水泥穩定碎石抗裂性能評價指標灰色關聯分析

孔令香，杜銀飛

(河海大學土木與交通學院)

1 評價指標的采集

1.1 試驗方案設計

試驗中集料為石灰巖，采用江蘇磊達產P.O42.5級緩凝水泥，經檢測各項技術性能均能滿足《公路路面基層施工技術規范(JTJ 034-2000)》的要求。按照三種級配進行配料，分別記為級配1、級配2、級配3，其各篩孔通過率如表1所示。

表1 各級配篩孔通過率

在水泥劑量(外摻法)為4.0％下進行擊實試驗確定各組級配的最大干密度和最佳含水量，結果如表2所示。

表2 擊實試驗結果

在最大干密度和最佳含水量下以不低于98％的壓實度標準分別成型圓柱體試件(Ф150mm×150mm)和梁式試件(100mm×100mm×400mm)用于收縮指標和劈裂強度及模量的確定。

1.2 收縮指標測定

干縮采用儀表法測量100mm×100mm×400mm的梁式試件在一定失水率下的干燥收縮性能;溫縮采用應變片電測法測量100mm×100mm×400mm的梁式試件在一定溫度變化幅度下的收縮性能。按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)》的要求控制溫度和濕度變化，當最后3次測定的含水率不再變化時獲得最大含水率變化和干縮應變。溫縮測試時，試驗溫度范圍控制在-20～40℃。溫度從40℃降到-20℃，降溫速率為/(℃/min)，每10℃一個間隔，每次間隔恒溫4h后測量溫縮應變。試驗測定3塊平行試件，取降溫前的應變讀數為上一次降溫的最大溫縮應變。

測得的相關參數如表3所示。

表3 收縮指標測定結果

1.3 強度及模量測試

由于通過軸向拉伸獲得水泥穩定碎石的抗拉強度和抗拉模量較困難，且劈裂試件的應力狀態與軸向拉伸試件相似，因此近似地采用劈裂強度與劈裂模量來代替極限抗拉應力和抗拉彈性模量。

按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)》中T0806-1994和T0852-2009的要求進行劈裂強度和劈裂模量的測定，結果如表4所示。

表4 劈裂試驗結果

1.4 抗裂性能指標計算

根據1.2和1.3中得到的參數，計算得到的抗裂性能指標結果如表5和表6所示。

表5 關于干縮的抗裂指標值

表6 關于溫縮的抗裂指標值

雖然相比之下級配3整體偏細，但由各干縮溫縮評價指標可得出其抗裂性最佳，這可能是其最能滿足骨架密實結構的緣故，從而可延伸得到級配1和級配2更接近于骨架空隙結構。

2 灰色關聯法原理

(1)選擇一個參考序列 X0:X0={x0(1)，x0(2)，…，x0(n)};

有m個比較序列 Xi:Xi={xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，(i=1，2，3，…，m)。

(2)求各序列的初值像。對于單位不同或者初值不同的序列，做關聯分析時一般要做處理，使之無量綱化，以消除各指標量綱帶來的影響。用初值化方法處理時得到的初值像為

(3)求差序列Δi

Δi(k)=|y0(k)-yi(k)|，(i=1，2，3，…，m)，(k=1，2，3，…，n);

Δi={Δi(1)，Δi(2)，…，Δi(n)}，(i=1，2，3，…，m)。

(4)求關聯系數ξi(k)

(5)計算關聯度γi

為了將每個關聯系數中的信息集中起來便于比較，采用一種求平均值的方法求出曲線Xi對參考曲線X0的關聯度γi

3 指標的灰色關聯分析

選取最大干縮應變和最大溫縮應變作為參考序列建立灰色關聯分析模型，根據以上的指標參數和關聯法的計算步驟，分別計算了各評價指標與最大干縮(溫縮)應變的關聯度，并根據關聯度的大小比較了各評價指標與參考序列的接近程度，從而給出了適合于實際應用的評價指標。

由表3、表4及表5中的參數值，參考灰色關聯分析步驟，計算得到的與干縮有關的各評價指標與最大干縮應變的關聯系數分別為

關聯度分別為

則知干縮能抗裂系數與最大干縮應變的關聯度最大，最適宜于評價水泥穩定碎石混合料的干縮抗裂性能。

同理可計算得到與溫縮有關的各評價指標與最大溫縮應變的關聯度大小排列順序為γ4＞γ1＞γ2＞γ3，因而溫縮能抗裂系數與最大溫縮應變的關聯度最大，最適宜于評價混合料的溫縮抗裂性能。

4 結論

(1)從各抗裂評價指標來看，級配3的抗干溫縮性能最佳;

(2)將干縮系數、干縮抗裂系數、干縮抗裂性指數和干縮能抗裂系數四個指標與最大干縮應變進行了灰色關聯，結果顯示干縮能抗裂系數與最大干縮應變的關聯度最大，最適宜于評價水泥穩定碎石混合料的干縮抗裂性能;

(3)將溫縮系數、溫縮抗裂系數、溫縮抗裂性指數和溫縮能抗裂系數四個指標與最大溫縮應變進行了灰色關聯，結果顯示溫縮能抗裂系數與最大溫縮應變的關聯度最大，最適宜于評價混合料的溫縮抗裂性能。

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