王閩濤

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，重車越來越多，交通量越來越大，對路面的承載能力要求越來越高。用具有水硬性材料處置的基層材料，能更好地滿足現(xiàn)代重交通的需要。半剛性材料基層因板體性強、強度高等優(yōu)點受到重視，因此國內(nèi)許多高等級公路基層材料均為半剛性材料。如10cm半剛性材料基層，其承載力為粒料基層的1.5倍，25cm時為3.3倍[1]。目前，對于半剛性材料的路用性能要求應具有良好的強度、抗凍性、抗疲勞性能和抗開裂能力。本研究對幾種常用的半剛性基層材料進行了室內(nèi)試驗和分析。

1 原材料性質(zhì)檢驗

骨料物理性質(zhì)為：碎石為石灰?guī)r，壓碎值為11.8%，表觀密度為2.78g/cm3；砂礫壓碎值為25.6%，表觀密度為2.62g/cm3。試驗所用土的液限為43%，塑限為25%，塑性指數(shù)為16%；骨料級配通過率見表1，水泥和粉煤灰的檢驗結(jié)果見表2和表3。

表1 骨料級配通過率 單位：%

表2 水泥檢驗結(jié)果

表3 粉煤灰檢驗結(jié)果

物理性質(zhì)檢驗結(jié)果

由表知，原材料滿足規(guī)范要求。

2 混合料力學強度試驗

根據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（057—94）的規(guī)定，進行各種半剛性混合料的擊實、成型和養(yǎng)生?；旌狭显嚰捎玫让芏褥o力壓實成型。養(yǎng)生溫度為20℃±2℃，相對濕度為90%。凍融抗壓試驗是為了探討各種混合料抗凍性能，凍融循環(huán)一次為48h，凍結(jié)時間為24h，溫度為-20℃±2℃，融化時間為24h。溫度收縮、干燥收縮和疲勞試驗的試件尺寸為10cm×10cm×40cm，試件采用振動成型[3]。 疲勞試驗在MTS上進行（見表4）。

表4 半剛性材料擊實、抗壓強度試驗結(jié)果

表4（續(xù)）

路面暴露于大氣中，經(jīng)受凍融、行車荷載及溫度荷載的反復作用，產(chǎn)生拉、壓應力，為檢驗半剛性材料的抗凍性能，進行了凍融試驗，結(jié)果見表5。同時，還進行了彎拉和疲勞試驗，觀察半剛性材料的耐久性[2]，并根據(jù)試驗結(jié)果進行回歸分析，得出疲勞方程，結(jié)果見表6，溫度收縮系數(shù)試驗結(jié)果見表7。

表5 半剛性材料凍融抗壓強度試驗結(jié)果

表6 彎拉強度及疲勞試驗結(jié)果

表7 溫度收縮系數(shù)試驗結(jié)果

3 試驗結(jié)果分析

3.1 抗壓試驗結(jié)果分析

3.1.1 水泥砂礫強度隨水泥含量的增加而增加，但3%和4%含量在28d、90d強度相接近，5%和6%含量在7d、28d、90d強度分別接近。強度均隨著齡期增長而增加。

3.1.2 二灰碎石強度均隨著齡期增長而增加。90d二灰碎石強度試驗的配合比中，有5個已經(jīng)達到或超過水泥砂礫的強度，而7d水泥砂礫的強度均高于二灰碎石的強度，28d強度水泥砂礫的強度均高于大部分配合比二灰碎石的強度，這進一步說明，二灰之間的火山灰反應主要是發(fā)生在28d以后。

3.1.3 二灰砂礫、二灰土后期強度均低于水泥砂礫和二灰碎石，早期強度二灰碎石與二灰土相近。二灰砂礫7d強度均在飽水時崩解了，180d強度二灰砂礫與二灰土相近，但是遠遠低于水泥砂礫（90d）和二灰碎石的強度。

3.2 凍融抗壓強度試驗結(jié)果分析

3.2.1 由3∶97和5∶95水泥砂礫，以及5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50二灰碎石試驗結(jié)果可以看出，水泥砂礫28d耐凍系數(shù)大于二灰碎石28d的耐凍系數(shù)；水泥砂礫90d耐凍系數(shù)與28d相比幾乎沒有增長；二灰碎石90d耐凍系數(shù)是28d的1.7～3.3倍，這說明二灰碎石的抗凍性能隨著齡期的增長而增長，水泥砂礫這種趨勢不是很明顯。二灰碎石強度在90d以后還會有很大增長，如果采用180d強度，二灰碎石的耐凍系數(shù)還會有很大的增長。

3.2.2 根據(jù)抗凍性能試驗結(jié)果可推知，抗凍性最好的材料應該是5∶95的水泥砂礫，這樣從公路建設的經(jīng)濟性和實用性考慮都合算。二灰碎石90d耐凍系數(shù)的大小依次為5∶15∶80，8∶32∶60，10∶40∶50。

3.3 抗彎拉、抗疲勞性能結(jié)果分析

3.3.1 抗彎拉強度由大到小的順序是：水泥砂礫5∶95＞二灰碎石8∶32∶60＞10∶40∶50。

3.3.2 由疲勞方程可知：疲勞衰減速率依次是二灰碎石10∶40∶50＜二灰碎石8∶32∶60＜水泥砂礫5∶95，這說明在相同的應力水平條件下，抗疲勞能力依次是：二灰碎石10∶40∶50＞二灰碎石8∶32∶60＞水泥砂礫5∶95。

3.3.3 極限彎拉強度較高者應該有較好的疲勞壽命。這說明，水泥砂礫抗彎拉強度比二灰碎石高，在一定程度上，能彌補其疲勞壽命比二灰碎石衰減過快的缺陷。

3.4 溫度收縮試驗結(jié)果分析

3.4.1 從表7可以看出，二灰碎石在最佳含水量狀態(tài)下，28d溫度收縮系數(shù)隨著碎石含量減少有增加的趨勢；90d這種趨勢不是很明顯。含水量發(fā)生大的變化，溫度收縮系數(shù)也會發(fā)生很大的變化，本試驗中，半風干狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù)要明顯小于飽水狀態(tài)和最佳含水量狀態(tài)下的溫度收縮系數(shù)，僅為其1/3左右。

3.4.2 水泥砂礫在最佳含水量和飽水狀態(tài)下，28d、90d溫度收縮系數(shù)隨齡期變化很小，在最佳含水量狀態(tài)下，90d是28d溫度收縮系數(shù)的1.07倍，在飽水狀態(tài)下是0.99倍。最佳含水量狀態(tài)和飽水狀態(tài)90d的溫度收縮系數(shù)是半風干狀態(tài)的2倍多，由此可見，含水量變化對水泥砂礫溫度收縮系數(shù)影響也非常大。

4 結(jié)論

4.1 水泥砂礫早期強度高，后期增幅比二灰碎石小。二灰碎石后期強度高，強度隨著時間的增長，強度增幅大。二灰碎石抗疲勞性能與水泥砂礫相近。這表明，如果工程進度要求緊，那么，水泥砂礫是首選的基層類型。對于其他情況，則應該根據(jù)施工機具和地產(chǎn)材料的情況來選擇基層類型。

4.2 含水量對半剛性材料溫度收縮性能有極大影響，因此，從抗開裂角度出發(fā)，半剛性材料的含水量不宜過大。

4.3 根據(jù)試驗推薦的基層材料配合比為：二灰碎石（5～8）∶（15～32）∶（60～80），水泥砂礫（5～6）∶（94～95）。

[1]沙愛民.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.

[2]叢林，等.半剛性基層材料性能參數(shù)的試驗研究[J].建筑材料學報，2001，4（4）：385-391.

[3]JTJ 057—94，公路無機結(jié)合量材料試驗規(guī)程[S].