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　　摘要：針對蕪宣高速公路半剛性基層水泥穩定碎石材料，通過大量的室內試驗，測試分析了回彈模量、強度指標、干縮和溫縮特性。結果表明，半剛性基層材料抗壓模量和劈裂模量存在較大差異，動態模量約是靜態模量的5.3～6倍；抗壓強度和劈裂強度之間也存在顯著差別，同時回歸了抗壓強度、劈裂強度隨齡期的增長規律，為今后的施工質量控制提供參考依據。

　　關鍵詞：水泥穩定碎石 模量 強度 收縮性能

　　1、原材料及混合料組成

　　1.1 試驗材料水泥采用安徽蕪湖海螺集團生產的普硅325#（海螺牌）；集料采用蕪宣高速公路實際使用的由蕪湖荊山石料廠生產的石灰巖碎石，共分0～4.75、4.75～9.5、9.5～19、19～37.5mm（方孔篩）四檔規格。

　　1.2 混合料配合比試驗級配如表1所示。對模量、強度試驗采用配合比設計中3種級配進行比較；對于收縮性能試驗，為了解水泥碎石在水泥小劑量范圍變化的情況下收縮特性，采用推薦的級配2并分別取用3個不同水泥摻量（4%、5%、6%）進行分析比較。

　　1.3 試件制作與養護試件采用靜壓法成型，試件尺寸分為2種規格[1]，一種為φ15×15cm圓柱體試件，進行抗壓模量和劈裂模量、抗壓強度和劈裂強度試驗；另一種為10cm×10cm×40cm中梁試件，進行干縮和溫縮試驗，試件成型參數如表2所示。試件成型后用塑料袋密封，放置于標準養護室（溫度為20±3℃，相對濕度90%以上）保濕養護。

　　2、回彈模量（靜態、動態）試驗半剛性基層模量是路面設計和分析中的一個重要參數，它反映了半剛性材料在荷載作用下的變形特性。

　　國內路面材料模量的測定多以靜態實驗為主，這種方法中試件受力狀態與路面結構真實應力狀態差異較大，不能真正反映路面材料實際的力學性質。本次實驗采用mts810材料實驗系統，進行了半剛性基層抗壓回彈模量（靜態、動態）、劈裂模量（靜態、動態）試驗。

　　mts試驗系統具有比較完善的動態試驗功能，可根據試驗需要自行設定動載程式（波形、頻率、加載序列、荷載間歇時間等）。系統加載由液壓伺服系統控制，荷載頻率不宜超過30hz.國外研究表明路面材料的實際受力頻率一般在10hz左右，適合mts試驗系統的要求。

　　試驗的最大荷載為試件抗壓強度的30%并在試驗中作適當調整，保證實驗過程產生足夠的彈性變形同時也可以與同類實驗的研究成果相比較。按照《公路瀝青路面設計規范》（jtj014-97），水泥穩定碎石3個月后逐步趨于穩定，設計參數測定以3個月齡期為準。本次試驗測定3個月齡期的模量值，試驗結果如表3所示。

　　同一級配不同的水泥用量對模量的影響并不是很大，另外可知壓縮試驗的動態模量為靜載條件下的回彈模量的5.3～6倍；劈裂試驗的動態模量為靜態模量的3倍左右，顯然動態模量和靜態模量之間存在明顯不同，采用何種模量參數進行路面結構分析，對疲勞壽命影響很大[2]，因此在路面設計中應對擬建道路實際所用材料的性能參數進行系統試驗，以反映符合實際情況的參數值。

　　3、強度試驗及增長規律本次試驗測試了3種級配的抗壓強度和劈裂強度，以資比較。對于推薦級配2，分別測試了6個齡期（7d、14d、28d、60d、90d、180d）的無側限抗壓強度和劈裂強度，平行試件3個，以分析強度隨齡期的增長規律。

　　對于級配2，從各個不同齡期看，在本試驗水泥用量4～6%的范圍內，抗壓強度和劈裂強度均隨著水泥摻量增加而增加；抗壓強度和劈裂強度之間存在著良好的關系，抗壓強度與劈裂強度的比值均在7.833～9.830之間范圍內變化。

　　4、室內收縮試驗

　　4.1 干縮試驗蕪宣高速公路線路區內屬長江水系，地表水系較發達，年降雨量較大，年平均濕度為80%，因而研究水泥穩定碎石基層的干縮試驗尤為重要。關于半剛性基層材料的干縮特性目前還沒有統一的測定標準，本次試驗主要利用手持應變儀（精度0.001mm）測量小梁在一定失水率下的收縮變形。

　　將級配2的三個不同水泥用量（4%、5%、6%）在室內制備試件，試件成型壓力為500——550kn，試件經過7d保溫保濕養護后取出，以20cm為標距，在試件的頂面安裝測頭，放在天然濕度下風干，本次試驗室內溫度始終保持在20℃左右。觀測不同時間試件的重量和變形，直至含水量不再減小，試件體積基本維持不變為止。

　　本次干縮試驗共測試了14d的變形，根據累積干縮應變計算干縮系數αd：αd = ∑δεdi/∑δεωi （公式1）

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　　式中：∑δεdi累計干縮應變（10-6）； ∑δεωi失水量。

　　4.2 溫縮試驗

　　1）本次試驗采用同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室研制的jnzs-2001a路面材料脹縮試驗儀測定。將養護14d的試件取出后，安裝20cm的測頭，然后放置于路面材料溫縮試驗儀中。

　　2）溫度范圍根據蕪宣高速公路所經過地段的氣候、水文資料，區內多年平均氣溫16.6℃，多年平均最冷月氣溫2.7℃～2.0℃，極限最低溫度為-8.9℃，多年平均最高月氣溫為27℃～28.6℃，因此將溫度控制范圍劃為25℃～-5℃，每5℃為一級，每級溫度至少靜置6h，可以認為試件內外溫度達到一致。

　　3）溫縮試驗的起始溫度為25℃。在設定溫度下放置6h后將試件取出，用手持應變儀快速測定試件變形。然后將試件放回溫縮儀中，使溫縮試驗儀密封，調至下一溫度設定值，進行下一級試驗。

　　4）根據公式（2）計算溫度收縮系數αt，其中∑δεt為溫度間隔ti+1-to條件下的試驗變形，相同試件的溫縮系數取平行試驗的平均值。

　　αt =δεt/（ti+1-t0） 公式（2）

　　式中：δεt 累計溫縮應變（×10-6）；ti+1 當前溫度（℃）；t0起始溫度（℃）。

　　從表7和圖3中可以看到，水泥穩定級配碎石的溫縮應變隨溫度的降低而逐漸增大，在25℃～-5℃溫區之間，水泥摻量的變化對水泥碎石的溫縮特性的影響并不明顯。從總體看，半剛性基層材料的干縮應變與溫縮應變相比，在正溫度范圍內由溫度引起的應變相對要小得多。

　　5、結論

　　通過對蕪宣高速公路水泥穩定碎石基層混合料的模量、強度、收縮性能的試驗，建立了抗壓強度、劈裂強度隨齡期的增長規律方程，具有良好的相關性，可為今后工程施工質量的控制提供參考依據；半剛性基層材料通過不同的試驗方法測得的彈性模量相差較大，靜態模量和動態模量之間也存在著明顯差別；強度指標也存在一定的差異，而路面結構的實際工作狀態（力學模型、材料的性質）都與現行的靜態力學體系有著較大的差距，因此研究動態荷載作用下的路面結構的動力特性和動力參數顯得尤為重要。半剛性基層材料在溫度或濕度的變化時會發生收縮，易產生開裂，當瀝青路面面層較薄時，易形成反射裂縫，通過干縮和溫縮特性的測試，為今后的施工提供重要的指導作用，也為路面開裂的進一步分析提供依據。

　　參 考 文 獻

　　[1]中華人民共和國行業標準（jtj057-94），公路工程無機結合料穩定材料試驗規程，北京：人民交通出版社，1994

　　[2] 朱照宏，許志鴻。 柔性路面設計理論和方法，上海：同濟大學出版社，1987

　　陳崇駒 毛菊良 叢林（同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 上海200092）

二級建造師市政工程科目單項選擇題20題，每題1分，共計20分；多項選擇題10題，每題2分，共計20分；案例分析題共80分，總計120分。大家根據233網校老師講課中的章節重難點指引，看最新教材進行預習，再來聽精講班老師解讀教材考點，聽課時就不會一頭霧水，思路會比較清晰，也容易掌握各個考點。點擊聽課，進入備考>>