聚丙烯纖維三灰穩(wěn)定砂的路用性能試驗研究

王士革　王芳　張宗領(lǐng)

【摘 要】本文為了改善三灰（水泥、石灰、粉煤灰）穩(wěn)定砂基層材料路用性能，在其中摻加了適量的聚丙烯纖維。通過室內(nèi)試驗對比研究了摻加聚丙烯纖維的三灰穩(wěn)定砂和普通三灰穩(wěn)定砂不同齡期的路用性能指標(biāo)。研究結(jié)果表明，聚丙烯纖維能夠提高三灰穩(wěn)定砂材料的抗裂能力，并改善其路用性能。

【關(guān)鍵詞】三灰穩(wěn)定砂；聚丙烯纖維；路用性能

0 引言

我國高速公路大多采用半剛性基層瀝青路面，在使用過程中由于交通量的驟增，超載車輛越來越多，路面出現(xiàn)了許多裂縫。這些裂縫主要起因于半剛性基層的反射裂縫。所以，提高半剛性基層的抗裂性是解決高等級公路路面裂縫的有效途徑。經(jīng)理論及試驗證明，摻加添加劑或加筋材料，進(jìn)而改善半剛性基層材料各組成成分的性能均可提高半剛性基層的抗裂能力[1-3]。重慶大學(xué)的馬銀華等人研究了低摻量聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定粒料基層的抗沖擊性能 [4]，研究成果表明，低摻量聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定粒料的抗沖擊性能顯著提高、韌性好，可延長道路的使用壽命。鄭州大學(xué)的樂金朝、馬清文、牛向飛等人通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗和追蹤調(diào)查表明在水泥灰土穩(wěn)定砂半剛性基層中摻加聚丙烯纖維可以明顯減少裂縫病害[5]，另外又對粉煤灰在三灰穩(wěn)定砂中的抗裂性能進(jìn)行了試驗分析，并得出了粉煤灰改善三灰穩(wěn)定砂半剛性基層抗裂性能的微觀機(jī)理[6]。由于我國新的交通狀況對路基路面提出了更高的技術(shù)要求，故近年公路工程相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了一次較大的修訂，許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有不同程度的提高。為適應(yīng)相關(guān)新規(guī)范更高的要求，在三灰穩(wěn)定砂中摻加聚丙烯纖維，通過試驗研究其路用性能指標(biāo)，具有實際的工程意義。

1 原材料及試驗

1.1 原材料

試驗用土為某高速公路信陽光山段挖掘的低液限粘土，該土錐入度與其含水量近似呈直線性關(guān)系。試驗用砂的細(xì)度磨數(shù)為3.28，級配差，空隙率較大，其顆粒組成較好。試驗用石灰為信陽光山縣當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的消石灰，其技術(shù)指標(biāo)滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）中I級消石灰的標(biāo)準(zhǔn)[7]。試驗用纖維為武漢生產(chǎn)的改性聚丙烯纖維，其直徑為20-50μm，長度15mm，抗拉強(qiáng)度500Mpa。試驗用水泥為河南省同力水泥有限公司標(biāo)號為32.5的普遍硅酸鹽水泥，其技術(shù)指標(biāo)滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗用粉煤灰為信陽大唐華豫電廠生產(chǎn)的粉煤灰，其燒失量為10.62%，75μm篩通過率為76.8%。

1.2 試驗方法

根據(jù)文獻(xiàn)[6]的研究分析可知，水泥：石灰：粉煤灰：土：砂質(zhì)量配合比為4.5：1.5：14：24：56時，該混合料具有較好的抗裂性能。本研究設(shè)計水泥：石灰：粉煤灰：土：砂：聚丙烯纖維的質(zhì)量配合比為：①4.5：1.5：14：24：56：0.02；②4.5：1.5：14：24：56：0.03；③4.5：1.5：14：24：56：0.04；④4.5：1.5：14：24：56：0.05；⑤4.5：1.5：14：24：56：0.06。

本研究中所進(jìn)行的擊實試驗、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗、劈裂試驗及干縮試驗均按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）的規(guī)定進(jìn)行。本研究所用試件均按最大干密度95%成型，并按規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生[8]。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 擊實試驗

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）中的擊實試驗方法，測出混合料的最佳含水量為8.2%，最大干密度1.94g/cm3。

2.2 強(qiáng)度試驗結(jié)果及分析

三灰穩(wěn)定砂不同齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果見表1、圖1。由表1及圖1可知，摻纖維三灰穩(wěn)定砂無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原方案相比未見明顯增長，后期有所增加，但增加不顯著。造成這種結(jié)果的主要原因是，在強(qiáng)度形成的初期，聚丙烯纖維與基體連接較弱且阻隔了水泥網(wǎng)狀晶體的形成，并影響了基層材料整體性的形成；隨著齡期的增長，聚丙烯纖維與三灰穩(wěn)定砂基體連接逐漸增強(qiáng)，纖維和基體共同受力，其抗壓強(qiáng)度增大。由表1及圖2可知，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.04%時，三灰穩(wěn)定砂試件劈裂強(qiáng)度最大，與原方案相比60天劈裂強(qiáng)度增長26.7%，從而確定了三灰穩(wěn)定砂纖維絲的最佳摻入量為0.04%。

3 結(jié)論

按照“安全耐久、節(jié)約資源、環(huán)境和諧”的路基路面設(shè)計理念，充分考慮路面基層的功能要求，旨在提高高速公路半剛性基層的抗裂性能，在三灰穩(wěn)定砂基層中加入聚丙烯纖維，不但提高了其劈裂強(qiáng)度，而且降低了三灰穩(wěn)定砂各個齡期的干縮量。經(jīng)試驗研究得知：

1）三灰穩(wěn)定砂聚丙烯纖維的最佳摻入量為0.04%；

2）摻加聚丙烯纖維三灰穩(wěn)定砂具有較高的劈裂強(qiáng)度和較強(qiáng)抗收縮能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董蘇波，王元綱，吳育琦，等.玻纖對二灰碎石基層的力學(xué)性能影響試驗[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報（工程技術(shù)版），2004，17（2）：30-33.

[2]黃煜鑌，呂偉民，徐建達(dá)，等.減水劑對水泥穩(wěn)定碎石物理力學(xué)性能的影響[J].建筑材料學(xué)報，2005，8（3）：311-315.

[3]黃煜鑌，呂偉民，徐建達(dá)，等.減縮劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應(yīng)用[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，33（8）：1047-1050.

[4]馬銀華，趙滿喜，傅燕峰，等.低摻量聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定粒料基層抗沖擊性能研究[J].中外公路，2008，28（2）：168-171.

[5]牛向飛，樂金朝，郭鳳妍.聚丙烯纖維在水泥灰土穩(wěn)定砂中的應(yīng)用研究[J].路基工程，2011，（4）：129-134.

[6]馬清文，樂金朝.粉煤灰在三灰穩(wěn)定砂中的抗裂性能分析[J].路基工程，2010，（6）：98-100.

[7]JTG/T F20-2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].

[8]JTG E51-2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：王偉平]