干濕循環對水泥改良路基土路用性能的影響

馬江平

（張家口路緣公路工程有限責任公司，河北 張家口 075000）

一、試驗方案設計

試驗土體選自冀西北地區某高速公路路基，土樣顆粒級配試驗結果如圖1所示，該天然土樣級配良好，各顆粒之間分布均勻。

圖1 土樣顆粒級配曲線

本文研究干濕循環對水泥改良路基土回彈模量及CBR的影響，回彈模量試驗水泥摻量為4%、6%、8%，干濕循環次數為0、1、3、5、9、15次，養護齡期為90d。CBR試驗水泥摻量為4%、6%、8%，干濕循環次數設為0、1、3、5、9、15次，養護齡期為28d。試樣采用最優含水率制件，對水泥改良土做擊實試驗，結果表明隨著水泥會導致改良土最優含水率升高，最大干密度下降，這是因為水泥和土顆粒間發生化學反應，產生較大團狀物，影響壓實效果，從而影響最大干密度及最優含水率。改良土最優含水率及最大干密度曲線，如圖2所示。

圖2 改良土最優含水率及最大干密度曲線

二、試驗方法

（一）回彈模量試驗

使用強度儀法檢測回彈模量試驗，采用儀器設備有路面材料強度儀、試桶、承載板等，試桶尺寸為D×H=152 m m×170 m m；套環高度為50 m m；試桶內墊塊尺寸為D×H=151mm×50mm；承載板尺寸為D×H=50mm×80mm的空心圓柱體，承載板兩側伸出，用以測量回彈量，其他設備包含位移傳感器兩支及位移傳感器支架。

（二）CBR實驗

養生齡期結束后，將試件放入溫度為20±2℃的水中浸水96h，試件浸水完畢、稱量結束后，利用路面材料強度綜合測定儀開展貫入試驗，記錄好試驗結果及相關數據。

（三）干濕循環過程

首先將養生完成的試件放入水中增濕，水面高出試樣底部約2cm，增濕過程中間隔2h稱重，當試樣質量不再發生變化時認為增濕完成，不經歷干濕循環的試樣在試樣靜止15min后可開始試驗，經歷干濕循環的試樣此時將試樣取出靜止15min后放入105℃鼓風干燥箱干燥，同樣間隔2h稱重，當試樣質量不發生變化時，認為干燥過程完成，此為一次干濕循環過程，當計劃干濕循環次數完成后開始回彈模量試驗及CBR貫入試驗。

三、結果分析

（一）回彈模量試驗

養護90d齡期的水泥改良土試件回彈模量在0次干濕循環下隨水泥摻量的發展變化情況，如圖3所示。水泥摻量設置為4%，6%，8%。改良土回彈模量受水泥摻量影響較大，隨著水泥摻量增加，回彈模量數值持續增長。

圖3 回彈模量隨水泥摻量變化

從不同摻量水泥改良土回彈模量與干濕循環之間的關系可以看出，首次干濕循環對回彈模量影響巨大，經歷多次干濕循環后，回彈模量的降低速度有所減緩，前9次干濕循環對試樣的損傷較大，后幾次的干濕循環對試樣的損傷有所降低。

圖4 水泥改良土回彈模量與干濕循環之間的關系

圖5 回彈模量損失率

將回彈模量各個循環次數的損傷與上次干濕循環回彈模量的比定義為回彈模量損失率，由不同水泥摻量改良土回彈模量較上次循環損失率可知：干濕循環對水泥改良土回彈模量損失率影響明顯，隨著干濕循環次數的變化呈現V字形變化，損失率均在第3次干濕循環時達到最低點。干濕循環次數超過三次后開始直線增加，這是由于干濕循環過程中，試樣表面松散部分逐漸加劇、剛度減小，導致回彈模量的損失率逐漸增大。4%水泥改良土初始模量較小，整體性較差，經歷干濕循環以后試樣較早的出現掉皮松動現象，因此4%水泥摻量試件整體性質較差。水泥改良土經歷第9次干濕循環后，8%水泥摻量模量損失率＞6%水泥摻量模量損失率＞4%水泥摻量模量損失率，說明水泥摻量越多，經歷干濕循環后試樣累計損傷的突變值越大。總體來說，水泥摻量越多，在經歷干濕循環所造成的回彈損失率越高。

（二）CBR試驗

由CBR值在0次干濕循環時隨水泥摻量變化可知：改良土CBR值隨水泥摻量增加而逐漸增加，28d養護齡期的CBR值已滿足規范要求。

由不同水泥摻量改良土CBR值隨干濕循環次數變化情況可知：經歷循環后4%水泥改良土的CBR值比6%及8%水泥改良土較早達到峰值，6%及8%改良土體在第9次干濕循環后開始降低，說明水泥水化反應可以抵消一定范圍內干濕循環所造成的試樣損傷。

由上文可知，水泥摻量對水泥改良土體CBR值有重要影響，所以本文引入水泥影響因子，將水泥摻量與對應CBR值定義為水泥CBR影響因子，因子越大說明試樣在相同水泥摻量下承載強度越小，因子越小改良土性質越穩定。由水泥影響因子隨干濕循環次數變化情況可知：影響因子隨著干濕循環次數的增加均呈現V字形變化。早期干濕循環過程中因子下降較快，這是因為水泥水化對強度產生貢獻，隨著時間的推移，經歷3～5次干濕循環后，干濕循環對材料的損傷作用凸顯，水泥CBR影響因子急劇增加，4%改良試樣增加量比6%與8%改良試樣增加劇烈，經觀察6%水泥改良試樣影響因子最低。這表明了6%水泥改良土抵抗干濕損傷能力強于其他摻量改良土，具有很好的實用性。

四、結語

本文通過室內試驗研究干濕循環對水泥改良土路基的影響，分析干濕循環作用下水泥改良土回彈模量及CBR的變化規律。回彈模量及CBR可以作為公路工程中路基檢測的重要指標，表征路基改良土的耐久性，因此相關試驗人員一定要嚴格按照步驟操作，掌握技術要點，確保檢測數據準確無誤，對公路工程設計提供可靠的數據支持。