超細纖維水泥穩定碎石的力學特性分析

鄭建峰

(天津高速公路集團有限公司，天津 300384)

超細纖維水泥穩定碎石的力學特性分析

鄭建峰

(天津高速公路集團有限公司，天津 300384)

通過系統的試驗，分析超細纖維的摻量對水泥穩定碎石抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量等路用性能指標的影響規律，試驗結果表明：超細纖維的摻入可以有效提高水泥穩定碎石的強度，對抗壓回彈模量影響不大，試驗范圍內，超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度、劈裂強度隨著超細纖維摻量的增大而提高。

公路工程；超細纖維；水泥穩定碎石；強度；回彈模量

1 原材料性質

1.1 水泥

試驗用水泥為P.O.325 普通硅酸鹽水泥，水泥的技術指標如表1所示。

表1 水泥的技術指標

1.2 碎石

試驗用碎石產自天津薊縣，壓碎值為21.3%，滿足規范的要求。

另外，根據《公路路面基層施工技術規范》的相關要求。作為公路基層材料的水泥穩定碎石，其礦料級配需要滿足一定的要求，本文選用的水泥穩定碎石的級配如表2所示。

表2 碎石的級配

1.3 超細纖維

本文試驗用超細纖維的技術指標如表3所示。

表3 超細纖維的技術指標

2 試驗方法

根據表2中的級配，固定4.5%的水泥摻量，在水泥穩定碎石中分別摻入0%、0.03%、0.06%、0.09%的超細纖維。將超細纖維在水泥穩定碎石中摻拌均勻之后，制作15 cm×15 cm的圓柱形試件，而后根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中的試驗方法分別測定超細纖維水泥穩定碎石不同齡期的抗壓強度、劈裂強度，以及抗壓回彈模量。

3 試驗結果與分析

3.1 超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度

將按照試驗配合比制作的試驗試件進行標準養護，分別測定其不同齡期的無側限抗壓強度值，繪出超細纖維水泥穩定碎石抗壓強度隨超細纖維摻量的變化曲線如圖1所示。

圖1 超細纖維摻量對水泥穩定碎石抗壓強度的影響

從圖1中的試驗結果可知，超細纖維的摻量對水泥穩定碎石的7 d無側向抗壓強度影響很小，但是，當齡期超過28 d時，超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度隨著超細纖維摻量的增大而線性提高(試驗范圍內)，相對于不摻超細纖維的水泥穩定碎石，超細纖維摻量分別為0.03%、0.06%和0.09%時，超細纖維水泥穩定碎石的90 d齡期抗壓強度分別提高了9.2%、17.2%和23.9%。這主要是因為，在水泥穩定碎石中摻入適量的超細纖維，超細纖維均勻分布于碎石之中，利用碎石與纖維之間的相互摩擦，可以提高混合料的抗壓強度；在試件成型早期(7 d齡期之前)，水泥的粘結強度尚未完全形成，超細與碎石之間重要依靠摩擦嵌擠形成整體，而在成型28 d之后，水泥穩定碎石的強度提高并穩定，水泥的粘結、碎石的嵌擠以及超細纖維的加筋效應共同作用，使得超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度有了很大程度的提高。

與一般的水泥穩定碎石等半剛性材料相似，超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度隨著養護齡期的增大而提高，抗壓強度隨齡期的變化曲線如圖2所示。

圖2 超細纖維水泥穩定碎石抗壓強 度隨齡期的變化曲線

從圖2可以看出，不同纖維摻量的超細纖維水泥穩定碎石抗壓強度均隨著養護齡期的增大而顯著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，齡期達到28 d之后，抗壓強度的提高速率放緩、逐步穩定。

3.2 超細纖維水泥穩定碎石的劈裂強度

劈裂強度是考察基層材料抗拉性能的常用技術指標，試驗測得不同齡期、不同超細纖維水泥穩定碎石的劈裂強度，繪出超細纖維摻量及齡期對劈裂強度的影響曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 超細纖維摻量對水泥穩定碎石劈裂強度的影響

圖4 超細纖維水泥穩定碎石劈裂強度 隨齡期的變化曲線

從圖3、圖4的試驗結構可以看出，與抗壓強度規律相似，超細纖維水泥穩定碎石劈裂強度隨齡期隨著超細纖維摻量的增大而提高，隨著齡期的增大而提高。7 d齡期時，摻加超細纖維的水泥穩定碎石的劈裂強度幾乎不隨超細纖維的摻量提高而變化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂強度顯著增加。不同超細纖維摻量時超細纖維水泥穩定碎石的180 d齡期劈裂強度提高值約為15.5%～55.9%，可見，超細纖維的摻入可以有效提高水泥穩定碎石的間接抗拉強度。

3.3 超細纖維水泥穩定碎石的抗壓回彈模量

參照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》的相關方法，分別測得90 d齡期時，不同纖維摻量時超細纖維水泥穩定碎石的抗壓回彈模量值，如表4所示。

表4 超細纖維水泥穩定碎石的抗壓回彈模量

從表4的試驗結果可以得知，超細纖維的摻量對超細纖維水泥穩定碎石的抗壓回彈模量值影響很小，混合料的抗壓回彈模量基本上不隨超細纖維的摻量變化而提高。這主要是由于水泥穩定碎石中，對抗變形能力的影響主要取決于水泥的粘結力和碎石之間的結構嵌擠，超細纖維的加筋作用對混合料的抗變形能力影響很小。

4 結 論

(1)超細纖維的摻量對水泥穩定碎石的7 d無側向抗壓強度影響很小，但是，當齡期超過28 d時，超細纖維水泥穩定碎石的抗壓強度隨著超細纖維摻量的增大而線性提高(試驗范圍內)，相對于不摻超細纖維的水泥穩定碎石，超細纖維摻量分別為0.03%、0.06%和0.09%時，超細纖維水泥穩定碎石的90 d齡期抗壓強度分別提高了9.2%、17.2%和23.9%。

(2)不同纖維摻量的超細纖維水泥穩定碎石抗壓強度均隨著養護齡期的增大而顯著提高，尤其是在28 d之前的提高速度最快，齡期達到28 d之后，抗壓強度的提高速率放緩、逐步穩定。

(3)超細纖維水泥穩定碎石劈裂強度隨齡期隨著超細纖維摻量的增大而提高，隨著齡期的增大而提高。7 d齡期時，摻加超細纖維的水泥穩定碎石的劈裂強度幾乎不隨超細纖維的摻量提高而變化，但后期28 d、90 d、180 d的劈裂強度顯著增加。不同超細纖維摻量時超細纖維水泥穩定碎石的180 d齡期劈裂強度提高值約為15.5%～55.9%。

(4)超細纖維的摻量對超細纖維水泥穩定碎石的抗壓回彈模量值影響很小，混合料的抗壓回彈模量基本上不隨超細纖維的摻量變化而提高。

[1] 楊潤軍．半剛性基層瀝青路面病害調查分析及評價研究[J]．公路交通科技(應用技術版)，2016，(10)：10-11．

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Adissertationonthemechanicalpropertiesanalysisofsuperfinefibercementstabilizedmacadam

ZHENG Jian-feng

(Tianjin Expressway Group Co., Ltd.，Tianjin 300384，China)

Through systematic experiments, the influence law of superfine fiber content on the compressive strength, cleavage strength and compressive modulus of resilience were analyzed. The test results show that the addition of superfine fibers can effectively improve the strength of the cement stabilized macadam, and it will not affect the compressive modulus of resilience. The compressive strength and cleavage strength of superfine fiber cement stabilized macadam would increase with the superfine fiber content increase in the test range.

highway engineering; superfine fiber; cement stabilized macadam; strength; modulus of resilience

2017-05-11

鄭建峰(1976-)，男，河北望都人，高級工程師，主要從事高速公路的建設與質量管理研究。

U416

A

1008-3383(2017)11-0005-03