺粉煤灰以及复掺活性粉末的水泥稳定碎石在90～180d时赶超了掺入粒化高炉矿渣的水泥稳定碎石。

分析可知，水泥稳定碎石在掺入活性粉末之后间接抗拉强度之所以能够有所改善，主要是因为活性粉末提高了水泥稳定碎石的填充效应以及二次水化反应。水泥稳定碎石在掺入粒化高炉矿渣后能提高其早期的间接抗拉强度，主要是因为掺入的粒化高炉矿渣能与水泥相互促进，从而使其早期间接抗拉强度有所提高。水泥稳定碎石在复掺了活性粉末以及单掺粉煤灰时，由于其存在粉煤灰，使其早期具有相对较慢的水化反应，致使其具有较低的间接抗拉强度，但当时间达到90～180d时，其二次水化反应逐渐完全，进一步提高了间接抗拉强度，使其比掺入了粒化高炉矿渣的间接抗拉强度要高。

2 水泥稳定碎石收缩性能研究

水泥稳定碎石与路面性能有直接关系。干燥收缩和温度收缩是水泥稳定碎石的主要收缩方式[4]。表层水分的蒸发以及内部水化是水泥稳定碎石干燥收缩的两种模式，其主要发生在施工阶段。

2.1 干缩机理

当水泥稳定碎石内部发生水化反应时，含水量的变化引起体积变化，即表现出干燥收缩的现象。在完成水泥稳定碎石的铺设之后，随着其水化反应的不断进行导致其内部不断产生应力，并且随着水化反应的不断进行而导致其应力不断增大，收缩效果越来越显著。若放任该种现象进行下去，将会导致其干缩现象更加显著，此时若该水泥稳定碎石不具备足够的强度，将会导致基层材料出现损伤。随着水分不断丢失，干裂缝将会不断产生，即使相应的面层铺设完成之后，内部水分仍然会出现不断下降至失水率等于0的情况，使路面出现破坏。

2.2 干缩试验结果

由于篇幅所限，本文仅针对性地列出部分数据，具体如表2所示。

由试验结果可知：

（1）当水泥稳定碎石在加热搅拌时，随着不断增长的龄期，水泥剂量越多，需要的用水量越多，因其水化反应就释放越多的热量。但在凝结硬化的时候，水泥稳定碎石具有更大的失水率，即其具有更大的收缩变形量。因此，水泥剂量与干缩现象成正比。由于高炉矿渣的二次水化反应较快，因此需要更多的用水量，水化反应时所释放的热量就越大，导致其干缩变形量越大;而由于水泥稳定碎石在复掺活性粉末之后有粉煤灰的存在，导致其在保障水化速率的前提下也改善了水泥浆体的内部结构，降低了水化反应的放热作用，从而使其干缩变形量有所下降。当水泥稳定碎石中有活性粉末的加入，其失水率有所降低，使水化反应释放的热量减小，从而使其干缩变形量有所下降，改善了干燥收缩的现象。

（2）在降低水泥稳定碎石中水泥的用量时，其干缩变形有所降低。主要原因是在降低了水泥稳定碎石的水泥剂量时，其需水量以及水化放热效应有所下降，继而降低了干缩应力，提高了水泥稳定碎石抗收缩性能[5]。掺入了高炉矿渣之后的水泥稳定碎石前期收缩较大，后期收缩则趋于平缓。水泥稳定碎石在单掺粉煤灰以及复掺活性粉末时整体的干缩应变较小，主要原因是活性粉末的填充作用以及二次水化反应改善了水泥稳定碎石的内部结构，继而使其抗收缩性能有所提高。

（3）水泥稳定碎石在试验初期的失水率较大，主要是因为水泥稳定碎石内部结构与外界有较多孔隙连接，水分散失程度较高，导致其表现出失水率较大的现象;在试验中期，其失水率有所下降，主要是因为水泥稳定碎石在该阶段有较多的水化产物，使其内部结构密实化，水分难以蒸发;在试验后期，其仅具有较低的失水率并趋于稳定状态，此时其内部结构更加密实，水分蒸发难度更大。水泥剂量与失水率成反比，主要是因为水泥的掺入使其水化反应具有较多的产物，增强了内部结构的密实度，使水分难以蒸发，并且由于水泥剂量的上升，导致自由水被水化反应所消耗，致使其失水率下降。水泥稳定碎石在掺入了活性粉末之后改善了内部结构，孔隙被填充从而使水分蒸发难度增高。

（4）水泥稳定碎石在测试初期具有较大的干缩系数，主要是因为水泥稳定碎石的失水率较大，水泥稳定碎石的体积因水分的挥发而显著收缩。在试验中期，其干缩系数不断降低，主要是由于此时的失水率已有所减少，从而使体积收缩受到的影响减小;在试验后期，其干缩系数趋于稳定，主要是因为水泥稳定碎石此时的失水率已较低，水泥稳定碎石体积受到的影响较小，以至于其干缩系数有所下降[6]。水泥稳定碎石在复掺活性粉末之后具有较小的干缩系数，是因为复合活性粉末的加入能够使其水化反应的速度有所上升，水化反应释放的热量较低而强度有所上升，并且因为含有粉煤灰，能使其内部结构有所改善，失水率有所降低，使水泥稳定碎石在掺入了复合活性粉末之后具有最小的干缩系数。

3 实体工程

在上述所确定的级配的基础上，结合工程經验优化了矿物的配合比，特别是使4.75mm以及0.075mm关键筛孔的通过率有所降低，以使混合料在后期的抗裂性能有所上升。试验段矿料级配设计如表3所示。

3.1 试验路段

试验路段无侧限抗压强度如表4所示。

4 结语

通过对比试验段以及对比段取样样本的无侧限抗压强度可知，其仅具有较小的差异，说明试验的离散性较小，对于工程质量的控制而言具有较大的意义。活性粉末的掺入能够有效地提高水泥稳定碎石的无侧限抗压强度。

参考文献：

[1]王建军.高速公路桥梁中抗裂性水泥稳定碎石基层质量控制[J].四川建材，2020，46（1）：148，152.

[2]唐存孝.道路抗裂型水泥稳定级配碎石基层的施工研究[J].建材与装饰，2019（26）：275-276.

[3]宋建军，李延盛，蔡乾东，等.抗裂耐久型水泥稳定碎石设计与施工控制措施[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（8）：38-40.

[4]李文斌.抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术研究[J].交通世界，2019（23）：54-55，58.

[5]王银州.分析抗裂型水泥稳定碎石基层的双层连铺施工工艺[J].科技创新导报，2019，16（22）：33-34.

[6]于亚军.抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术分析[J].中国公路，2019（9）：96-97.