連續(xù)與間斷鋪筑的水泥穩(wěn)定基層抗剪性能對(duì)比研究

張海濤 陳 曦 洪浩凱

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

半剛性基層具有取材方便、前期強(qiáng)度高、施工工藝簡(jiǎn)單、抵抗荷載疲勞效能強(qiáng)且造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)高速公路基層厚度設(shè)計(jì)值一般在30 cm以上，限于實(shí)際工程中缺少大型攤鋪機(jī)且功率有限，整體一次性攤鋪基層易出現(xiàn)施工質(zhì)量問(wèn)題，因此施工時(shí)一般分兩層攤鋪碾壓。傳統(tǒng)基層施工是待下基層攤鋪完成并養(yǎng)生7 d后再攤鋪上基層，近年提出連續(xù)攤鋪的施工方式，兩組施工機(jī)具配套合作，待下基層壓實(shí)后、初凝前完成上基層的攤鋪與碾壓，兩層一起養(yǎng)生。為對(duì)比這兩種施工方式對(duì)基層抗剪性能的影響，本研究設(shè)計(jì)了兩種基層模型，在不同養(yǎng)生期和三種試驗(yàn)溫度條件下，對(duì)不同成型方式下的兩類基層混合料的抗剪性能進(jìn)行對(duì)比分析。

1 試驗(yàn)材料與配合比設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

研究采用虎鼎水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，集料來(lái)自“玉泉誠(chéng)信”第二采石場(chǎng)，土為低液限細(xì)粒土。材料經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

1.2.1水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)

1)級(jí)配設(shè)計(jì)。

水泥穩(wěn)定碎石的級(jí)配采用骨架—密實(shí)型結(jié)構(gòu)，級(jí)配組成如表1所示。

表1 骨架密實(shí)型級(jí)配組成

2)擊實(shí)試驗(yàn)。

分別按3.5%，4.0%，4.5%,5.0%,5.5%的水泥劑量制備試件，通過(guò)重型擊實(shí)試驗(yàn)可得各水泥劑量下混合料的最佳含水率和最大干密度，試驗(yàn)選定的水泥劑量分別為4.5%和5.5%，最佳含水率及最大干密度分別為：4.5%(4.8%，2.319 g/cm3)，5.5%(4.7%，2.341 g/cm3)。

1.2.2水泥穩(wěn)定土的配合比設(shè)計(jì)

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則中對(duì)水泥穩(wěn)定土中的水泥摻量要求不宜超過(guò)12%，本試驗(yàn)取10%，經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)得10%劑量下的水泥穩(wěn)定土最佳含水率為13.0%，最大干密度為1.75 g/cm3。

2 試件制作與試驗(yàn)方法

2.1 試件制作

試件為d(直徑)×h(高度)=15 cm×15 cm的靜壓圓柱形試件。為消除分層厚度及壓實(shí)度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，本研究設(shè)置兩種基層結(jié)構(gòu)類型如圖1所示，均采用統(tǒng)一分層壓實(shí)厚度，即下層7 cm+上層8 cm。TypeⅠ試件上層壓實(shí)度97%，下層95%，TypeⅡ試件上層壓實(shí)度97%，下層96%。按規(guī)范算料及制件，兩類試件的成型方式設(shè)置為兩種，分別模擬分層連續(xù)和間斷攤鋪施工技術(shù)，在靜壓上層前對(duì)下層的上表面進(jìn)行鑿毛處理，成型試件如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)方法

低溫：在-10 ℃環(huán)境下儲(chǔ)存24 h，在低溫環(huán)境中測(cè)試；常溫：在常溫水浴中浸泡24 h后將表面擦干，在常溫環(huán)境中測(cè)試；凍融：在-18 ℃環(huán)境中放置16 h，取出后在20 ℃水浴中存放8 h，擦干后測(cè)試。每組制作13個(gè)平行試件，當(dāng)偏差系數(shù)CV>20%時(shí)重做試驗(yàn)，直到同一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的CV≤20%。由于著重對(duì)比研究層間聯(lián)結(jié)面的抗剪強(qiáng)度，而不是混合料本身，故采用改裝的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)儀器進(jìn)行試驗(yàn)：將試件從原來(lái)的劈裂方向水平旋轉(zhuǎn)90°，將壓條對(duì)準(zhǔn)圓柱形試件上下層間接觸的聯(lián)結(jié)面，加載速率為1 mm/min，記錄試件劈裂破壞時(shí)的最大壓力P1(N)，計(jì)算公式及試驗(yàn)過(guò)程如圖3,圖4所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)結(jié)果及試件破壞情況如圖5，圖6所示。

1)對(duì)比同組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，兩類試件劈裂抗剪強(qiáng)度大小都表現(xiàn)為：低溫>常溫>凍融；

2)在相同養(yǎng)生期和試驗(yàn)溫度條件下，連續(xù)成型試件的劈裂抗剪強(qiáng)度均高于間斷成型試件，增幅在88.89%～425%之間，說(shuō)明連續(xù)成型試件層間聯(lián)結(jié)性更好；

3)TypeⅡ試件大于TypeⅠ的劈裂抗剪強(qiáng)度，且在低溫試驗(yàn)條件下強(qiáng)度增長(zhǎng)率達(dá)103.13%，分析是由于TypeⅡ試件層間集料的接觸面積比TypeⅠ試件大，層間黏結(jié)力更大；

4)養(yǎng)生7 d時(shí)，間斷成型的兩類試件在凍融條件下的劈裂抗剪強(qiáng)度下降幅度大，分別達(dá)175.00%和160.00%，連續(xù)成型試件的強(qiáng)度下降幅度小，分別為19.05%和8.00%，但隨養(yǎng)生期延長(zhǎng)，幅度均有所減緩。與此相對(duì)比，兩類試件在低溫試驗(yàn)條件下的劈裂抗剪強(qiáng)度都有大幅度提升，TypeⅡ試件提升幅度更為顯著；

5)從試件破壞斷面來(lái)看，連續(xù)成型試件呈現(xiàn)鋸齒狀斷裂面，表明層間咬合力及黏結(jié)力較大，而間斷成型試件在分層界面處近乎整齊斷裂，表明層間的咬合力及黏結(jié)力較小。

4 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)比同組試驗(yàn)數(shù)據(jù)：連續(xù)成型試件的劈裂抗剪強(qiáng)度比間斷成型試件的大，表明層間聯(lián)結(jié)狀態(tài)對(duì)水泥穩(wěn)定基層的抗剪性能有重要影響，層間黏結(jié)力強(qiáng)、整體性好的基層結(jié)構(gòu)具有更高的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

2)水泥穩(wěn)定土的層間黏結(jié)力比水泥穩(wěn)定碎石大，更能提高基層的整體性。

3)隨養(yǎng)生期的增長(zhǎng)，各試件強(qiáng)度都有所增長(zhǎng)，但連續(xù)成型試件的強(qiáng)度增長(zhǎng)率高于間斷成型試件，TypeⅡ的強(qiáng)度增長(zhǎng)率大于TypeⅠ。可見(jiàn)采用連續(xù)攤鋪方式能極大改善基層的抗剪性能，TypeⅡ?qū)Σ煌尚头绞礁舾小?/p>

4)采用不同成型方式的兩類試件在各試驗(yàn)溫度條件下的抗剪強(qiáng)度都表現(xiàn)為：低溫>常溫>凍融。其中連續(xù)成型試件在低溫時(shí)的強(qiáng)度增幅和凍融后的強(qiáng)度降幅比間斷成型試件小，表明連續(xù)成型試件具有更好的耐久性。且與常溫試驗(yàn)條件相比，TypeⅡ試件的劈裂抗剪強(qiáng)度在低溫和凍融條件下的增幅及降幅均很顯著，說(shuō)明與水泥穩(wěn)定碎石基層相比，水泥穩(wěn)定土基層不宜在凍融交替頻繁的地區(qū)使用，但較適合應(yīng)用在常年低溫地區(qū)。