SRX聚合物级配碎石强度特性分析

何丽红，马悦帆，邓 稳,2，朱洪洲，郝增恒

(1. 重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400074； 2. 重庆市设计院有限公司，重庆 400010；3. 重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400060)

SRX(solution road soilfix)聚合物材料是Romix公司研发的一种新型路用稳定剂，旨在确保30年乃至更长时间内道路基层不被破坏。该聚合物材料是由多种压力敏感性树脂和高强抗老化树脂混合而成的共聚物溶液，主要有效成分为聚甲基丙烯酸乙酯[—(CH2CCH2-COOCH2CH3)n—]，具有较强的耐高温性能[1-2]。该材料在技术品质、适用条件、施工工艺及综合经济造价等方面均具有突出的优势与创新性，主要用于沥青路面的中、下面层和基层，形成全厚式强而韧结构的长寿命沥青道路[3-5]。

已有研究表明：SRX聚合物路基土壤较传统标准硅酸盐水泥稳定土壤工程性能更优，且可显著降低路基的车辙病害。疲劳试验显示：经过700万次循环负载，SRX聚合物基层没有损害，该指标是水泥稳定材料的100倍。工程实践证明：SRX水基聚合物材料可作为柔性基层材料，还可应用于沙漠地区[6]；朱洪洲等[7]通过室内CBR试验得出，随着SRX掺量增加，SRX聚合物稳定级配碎石CBR值增幅依次为D19.0 mm>D31.5 mm>D26.5 mm；张敏江等[8]通过CBR试验和抗压回弹模量试验得出，当SRX溶液掺量为0.50%时，天然砂砾CBR值为227.85%，回弹模量为520 MPa；试验路检测结果表明，SRX聚合物稳定基层可有效防治反射裂缝；薛金顺等[9]通过垂直振动仪成型SRX聚合物级配碎石试件，发现其力学性能均随SRX掺量增加而增大，但随着掺量增加，增大幅度会下降。

鉴于此，笔者采用CBR试验研究SRX聚合物级配碎石强度特性，分析其关键影响因素，为SRX聚合物柔性基层的应用提供试验基础和理论依据。

1 试 验

1.1 原材料

SRX聚合物由Romix International Ltd.公司生产，密度为1.02 g/cm3，固含量为29.76%，黏稠度为85 MPa·s，pH值为8，沸点为97.0 ℃，与水完全互溶。

集料和石灰岩均由重庆奉节县富家沟石灰岩开采有限公司提供。按粒径大小分为4档，分别为20～30、10～20、5～10、0～5 mm，各项技术指标均满足规范要求。

1.2 配合比设计

1.2.1 级 配

选用JG(最大粒径26.5 mm，D26.5 mm)和GM(最大粒径31.5 mm，D31.5 mm)两种级配，如表1。集料各项技术性能均符合JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》要求[10]。

表1 混合料级配Table 1 Mixture grading

1.2.2 SRX掺量

采用外掺法添加SRX聚合物，其掺量分别为0.25%、0.50%及0.75%；通过SRX聚合物级配碎石的CBR值确定SRX聚合物最佳掺量。

1.3 养生条件

SRX聚合物是一种水基材料，常温下具有较好的流动性，可与集料直接拌和，自然养生即可形成强度。笔者参考土石材料风干室内试验方法，根据道路施工实际环境条件及Romix International Ltd.公司养生条件指标，室外自然养生(平均气温约30 ℃)，养生龄期为2、6、10、15 d。

1.4 强度指标

SRX聚合物是由煤、石油和天然油类等材料提炼出的各类单体树脂聚合成的棕灰色液体，其级配碎石类似冷拌沥青混合料，均属于柔性基层。我国柔性基层强度设计指标主要是参考加州承载比(CBR)值，故以CBR值作为SRX聚合物的评价指标[11-12]。笔者根据文献[13-14]要求，依据高速公路、一级公路等柔性基层的特性，设定SRX聚合物级配碎石浸水4 d室内CBR值大于250%。

2 SRX聚合物级配碎石强度特性

2.1 压实特性分析

SRX聚合物级配碎石压突特性与混合料的密实度、强度密切相关[15]。参考文献[16]，采用重型击实方法获得SRX聚合物级配碎石的最佳含水率与最大干密度。当SRX掺量为0.50%时，级配JG、GM的SRX聚合物级配碎石的含水率和干密度关系如图1。

图1 SRX聚合物级配碎石的含水率和干密度的关系Fig. 1 Relationship between moisture content and dry density ofSRX polymer graded crushed stone

由图1可知：JG、GM混合料最佳含水率分别为3.84%、3.77%，最大干密度分别为2.396、 2.399 g/cm3。

2.2 CBR值关键影响因素

2.2.1 级 配

两种级配(JG、GM)SRX聚合物级配碎石的CBR值见表2。

表2 SRX聚合物级配碎石CBR值Table 2 CBR value of SRX polymer graded crushed stone

由表2可看出：未掺SRX时，JG碎石力学性能较GM级配高，JG、GM碎石的CBR值分别为134%、118%。这是由于JG为连续密级配，粗、细集料搭配均匀，形成以粗集料嵌挤骨架、细集料填充空隙的骨架密实结构，具有较大的内摩擦力。

掺入SRX聚合物后，两种级配CBR值均随SRX掺量增加而增大，但增大幅度逐渐减小。在养生龄期和SRX掺量相同的条件下，JG的CBR值依然高于GM的，0.50%的SRX聚合物级配碎石自然养生10 d，JG、GM的CBR值分别为361%、345%，表明SRX聚合物可明显改善不同级配碎石的强度特性，在工程实践中可优先选用JG级配。

2.2.2 SRX掺量

不同养生龄期下，SRX掺量与CBR值关系曲线如图2。

图2 SRX掺量与CBR值关系Fig. 2 Relationship between SRX content and CBR value

从图2可看出：两种级配的CBR值均随SRX掺量增加而增大，因为SRX聚合物是一种水基聚合物，溶于水后会以水为载体，在集料间充分流动，会均匀分散到集料表面，经过重型击实仪有效击实，待水分蒸发后，集料之间形成有机黏膜将散粒集料牢固地黏结成整体，形成承载强度，使得CBR值增大；随着SRX掺量增加，SRX聚合物级配碎石的CBR值增长幅度减缓，由于SRX聚合物具有水性特征，流动性较大，部分SRX聚合物未能充分分散到集料表面，且在拌和及击实过程中有少量损失，强度增幅减缓。

2.2.3 养生龄期

道路基层的养生龄期是施工的关键，通过测试SRX聚合物级配碎石在不同养生龄期下的CBR值，分析其强度与养生龄期的发展规律，从而确定最佳养生龄期。SRX聚合物级配碎石CBR值与养生龄期关系曲线如图3。

图3 SRX聚合物级配碎石CBR值与养生龄期关系Fig. 3 Relationship between CBR value of SRX polymer gradedcrushed stone and curing age

从图3可看出：SRX聚合物级配碎石的CBR值均随养生龄期增长而增大。最佳含水率下成型的CBR试件呈潮湿状态，经有效压实后集料形成骨架嵌挤结构，同时随着水分挥发，集料之间的有机黏膜结合更加牢固，因此具有较高的承载强度。随着养生龄期增长，尤其是养生龄期10 d之后，SRX聚合物级配碎石的CBR值增长速率逐渐变缓，最后趋于稳定。这是由于SRX聚合物级配碎石强度形成一部分依赖于水分挥发，养生前期相对含水率较高且大部分水富集在试件表面，水分挥发迅速，故CBR值增长较快；养生后期，试件残余水分较少且大多水分在试件内部，水分挥发较慢，导致强度形成减缓；待水分完全挥发后，CBR值基本保持稳定。

2.2.4 相对含水率

SRX聚合物级配碎石强度形成主要依靠有效压实和水分挥发，其中试件中残余含水率对其强度影响较大。SRX聚合物级配碎石养生龄期与相对含水率、泡水4 d的CBR值、干化CBR值关系如表3。

表3 不同养生龄期的SRX聚合物级配碎石CBR值和干化CBR值Table 3 CBR value of SRX polymer graded crushed stone and dried CBR value with different curing time

由表3可知：SRX聚合物级配碎石CBR试件相对含水率随养生龄期增加，前期急剧减少，后期趋势减缓。相对含水率减小过程中，R泡、R干均呈现增大趋势，与此同时，CBR相对强度R泡/R干也逐渐增大但增幅减小，即R泡、R干差值减小。这是由于养生初期残余含水率较大，SRX聚合物中有机轻质组分挥发慢，集料间形成的有机黏膜尚未牢固黏结，泡水4 d后，强度明显下降，导致R泡/R干较小；养生后期，试件中水分减少，有机轻质组分几乎完全挥发，有机黏膜有效黏结散粒集料，加强了混合料整体性能，水分对SRX聚合物级配碎石强度影响减小，因此R泡、R干差值相近[13]。

将级配JG、掺量0.50% SRX聚合物级配碎石的R泡/R干与Δω进行拟合，结果如图4，拟合关系见式(1)，相关系数R2=0.989。R干可根据式(1)求出任意Δω下SRX聚合物级配碎石的R泡。

R泡/R干=-0.000 9Δω2-0.122 8Δω+89.136 2

(1)

图4 相对含水率与CBR值相对强度拟合关系Fig. 4 Fitting relationship between relative water content andrelative strength of CBR value

2.3 SRX聚合物级配碎石间接抗拉强度

选用级配JG，最佳含水率3.84%，最大干密度2.396 g/cm3成型φ150 mm×150 mm圆柱形试件，自然条件养生10 d、浸水4 d后根据文献[17]测定间接抗拉强度，结果如表4。

表4 SRX聚合物级配碎石间接抗拉强度Table 4 Indirect tensile strength of SRX polymer graded crushed stone

从表4可看出：SRX掺量为0.25%、0.50%、0.75%时，间接抗拉强度依次为0.24、0.32、0.37 MPa，SRX掺量从0.25%～0.50%、0.50%～0.75%的增幅依次为33.3%、15.6%，增幅有所降低。SRX聚合物在集料表面形成有机黏膜，改善了集料间的黏结力，从而提高了SRX聚合物级配碎石的间接抗拉强度。

3 结 论

1)0.50%的SRX掺量，级配JG、GM混合料最佳含水率分别为3.84%、3.77%，最大干密度依次为2.396、 2.399 g/cm3。

2)密级配JG的SRX聚合物级配碎石CBR值比间断级配GM高；且随着SRX掺量、养生龄期增加而增大，养生龄期达到10 d后增幅减小，之后保持稳定；SRX聚合物级配碎石在JG、SRX掺量0.5%、自然养护10 d下浸水4 d的CBR值达到340%～370%，大于规范要求的250%。此外，SRX聚合物级配碎石间接抗强度亦随着SRX掺量增加而增大。

3)依据SRX聚合物级配碎石相对含水率Δω与CBR相对强度R泡/R干变化规律，拟合出R泡/R干与Δω函数关系式，从而可由R干确定任意Δω下SRX聚合物级配碎石的R泡。