骨架密实型水泥稳定碎石干缩性能研究

沈 阳，汪仲卿，叶仕镇，邱 实

(苏交科华东(浙江)工程设计有限公司 杭州市 310012)

0 引言

骨架密实结构水泥稳定碎石具有较高强度(抗拉强度)，较低的温缩系数、干缩系数，从而表现出良好的抗裂性能[1-2]。水泥稳定碎石混合料中0.075mm以下的细集料含量越多，混合料抵抗干缩能力越差[3-4]。安徽省、河南省、浙江省、江苏省等都已经提出了抗裂性骨架密实型水泥稳定碎石的级配并制定了地方标准，骨架密实型水泥稳定碎石混合料已经广泛应用在上述省份的公路建设中。主要针对骨架密实型水泥稳定碎石抗裂性能进行研究，分析骨架密实型水泥稳定碎石的干缩性能以及水泥剂量对骨架密实型水泥稳定碎石干缩性能的影响。

1 水泥稳定碎石级配设计

水泥稳定碎石材料均采用四档料，分别为：0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，各挡材料的筛分结果见表1。

表1 石料筛分结果

通过对四档材料进行级配设计，分别得到骨架密实型水泥稳定碎石和悬浮密实型水泥稳定碎石的设计级配，设计级配详见表2、表3、图1、图2。

图1 悬浮密实型水稳定碎石级配

图2 骨架密实型水稳定碎石级配

表2 骨架密实型水泥稳定碎石级配

表3 悬浮密实型水泥稳定碎石级配

2 干缩试验结果分析

现今测量水泥稳定级配碎石干缩特性有两种常用方法：一种是通过读取安装在试件两侧的千分表数值来反映试件本身的干缩特性，精确度可达10-6；另一种是使用电阻应变计通过被测材料试件与补偿试件接入卧式半桥连接而产生的电阻变化率精确测定试件本身的干缩特性，精确度可达10-11。根据试验条件和对精度的要求，本项目采用千分表测量干缩量的方法，即将两只千分表安装在试件两侧，分别读数，总和即为干缩量，并对试件称重。

失水率：

(1)

干缩应变：

(2)

平均干缩系数：

(3)

式中：M0—标准试件的初始重量(g)；

Mt—干缩试验t时标准试件的重量(g)；

w—试件的含水量，以试件的最佳含水量代；

δl0、δr0—千分表左表、右表初始读数(mm)；

δlt、δrt—干缩试验t时千分表左表、右表读数(mm)；

L0—试件的初始长度(400mm)；

εt—试验期为t时的干缩应变；

αt—干缩试验t时的平均干缩系数。

本次干缩试验分为两组，每组5个平行试件，三组试件分别为3.0%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件、3.0%水泥剂量悬浮密实型水泥稳定碎石试件以及2.5%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件。通过室内干缩试验对比研究级配类型以及水泥剂量对水泥稳定碎石材料干缩性能的影响。

(1)骨架密实型水泥稳定碎石干缩性能影响分析

通过表4及图3、图4可知骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石试件的干缩应变与干缩系数随着失水率的增加而逐渐增大。骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石试件第7d干缩应变和干缩系数相对于第28d干缩应变和干缩系数均呈现急剧增加的趋势。骨架密实型水泥稳定碎石试件第28d的干缩应变是第7d干缩应变的2.61倍，干缩系数是第7d干缩应变的2.03倍。

表4 骨架密实型与悬浮密实型水泥稳定碎石试件干缩试验结果

图3 干缩应变随失水率变化曲线

图4 干缩系数随时间变化曲线

悬浮密实型水泥稳定碎石试件第28d的干缩应变是第7d干缩应变的2.76倍，干缩系数是第7d干缩系数的2.12倍。第28d后骨架密实型水泥稳定碎石和悬浮密实型水泥稳定碎石试件干缩应变和干缩系数增加速度均逐渐变缓。骨架密实型水泥稳定碎石试件第100d后的干缩应变相对于28d的增加了37.4%，干缩系数增加了16.3%；悬浮密实型水泥稳定碎石试件第100d后的干缩应变相对于28d的增加了113.5%，干缩系数增加了78.6%。

随着时间的推移骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石的干缩应变与干缩系数在28d后增长幅度逐渐变缓，但是悬浮密实型水泥稳定碎石试件的增长幅度明显要大于骨架密实型水泥稳定碎石试件。骨架密实型水泥稳定碎石试件的干缩应变和干缩系数均小于悬浮密实型水泥稳定碎石试件。

(2)水泥剂量对骨架密实型水泥稳定碎石干缩性能得影响

通过表5及图5、图6可知水泥稳定碎石试件的干缩应变与干缩系数随着失水率的增加而逐渐增大。骨架密实型水泥稳定碎石试件前28d干缩应变和干缩系数急剧增加，28d后增速逐渐放缓。3.0%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件第100d龄期干缩系数相应于28d龄期增加了16.3%，干缩应变增加了37.4%。2.5%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件第100d龄期干缩系数相应于28d龄期增加了8.5%，干缩应变增加了27.6%。

表5 不同水泥剂量骨架密实型水泥稳定碎石试件干缩试验结果

图5 干缩应变随失水率变化曲线

图6 干缩系数随时间变化曲线

通过对比可知：2.5%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件的干缩应变以及干缩系数均比3.0%水泥剂量的骨架密实型水泥稳定碎石试件的干缩应变和干缩系数要低。

3 结论

(1)骨架密实型水泥稳定碎石试件干缩应变和干缩系数要低于悬浮密实型水泥稳定碎石试件，骨架密实型水泥稳定材料的干缩抗裂性能要优于悬浮密实型。

(2)水泥稳定碎石材料的干缩均主要发生在前28d，后期干缩应变以及干缩系数增长缓慢，但是悬浮密实型水泥稳定碎石试件的后期增长幅度明显要大于骨架密实型水泥稳定碎石试件。

(3)水泥稳定碎石材料性能受水泥剂量影响较大，2.5%水泥剂量的干缩系数相应于3.0%水泥剂量的干缩系数降低了28.3%。因此在施工实际过程中，尽量避免单纯通过提高水泥剂量来提高强度指标，建议对水泥稳定材料级配进行优化设计。