干濕—凍融環境耦合作用下路基水穩層的安全性能分析

劉 彬

（四川公路橋梁建設集團有限公司機械化施工分公司，四川成都610000）

我國分布著廣泛的季節性凍土與鹽漬土，地下礦化的水鹽通過毛細作用上升至路基水穩層，加之晝夜溫差大和干燥氣候的影響，對路基水穩層產生強烈的干濕循環作用。目前，對于干濕循環作用和凍融循環作用下材料耐久性已經有了大量的研究成果，但同時考慮鹽漬土環境下凍融—水鹽循環耦合環境作用下的研究相對較少，因此，本文擬通過室內模擬試驗，對水——鹽——溫復雜環境作用下路基水穩層的物理力學行為影響進行實驗研究,以期能為我國鹽漬凍土區水穩層的安全性和實用性的綜合評價工作提供借鑒。

1 試驗概況

選用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，初凝時間≥3 h，終凝時間≤8 h，粗集料的粒徑范圍為32.5～4.75mm，針片狀含量低于10%；細集料的粒徑范圍為0～4.75mm。水泥混合料質量分別為4%、5%、6%，水灰比取經驗值 1：1.25，顆粒根據實驗經驗選擇尺寸18mm以下的顆粒。將攪拌好的水泥漿填入模具內，通過振蕩排除水泥漿內的氣泡。靜置24h后進行脫模，脫模稱重后立即放入濕氣箱中進行保溫保濕養護，養護時間為30d，溫度保持（20±1）℃，在養護期間試件質量損耗若超過10g應當作廢。硫酸鹽干循環過程中，浸漬溶液為5%濃度的硫酸鈉溶液，干濕循環程序是：注水→浸漬→排水→烘干→冷卻。凍融循環步驟為：將溫度降至-25℃并保持-25℃恒溫，持續時間為4 h；然后將溫度升高至10℃并保持10℃恒溫，持續時間也為4 h，按照上述過程循環30次。

2 試驗結果分析

2.1 對質量的影響

水鹽干濕—凍融循環過程中水穩層試件的質量變化情況見圖1。

圖1 質量與循環次數的關系

從圖1中可以看出：水穩層的質量損失隨循環次數增加呈逐漸增大趨勢，且降低幅度逐漸增大，即質量隨循環次數呈加速減小趨勢；干濕—循環10次、20次、30次后的試件質量分別較原始試件下降40g、92g和296g；通過擬合，得到了水穩質量損失與干濕循環次數的關系符合y=0.4401x1.88的冪函數關系，擬合度R^2達到0.9995。在水鹽的浸泡腐蝕作用下，水穩層本身會產生一定的力學性能的降低，再加之凍融循環作用，使得其力學性質劣化更快，故而質量損失逐漸加快。

2.2 對強度的影響

試驗得到的水穩層抗壓和抗拉強度的變化規律見圖2。

圖2 強度與循環次數的關系

從圖2中可以對比看到：隨著干濕—凍融循環次數的增加，水穩層內部的損傷越來越大，經水鹽侵蝕過后，部分物質溶解和腐蝕劣化，導致水穩層的膠結力和物質本身的強度降低，即混凝土受到內部鈣釩石、石膏等礦物遇水膨脹作用產生損傷，干燥后由于蒸發作用引起鹽結晶壓力的損傷，故而從宏觀上表現為強度的逐漸降低；經30次干濕—凍融循環過后，水穩層的抗壓強度值僅為原始試件的31.5%，抗拉強度值僅為原始試件的65.2%，可見，水鹽干濕循環對于水穩層抗壓強度的影響大于抗拉強度的影響程度。

2.3 對彈性模量的影響

水穩層試樣在經過干濕—凍融循環過程中的彈模變化趨勢見圖3。從圖3中可以看出：干濕循環10次后，動彈性模量和靜彈性模量均有增加趨勢，而在經歷20次和30次干濕—凍融循環后，其彈模又呈逐漸減小特征，發生上述情況的原因可能在于試樣在低循環次數下腐蝕作用不明顯，而水穩層吸收部分水分和鹽分，導致力學行為出現變異；當干濕循環次數增大后，水穩層試樣的表層逐漸脫落，質量顯著降低，且試件內部的水鹽含量逐漸趨于飽和，不再吸收，因此，彈模將逐漸降低；也有可能是因為試件的離散性造成，這在下一步的研究中做重點探討。

圖3 彈性模量與循環次數的關系

3 結論

⑴水鹽干濕—凍融循環下水穩層的質量損失呈冪函數型增加，質量損失率逐漸增大；⑵水鹽干濕—凍融循環過后，水穩層的強度呈明顯降低趨勢，30次循環過后，抗壓和抗拉強度分別下降約68.5%和34.8%；⑶動彈性模量和彈性模量在水鹽干濕—循環作用下的變化規律基本保持一致變化，均隨凍融循環次數的逐漸增加呈先增后減小趨勢。