掺加胶粉的水泥稳定碎石无侧限抗压强度性能研究

王云鹏，杨文平，张明堂 （华北水利水电大学，河南 郑州 450000）

1 引言

水泥稳定碎石半刚性基层材料具有强度高、稳定性好、刚度大、低造价和原材料来源广泛等优点。但是在水分缺失、温度变化较大等自然因素和超载车辆不断碾压的综合作用下，水泥稳定碎石基层材料具有收缩变形大、易开裂等缺点。废旧轮胎由于技术限制，不能再发挥其原来的作用，但是良好的弹性和可塑性仍然存在，且没有粘性，胶粉的憎水性可以确保其难以吸收水分。如果将其掺在混合料中，可以赋予混合料一定的韧性，同时也可以提高水泥稳定碎石基层的抗冻性。同济大学熊杰等人发现：掺有橡胶颗粒的水泥稳定碎石基层的抗压强度与橡胶颗粒的掺量呈负相关；何勇等人系统研究了含有橡胶颗粒的水稳天然骨料的力学强度，他们发现：水稳天然集料混合料的抗压强度与掺加橡胶颗粒的粒径大小有关系，抗压强度与橡胶粒径呈负相关，橡胶颗粒粒径越小，抗压强度损失率越小。覃峰等人通过对含不同掺量胶粉的水泥稳定碎石试件的无侧限抗压强度试验和抗冲刷性能试验，测定和分析不同掺量的橡胶粉水泥稳定碎石的无侧限抗压强度和抗冲刷能力变化，对橡胶粉水泥稳定碎石基层的稳定性进行评价。本文主要研究胶粉对水泥稳定碎石基层材料抗压强度的影响。

2 原材检测

2.1 水泥原材检测

水泥是一种水硬性胶凝材料，其主要化学成分为3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3，能够在水中硬化，保持强度的持续增长。作为一种极其重要的胶结材料，被广泛的应用在土木、水利、交通道路等不同的工程中。依据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015），对水泥进行原材检测。检测结果见表1。

2.2 碎石原材检测

由于水泥稳定碎石基层的强度来源主要是靠集料之间的嵌挤作用和水泥的胶结强度来实现的，所以集料的质量极为重要。集料应干净，干燥，无风化。其中要求集料颗粒应有棱角且具有足够的强度。一般来讲，在最佳含水率的状态下，级配较为良好的集料与适当的水泥剂量，通过压实和养生，可以得到性能优良的水泥稳定碎石基层。碎石原材检测结果见表2。

水泥原材检测结果 表1

碎石原材检测结果 表2

3 试验方法及实验结果分析

3.1 试件的制备

本课题试验所选用的骨料最大公称粒径小于19mm，属中粒土，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009），采用静压成型法，制作规格为φ100mm×100mm的圆柱形试件。然后放入养护室（温度保持在25℃±2℃）内进行养生，在养生期的最后一天需把试件在水中浸泡24h，再进行试验。

3.2 无侧限抗压强度试验

3.2.1 试验过程

将养生到期的试件从水中取出，用毛巾擦拭试件，吸取试件表面自由水至表干状态备用，放在试验机上，进行抗压强度试验。在试验过程中，微机端采用1mm/min的速率以保证试件能够保持恒定的形变速度，记录试件破坏时的最大压力 P（N）。

3.2.2 试验结果

见表3。

3.2.3 试验结果分析

①依据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF 20-2015），每组试件的抗压强度变异系数不得大于10%。由表可知，胶粉掺量不同的混合料，其变异系数均小于10%，变异系数较小，说明试件制作规范，其测得的抗压强度数据更加具有准确性。

不同胶粉掺量下28d无侧限抗压强度 表3

②掺加橡胶粉混合料成型的试件28d无侧限抗压强度明显降低，且胶粉掺量越高，强度越低。这是因为胶粉的特质，在试件受到外力作用时，胶粉颗粒会产生形变，不能给结构提供足够的支撑。当混合料承受外力作用的时候，胶粉不能和细集料一样发挥嵌挤作用，表现为掺加胶粉的试件28d无侧限抗压强度低于未掺加胶粉的试件。

4 结论

掺加橡胶粉的混合料无侧限抗压强度有所下降，并且胶粉的掺量越多，其力学性能越差。通过查阅相关的文献，发现这是因为胶粉本身承受压力的能力较差和结合能力弱的特点，不利于混合料的强度开展和结合面的强度上升。