低溫條件下水泥激發劑對水穩砂礫基層強度影響研究

摘 要：水泥穩定砂礫混合料廣泛應用于我國各類公路的基層或底基層，其強度是最重要的路用性能參數。本文通過室內試驗分別研究了水泥劑量、水泥激發劑（GRJ）、砂礫集料的級配等三個因素對無側限抗壓強度的影響，試驗結果表明：水泥劑量是影響抗壓強度的主要因素，當水泥劑量較低時（3%），摻加一個最佳劑量的GRJ后，無側限抗壓強度得到顯著提高；水泥穩定級配砂礫混合料的強度要高于同劑量的水泥穩定天然砂礫混合料，但增加值不大。

關鍵詞：低溫條件；水泥激發劑；水泥穩定級配砂礫；水泥穩定天然砂礫；抗壓強度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.044

0 引言

水泥穩定砂礫混合料廣泛應用于我國各類公路的基層或底基層，是半剛性基層材料的主要形式之一，在結構設計中以7天無側限抗壓強度作為抗壓強度控制指標，并作為施工控制指標嚴格執行[1]。并且水泥穩定材料的強度與抗裂性能密切相關，大量研究表明[2]，水泥穩定材料強度越高其產生干溫縮裂縫的可能性就越大，而低溫條件對強度和抗裂性能要求都較高，矛盾更為突出，因此本文將一種聚合物水泥激發劑用于確保低劑量水泥用量的水泥穩定砂礫混合料強度，通過室內試驗分別研究了水泥劑量、水泥激發劑（GRJ）、砂礫集料的級配等三種因素對水泥穩定砂礫混合料強度的影響，以期能緩解這種矛盾。

1 原材料性質與集料級配

1.1 水泥和激發劑性能檢驗

試驗中的水泥主要采用青海大通水泥股份有限公司生產的水泥，試驗結果表明所用水泥符合我國水泥技術規范的要求，試驗結果如表1所示。

水泥激發劑為一種新型的水溶性粘稠高分子添加劑，檢測結果如表 2所示。

1.2 集料性質與級配

按規范[3]檢驗集料的主要技術指標，對于粒徑小于0.6mm的顆粒，檢驗其液限和塑性指數。集料的各項性能指標如表3所示。

集料級配是影響混合料性質的重要因素，本次試驗選取了兩種集料進行試驗，一種是天然砂礫集料，另一種是級配砂礫集料（粒徑37.5～2.36mm占75%，粒徑2.36～0.075mm占25%），兩種砂礫篩分結果見圖1。

2 試驗結果對比分析

試驗中水泥劑量取3.0%、4%、5.0%，當水泥劑量為3%時，水泥激發劑摻量分別取水泥用量的0%、2%、6%、10%，采用課題組前期研究的結果，先加水泥后加水拌合[4]，經擊實試驗確定各類型試件最佳含水量和最大干密度后，進行了7天和28天無側限抗壓強度試驗。

2.1 擊實試驗

由表4，表5可以看出：（1）隨著水泥劑量增大，水泥穩定砂礫最佳含水量和最大干密度均有所增大。這是因為水泥劑量越大，水化作用需要的水就越多，水化后產生的膠結物越多，粘聚力越大，干密度越大。（2）隨著GRJ摻量的增加，最佳含水量降低，最大干密度增加，表明該水泥激發劑具備減水功能，也應是強度增加的一個原因。

2.2 強度試驗

（1）水泥劑量對無側限抗壓強度的影響。從圖2和圖3可以看出，隨著水泥劑量的增大，水泥穩定天然砂礫混合料的強度越高，這是因為：水泥劑量越大，水化后產生的膠結物越多，粘結力也越大；同時，集料之間的嵌擠作用隨著粘結力的增加而得到更充分的發揮，摩阻力增大。水泥劑量越高，強度也越高，但同時也意味著基層的成本越高，而且水泥劑量越高，水穩砂礫混合料的干、溫縮特性增強，更容易導致水穩基層開裂 。因此我們試圖通過在添加低劑量水泥（3%）的混合料中添加水泥激發劑（GRJ）來提高水泥穩定砂礫混合料的強度。

（2）GRJ和集料級配對強度的影響分析。從圖2和圖3可以看出：

1）在水泥劑量為3%的情況下，摻加一定劑量的GRJ后，7d無側限抗壓強度呈現先增長后降低的規律，這說明GRJ摻量存在一個最佳摻量值，能夠顯著提高混合料的抗壓強度；2）在水泥劑量為3%的情況下，添加2%和6%GRJ后，7d無側限抗壓強度能滿足三、四等級道路對基層強度的要求（）；3）GRJ的強度高于同劑量水泥，與4%甚至5%的水泥劑量相當；4）水泥穩定級配砂礫的強度要高于水泥穩定天然砂礫，但增加值不大。

3 結束語

通過上述研究表明：在降低水泥摻量的情況下，通過添加適量的水泥激發劑（GRJ），可以顯著提高水穩砂礫的抗壓強度，大大降低成本，同時也降低了水穩基層的干、溫縮特性，減少基層因干、溫縮而開裂，非常適合低溫氣候條件下公路建設需求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通部.JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范[S].人民交通出版社，2006.

[2]李再新.水泥穩定碎石混合料路用性能及指標相關性研究[D].南京：東南大學，2007.

[3]中華人民共和國交通部.JTG E51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].人民交通出版社，2009.

[4]李志剛，施威特.水泥添加次序對水穩天然砂礫基層強度的影響研究[J].國防交通工程與技術，2011，9（04）：14-16.

作者簡介：趙躍（1982-），男，江蘇淮安人，碩士，工程師，主要從事：道橋工程材料與施工。