摻加膠粉的水泥穩定碎石無側限抗壓強度性能研究

王云鵬，楊文平，張明堂 （華北水利水電大學，河南 鄭州 450000）

1 引言

水泥穩定碎石半剛性基層材料具有強度高、穩定性好、剛度大、低造價和原材料來源廣泛等優點。但是在水分缺失、溫度變化較大等自然因素和超載車輛不斷碾壓的綜合作用下，水泥穩定碎石基層材料具有收縮變形大、易開裂等缺點。廢舊輪胎由于技術限制，不能再發揮其原來的作用，但是良好的彈性和可塑性仍然存在，且沒有粘性，膠粉的憎水性可以確保其難以吸收水分。如果將其摻在混合料中，可以賦予混合料一定的韌性，同時也可以提高水泥穩定碎石基層的抗凍性。同濟大學熊杰等人發現：摻有橡膠顆粒的水泥穩定碎石基層的抗壓強度與橡膠顆粒的摻量呈負相關；何勇等人系統研究了含有橡膠顆粒的水穩天然骨料的力學強度，他們發現：水穩天然集料混合料的抗壓強度與摻加橡膠顆粒的粒徑大小有關系，抗壓強度與橡膠粒徑呈負相關，橡膠顆粒粒徑越小，抗壓強度損失率越小。覃峰等人通過對含不同摻量膠粉的水泥穩定碎石試件的無側限抗壓強度試驗和抗沖刷性能試驗，測定和分析不同摻量的橡膠粉水泥穩定碎石的無側限抗壓強度和抗沖刷能力變化，對橡膠粉水泥穩定碎石基層的穩定性進行評價。本文主要研究膠粉對水泥穩定碎石基層材料抗壓強度的影響。

2 原材檢測

2.1 水泥原材檢測

水泥是一種水硬性膠凝材料，其主要化學成分為3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3，能夠在水中硬化，保持強度的持續增長。作為一種極其重要的膠結材料，被廣泛的應用在土木、水利、交通道路等不同的工程中。依據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015），對水泥進行原材檢測。檢測結果見表1。

2.2 碎石原材檢測

由于水泥穩定碎石基層的強度來源主要是靠集料之間的嵌擠作用和水泥的膠結強度來實現的，所以集料的質量極為重要。集料應干凈，干燥，無風化。其中要求集料顆粒應有棱角且具有足夠的強度。一般來講，在最佳含水率的狀態下，級配較為良好的集料與適當的水泥劑量，通過壓實和養生，可以得到性能優良的水泥穩定碎石基層。碎石原材檢測結果見表2。

水泥原材檢測結果 表1

碎石原材檢測結果 表2

3 試驗方法及實驗結果分析

3.1 試件的制備

本課題試驗所選用的骨料最大公稱粒徑小于19mm，屬中粒土，根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51—2009），采用靜壓成型法，制作規格為φ100mm×100mm的圓柱形試件。然后放入養護室（溫度保持在25℃±2℃）內進行養生，在養生期的最后一天需把試件在水中浸泡24h，再進行試驗。

3.2 無側限抗壓強度試驗

3.2.1 試驗過程

將養生到期的試件從水中取出，用毛巾擦拭試件，吸取試件表面自由水至表干狀態備用，放在試驗機上，進行抗壓強度試驗。在試驗過程中，微機端采用1mm/min的速率以保證試件能夠保持恒定的形變速度，記錄試件破壞時的最大壓力 P（N）。

3.2.2 試驗結果

見表3。

3.2.3 試驗結果分析

①依據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF 20-2015），每組試件的抗壓強度變異系數不得大于10%。由表可知，膠粉摻量不同的混合料，其變異系數均小于10%，變異系數較小，說明試件制作規范，其測得的抗壓強度數據更加具有準確性。

不同膠粉摻量下28d無側限抗壓強度 表3

②摻加橡膠粉混合料成型的試件28d無側限抗壓強度明顯降低，且膠粉摻量越高，強度越低。這是因為膠粉的特質，在試件受到外力作用時，膠粉顆粒會產生形變，不能給結構提供足夠的支撐。當混合料承受外力作用的時候，膠粉不能和細集料一樣發揮嵌擠作用，表現為摻加膠粉的試件28d無側限抗壓強度低于未摻加膠粉的試件。

4 結論

摻加橡膠粉的混合料無側限抗壓強度有所下降，并且膠粉的摻量越多，其力學性能越差。通過查閱相關的文獻，發現這是因為膠粉本身承受壓力的能力較差和結合能力弱的特點，不利于混合料的強度開展和結合面的強度上升。