骨架密實型水泥穩定碎石力學性能及強度發展規律

王帥 沈細中 崔占偉 劉超

摘要：通過無側限抗壓強強度和劈裂強度試驗對水泥穩定碎石（CSA）的力學性能進行了探究，試驗結果表明，無側限抗壓強度與劈裂強度隨齡期增長表現為基本一致的發展規律，其強度均為前期增長較快，后期增長速率逐漸降低，進一步分析表明，水泥穩定碎石的強度表現為對數型增長規律，且無側限抗壓強度與劈裂強度之間存在線性相關關系。

關鍵詞：水泥穩定碎石力學性能增長規律相關關系

中圖分類號：U415文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Mechanical Properties and Strength Development Pattern of Skeletal Dense Cement Stabilized Aggregates

WANG Shuai1SHEN Xizhong2 CUI Zhanwei3LIU Chao4

（1.School of Architectural Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830047 China;2.Yellow River Institute of Water Resources Science，Zhengzhou，Henan Province，450000 China;3.Research Institute Of Ministry Of Transport，Beijing，100020 China;4.Xinjiang Tongtai Municipal Engineering Materials Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region，830047 China）

Abstract：The mechanical properties of cement stabilized aggregates （CSA） were investigated through unconfined compressive strength and splitting strength tests， and the test results showed that the unconfined compressive strength and splitting strength showed a basically consistent development law with age， and their strengths both grew faster in the early stage and the growth rate gradually decreased in the later stage， and further analysis showed that the strength of cement stabilized aggregates showed a logarithmic growth law， and Further analysis showed that the strength of cement stabilized aggregates showed a logarithmic growth pattern， and there was a linear correlation between the unconfined compressive strength and the splitting strength.

Key Words：Cement stabilized aggregates;Mechanical properties;Growth law;Relatedrelationships

半剛性基層具有剛度大、強度高、穩定性好，以及成本較低等優點，因此半剛性基層瀝青路面結構是我國目前主要采用的路面結構形式[1-2]，水泥穩定碎石是中國道路中主要的半剛性基層材料，半剛性基層（底基層）材料的力學性能顯著地受其齡期的影響[3]，在施工期間由于不正確的施工和養護措施容易導致材料設計與結構設計脫節、在施工期產生了路面結構的內部損傷等問題，掌握水泥穩定碎石的強度發展規律及強度性能對于避免因養護齡期過短等問題造成的道路損傷及道路壽命降低等問題意義重大。

該文通過對骨架密實型級配的水泥穩定碎石的無側限抗壓強度與劈裂強度的發展規律展開探討，探尋了其強度發展規律，以為更好的促進道路的養護、施工與設計提供理論依據

1驗材料及級配

1.1水泥與碎石

試驗所用水泥為新疆天山水泥廠生產的P.O.42.5普通硅酸鹽水泥;集料為石灰巖，分為四檔，分別為：0-5mm（1#），5-10mm（2#），10-20mm（3#），20-30mm（4#）。

1.2級配設計

該文采用了規范JTGT F20-2015《公路路面基層施工技術細則》推薦的一種骨架密實配比進行級配設計，水泥采用外摻法摻加，水泥用量為4.5%，各檔料的質量配比為1#：2#：3#：4#=25%：30%：20%：25%，級配曲線如圖1。

1.3擊實試驗

通過擊實試驗得到的水泥穩定碎石的最大干密度為2.21g/cm3、最優含水量為4.5%。

2力學性能試驗

2.1無側限抗壓強度試驗

圖2為水泥穩定碎石的無側限抗壓強度隨齡期變化的曲線，由圖3可知，水泥穩定碎石的無側限抗壓強度隨養護齡期的增加不斷增長，無側限抗壓強度增長速率隨養護齡期的增加逐漸減低。水泥穩定碎石的強度主要由碎石間的相互嵌擠作用及水泥的水化作用膠凝作用產生[4-7]，當試件成型后，水泥穩定碎石的強度增長由水泥的水化的膠凝作用決定，水泥基材料的反應分為結晶成核與晶體生長（NG）、相邊界反應（I）和擴散（D）[7]，前期水化反應在水泥顆粒表面進行，水化反應較快，隨著反應進行，水泥顆粒被水化產物包裹，未水化顆粒繼續反應受阻，水化反應很快由NG階段或I階段進入D階段，反應速率明顯下降[8]。因而，水泥穩定碎石的強度增長表現出先快后慢的趨勢。

由圖2還可以看出，在養護齡期的前14天，水泥穩定碎石的強度增長最快[9]，14天的無側限抗壓強度占90天齡期的無側限抗壓強度（R14/R90）的71%，這表明加強對水泥穩定碎石前期尤其對前14天的養護，對水泥穩定碎石后期整體強度的提高至關重要[10]。

對水泥穩定碎石的無側限抗壓強度與齡期進行擬合，得到其強度發展規律如下式：

S_t=2.148ln?（t）+1.085（1）

R2=0.946

由式1可知，水泥穩定碎石的無側限抗壓強度隨著養護齡期的增長為對數發展規律，擬合結果與文獻[3]的結果基本一致

2.2劈裂強度試驗

圖3為水泥穩定碎石的劈裂強度隨齡期的變化曲線，其劈裂強度隨齡期的變化規律與無側限抗壓強度隨齡期的變化規律基本相似，但劈裂強度的強度主要增長階段主要在養護齡期的前28天，28天后劈裂強度增長逐漸降低，因而按照劈裂強度發展規律，水泥穩定碎石的養護需要加強前28天的養護。由圖4可知，水泥穩定碎石的無側限抗壓強度基本是劈裂強度的10倍，但在14天齡期時，其無側限抗壓強度為劈裂強度的12.1倍，這表明在7-14天齡期時，水泥穩定碎石的無側限抗壓強度增長率顯著大于劈裂強度的增長率，在其它齡期時，兩者表現出基本一致的增長率。

對水泥穩定碎石的劈裂強度與齡期進行擬合，得到其強度發展規律如下式：

P_t=0.226ln?（t）+0.037（2）

R2=0.970

由式（2）可知，水泥穩定碎石的劈裂強度隨著養護齡期的增長表現為對數發展規律，表現出同無側限抗壓強度相似的強度發展規律。

2.3無側限抗壓強度的與劈裂強度間的相關關系

水泥穩定碎石的無側限抗壓強度與劈裂強度之間存在著一定的相關關系[6]，對本試驗的相關數據進行擬合得到了水泥穩定碎石與劈裂強度的表現為較強的線性相關性如下式，其擬合關系式如下：

P_t=0.1S_t-0.0439（3）

R2=0.931

3 結語

（1）水泥穩定碎石的無側限抗壓強度與劈裂強度表現出基本一致增長規律，均隨齡期的增長其增長率逐漸降低，無側限抗壓強度在前14天增長較快，劈裂強度在前28天增長較快，之后強度增長變緩，綜合比較，水泥穩定碎石尤其要加強前28天齡期的養護。

（2）水泥穩定碎石的無側限抗壓強度隨養護齡期均表現為對數發展規律。

（3）水泥穩定碎石的無側限抗壓強度與劈裂強度之間表現出較強的線性相關性。

參考文獻

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