0 引 言

半剛性基層由于具有良好整體性能、較高的強(qiáng)度及造價(jià)低等明顯優(yōu)勢(shì)被高等級(jí)公路普遍采用［1］．我國(guó)高等級(jí)公路半剛性基層主要采用“二灰穩(wěn)定碎石＋水泥穩(wěn)定碎石”組合結(jié)構(gòu)；2種材料強(qiáng)度形成條件不同，必然造成層間接觸的連續(xù)性較差，影響了基層使用性能，會(huì)在道路使用期間出現(xiàn)反射裂縫，強(qiáng)度失穩(wěn)等早期病害［2－3］．由同種水泥穩(wěn)定碎石連續(xù)材料鋪筑的半剛性基層可以克服上述問(wèn)題，具有更大剛度，而且在缺少石灰和粉煤灰地區(qū)高等級(jí)公路應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益；但是這種整體連續(xù)的基層使用現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，仍然出現(xiàn)路面裂縫問(wèn)題．由于干縮和溫縮是產(chǎn)生裂縫的主要原因，而不同層間接觸狀態(tài)對(duì)基層抗裂性能有也不同的影響［4］．基于以上問(wèn)題，研究整體連續(xù)性基層在不同層間接觸狀態(tài)條件下抗裂性能是有必要的，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)3種層間接觸狀態(tài)條件下的抗裂性能進(jìn)行研究分析．

1 基層抗裂性能評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)基層抗裂性能應(yīng)全面考慮力學(xué)性能、溫縮或干縮應(yīng)變等，而不能僅考慮溫縮或干縮系數(shù)大?。€(wěn)基層材料在溫度作用或失水作用下的開(kāi)裂模式可以直觀地理解為在溫度作用或失水作用下產(chǎn)生的收縮應(yīng)變超過(guò)了材料最大拉應(yīng)變．采用材料極限抗拉應(yīng)變與材料溫度收縮系數(shù)或干燥收縮系數(shù)的比值來(lái)表征其抗裂性能，亦即用溫縮抗裂系數(shù)T＝εmax／αt、干縮抗裂系數(shù)W＝εmax／αd來(lái)表征材料所能承受最大溫差和含水量變化范圍，T或w值反映了材料的抗溫度和干燥收縮相對(duì)能力，其值越大，表明材料抗溫度、抗干燥收縮性能越好．

極限拉應(yīng)變近似地采用由材料的抗彎拉強(qiáng)度Rw與抗彎拉模量Ew計(jì)算得出材料極限拉應(yīng)變代替．極限拉應(yīng)變?chǔ)舖ax／αt取決于抗拉彎強(qiáng)度Rw和抗拉彎模量Ew指標(biāo)比值，即εmax＝Rw／Ew．在同樣強(qiáng)度的情況下，抗拉彎模量越小，極限拉應(yīng)變?cè)酱螅邚?qiáng)度低剛度有利于提高材料的極限拉應(yīng)變．因此，在基層材料組成設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法降低材料的溫度收縮系數(shù)和干燥收縮系數(shù)，同時(shí)改善材料的柔韌即設(shè)法提高εmax，從而使抗裂性能得到改善，耐久性得到提高［5］．

2 原材料及試驗(yàn)方法

1）原材料要求 水泥穩(wěn)定碎石試件的原材料選擇使用P．S32．5水泥，用量4．0%，經(jīng)抽樣檢驗(yàn)，其中細(xì)度2．8%，初凝時(shí)間1h35min，終凝時(shí)間6h40min，石料為石灰?guī)r，其中壓碎值為17%，滿足規(guī)范要求［6］；顆粒組成對(duì)形成混合料的骨架作用尤為重要，集料顆粒級(jí)配合成見(jiàn)表1；水穩(wěn)材料的最佳含水量和最大干密度由標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)確定［7］．最終確定試驗(yàn)的水泥穩(wěn)定碎石最佳含水量為4．31%，最大干密度為2．390g／cm3．

表1 級(jí)配確定

2）半剛性基層試件成型方式 半剛性基層試件采用大功率振動(dòng)擊實(shí)儀，模擬現(xiàn)場(chǎng)基層實(shí)際厚度一次成型30cm，并按照98%的壓實(shí)度換算適宜體積的混合料．填料時(shí)，分次裝入試模，每次分別搗實(shí)后再進(jìn)行下次填料，經(jīng)振動(dòng)擊實(shí)成型．

試件成型采取室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分層施工時(shí)出現(xiàn)不同的層間狀態(tài)即上、下層接觸狀態(tài)時(shí)間不同，先將一半質(zhì)量原材料裝入試模，進(jìn)行下層15 cm振動(dòng)擊實(shí)（梁試件20cm）；然后分別按間隔時(shí)間0，7d和30d裝入另一半材料，進(jìn)行上層15 cm（梁試件20cm）振動(dòng)成型，其編號(hào)依次為S1，S2，S3；脫模、養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后進(jìn)行抗裂性能試驗(yàn)；圓柱試件30cm（切取中間15cm作為標(biāo)準(zhǔn)試件）和梁試件10cm×10cm×40cm［8］．

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論分析

3.1 強(qiáng)度與剛度試驗(yàn)結(jié)果分析

按照文獻(xiàn)［9］對(duì)3種層間接觸狀態(tài)結(jié)構(gòu)類基層試件進(jìn)行90d齡期的抗拉強(qiáng)度和抗拉模量果測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2．

表2 抗拉強(qiáng)度和抗拉模量果測(cè)定結(jié)果

由表2可以看出，在相同齡期，相同試驗(yàn)條件下，隨著層間接觸狀態(tài)條件下降，其抗彎拉強(qiáng)度和抗彎拉模量依次降低，最大降幅可達(dá)47%，可以推斷出層間接觸條件對(duì)基層的強(qiáng)度與剛度影響很大．

3.2 干縮試驗(yàn)結(jié)果分析

按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51－2009）規(guī)定進(jìn)行7d齡期干縮試驗(yàn)．試驗(yàn)通過(guò)微米傳感器進(jìn)行測(cè)定，每組測(cè)定3個(gè)，干縮室內(nèi)控制溫度為（20±1）℃，相對(duì)濕度為60%±5%．測(cè)試周期為1個(gè)月，第1周每天進(jìn)行1次觀測(cè)，同時(shí)記錄測(cè)試結(jié)果，1周后以7d為周期進(jìn)行觀測(cè)，其干縮量和干縮應(yīng)變的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3．

表3 不同接觸狀態(tài)類型干縮量和應(yīng)變數(shù)據(jù)結(jié)果

圖1 失水率對(duì)比圖

由表3可以看出對(duì)于同種材料的半剛性基層試件，其不同層間接觸狀態(tài)會(huì)影響到干縮量變化．分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所有試件前期干縮量變化明顯高于后期；后期干縮變形量逐漸減??；最后，試件干縮量趨于穩(wěn)定．

由干縮量和干縮應(yīng)變通過(guò)計(jì)算得出失水率和干縮系數(shù)，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2．

由圖1、圖2可以看出，不同層間接觸狀態(tài)對(duì)其失水率和干縮系數(shù)影響較為明顯．

1）S3失水率略大，這是由于S3層間間斷狀態(tài)的存在使得試件的接觸面積增大，養(yǎng)護(hù)期間吸收水分較多；但在試驗(yàn)早期兩者之間變化差異不明顯．而S2失水率較低，其原因?yàn)镾2為分層成型，其下層先養(yǎng)護(hù)7d，試件內(nèi)部水分有所損失，而成型上層后，試件整體的失水率將減少．

2）當(dāng)測(cè)試時(shí)間在7d至一個(gè)月時(shí)間，失水率變化顯著，S3失水率最大，而S2失水率最小，S1狀態(tài)失水率介于兩者之間．說(shuō)明層間接觸時(shí)間間隔超過(guò)一定時(shí)間時(shí)，失水率較大．

3）測(cè)試時(shí)間在7d以內(nèi)時(shí)，層間狀態(tài)對(duì)試件干縮系數(shù)無(wú)顯著影響；而7d以后，S1和S2干縮系數(shù)基本接近但都大于S3干縮系數(shù)．

圖2 干縮系數(shù)對(duì)比圖

3.3 溫縮試驗(yàn)結(jié)果分析

按照文獻(xiàn)［9］規(guī)定進(jìn)行7d齡期的溫縮試驗(yàn)．將試件放入可以調(diào)節(jié)溫度變化速率和具有保溫保濕功能的溫濕交變?cè)囼?yàn)箱．試驗(yàn)總時(shí)間為40h，溫度控制在－10～30℃范圍內(nèi)．

在骨料縱向分布相同的前提下，層間接觸狀態(tài)不同對(duì)溫縮的影響分析，溫縮系數(shù)和溫縮應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4．

圖3 溫縮系數(shù)對(duì)比圖

圖4 溫縮應(yīng)變對(duì)比圖

由圖3、圖4分析，在骨料縱向分布條件相同時(shí)，不同的層間接觸狀態(tài)會(huì)對(duì)溫縮產(chǎn)生較大影響．S1，S22種狀態(tài)在溫度較低時(shí)，溫縮系數(shù)變化較慢，而當(dāng)溫度在15℃以上時(shí)，溫縮系數(shù)變化顯著；S2溫縮系數(shù)略高于S1，而S3狀態(tài)自始至終的溫縮系數(shù)都是最高的，說(shuō)明S1的溫縮性能較好；且不同層間接觸狀態(tài)下溫縮應(yīng)變與溫縮系數(shù)變化規(guī)律基本相同．

3.4 抗裂性能分析

3種不同層間接觸狀態(tài)結(jié)構(gòu)干縮、溫縮抗裂系數(shù)比較結(jié)果見(jiàn)表4．

表4 3種不同層間接觸狀態(tài)結(jié)構(gòu)干縮、溫縮抗裂系數(shù)

表4可以看出，S1的干縮抗裂系數(shù)和溫縮抗裂系數(shù)都明顯的大于S2，S3，說(shuō)明S1的抗裂性能最好；同時(shí)S2，S3干縮抗裂系數(shù)接近，而S2比S3的溫縮抗裂系數(shù)大．3種類型抗裂性能由大到小的整體趨勢(shì)是S1＞S2＞S3．

4 結(jié) 論

1）短期之內(nèi)，層間接觸狀態(tài) 對(duì)干縮性能無(wú)顯著的影響，而1周之后，不同接觸狀態(tài)對(duì)干縮性能有明顯的變化．

2）在低溫狀態(tài)時(shí)，S1的溫度收縮性能較好；溫度升高，S2的溫縮性能也會(huì)很快的得到改善，同時(shí)S1一直保持比較良好的溫縮性能．

3）從干縮和溫縮兩方面因素考慮，選用S1保證基層具有最佳的抗裂性能，并且隨著層間接觸狀態(tài)條件下降，其抗裂性能越差．但是在實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)受到很多條件的限制，可以通過(guò)綜合考慮進(jìn)行方案比選，確定半剛性基層的最優(yōu)層間接觸狀態(tài)．

［1］沙慶林．高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面［M］．北京：人民交通出版社，1998．

［2］沙愛(ài)民．半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能［M］．北京：人民交通出版社，1998．

［3］彭加武．厚層水泥穩(wěn)定碎石基層病害機(jī)理分析及處置對(duì)策研究［D］．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009．

［4］韓 慶．整體性基層發(fā)展現(xiàn)狀及展望［D］．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010．

［5］王 輝，姜永昌．骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能試驗(yàn)研究［J］．交通科技，2008（4）：82－84．

［6］資建民，鄧海龍．炎熱潮濕山區(qū)水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化研究［J］．湖北公路交通科技，2006（3）：1－6．

［7］交通部公路科學(xué)研究所．JTJ 058－2000公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程［S］．北京：人民交通出版社，2000．

［8］孫同波．施工養(yǎng)護(hù)期間半剛性基層干縮開(kāi)裂過(guò)程的研究［J］．公路，2003（3）：112－115．

［9］交通部公路科學(xué)研究所．JTGE51－2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程［S］．北京：人民交通出版社，2009．