摘要：隨著交通荷載的持續(xù)增長(zhǎng)，原有路面結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生基層反射裂縫，因此，對(duì)基層材料的優(yōu)化改善就顯得尤為重要。文章通過(guò)將聚丙烯纖維外摻到水泥穩(wěn)定碎石材料中進(jìn)行性能測(cè)試，共設(shè)計(jì)了0 mm+0%、9 mm+0.15%、9 mm+0.20%、9 mm+0.25%、12 mm+0.15%、12 mm+0.20%和12 mm+0.25%七種纖維組合方案，分別考慮了水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度、干燥收縮、溫度收縮及疲勞壽命。研究表明：9 mm+0.25%和12 mm+0.15%纖維組合方案對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石材料性能的提升效果顯著，具有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維;水泥穩(wěn)定碎石;性能測(cè)試;疲勞壽命

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石是道路基層典型的材料選擇方案之一，其具有骨架穩(wěn)定、造價(jià)低、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。然而，水泥穩(wěn)定碎石基層材料在往復(fù)的交通荷載作用下面臨著裂縫開展、內(nèi)部損傷等問(wèn)題，如何緩解重載交通對(duì)基層結(jié)構(gòu)的損傷就顯得十分重要[1-3]。相關(guān)研究表明：對(duì)于基層結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化改善，一般可以通過(guò)改變材料組成和結(jié)構(gòu)厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)[4-5]。其中，改變基層材料組成是常見(jiàn)方案，用銑刨料替代部分水泥穩(wěn)定碎石、在水泥穩(wěn)定碎石中添加外摻劑均能對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料的性能進(jìn)行提升[6-7]。然而，水泥穩(wěn)定碎石基層病害產(chǎn)生的根源一般是收縮性能和抗疲勞性能不足[8]，本研究擬采用聚丙烯纖維外摻水泥穩(wěn)定碎石基層材料來(lái)提升材料性能，對(duì)于改善道路基層結(jié)構(gòu)性能具有一定借鑒作用。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 水泥

研究采用的水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為60 min，終凝時(shí)間為180 min。28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到48.6 MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到8.4 MPa。

1.2 集料

試驗(yàn)選用的集料為湖北產(chǎn)的石灰?guī)r，石料干凈無(wú)雜質(zhì)，壓碎值和磨耗值均滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

1.3 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維是一種傳統(tǒng)纖維制品，可以應(yīng)用于工業(yè)、航天、道路等領(lǐng)域。本研究選用的纖維長(zhǎng)度分別為9 mm和12 mm兩種，纖維摻量分別為0.15%、0.20%、0.25%不等。

1.4 試驗(yàn)方案

研究采用纖維長(zhǎng)度（9 mm、12 mm）與纖維摻量（0.15%、0.20%、0.25%）正交的方式，共涉及了7組不同組合的試驗(yàn)方案。制備水泥穩(wěn)定碎石基層材料試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、干燥收縮、溫度收縮、疲勞壽命等試驗(yàn)，綜合分析和比選適宜的組合方案。不同組合方案下水泥穩(wěn)定碎石材料的最佳含水量和最大干密度測(cè)試結(jié)果如表1所示。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能試驗(yàn)研究

2.1? 抗壓強(qiáng)度

水泥穩(wěn)定碎石基層材料的抗壓強(qiáng)度是表征水穩(wěn)碎石材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，抗壓強(qiáng)度與材料承受集中荷載有關(guān)，抗壓強(qiáng)度越好表明材料抵抗外部荷載作用變形能力越強(qiáng)。研究采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石材料的測(cè)試，其7 d和28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別如圖1～2所示。

由圖1～2可知，在水泥穩(wěn)定碎石基層材料中加入聚丙烯纖維能夠明顯提升材料的抗壓強(qiáng)度，不同組合方案對(duì)應(yīng)的7 d抗壓強(qiáng)度分別較普通水泥穩(wěn)定碎石提升1.87%、5.61%、7.01%、4.21%、6.31%、3.50%;

28 d抗壓強(qiáng)度分別較普通水泥穩(wěn)定碎石提升1.40%、3.89%、4.51%、2.02%、4.20%、1.71%，說(shuō)明聚丙烯纖維的摻入能夠提升水泥穩(wěn)定碎石的早期強(qiáng)度。其中，9 mm+0.20%與12 mm+0.15%的聚丙烯纖維組合方案對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能的提升效果最為明顯。

2.2 干燥收縮

干燥收縮是水泥穩(wěn)定碎石基層材料在干燥環(huán)境下產(chǎn)生變形的表現(xiàn)，要求材料本身需要具備較好的干燥收縮能力，能夠抵抗由于干燥原因而產(chǎn)生的變形、開裂問(wèn)題。研究對(duì)不同齡期下的干燥收縮應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制相關(guān)曲線如圖3所示。

如圖3所示，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定碎石基層材料的干縮應(yīng)變也在不斷增長(zhǎng)，呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)。其中，在前28 d環(huán)境下材料的干縮應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，主要原因是前28 d水泥的水化反應(yīng)較為明顯，材料內(nèi)部會(huì)因?yàn)樗值恼舭l(fā)而產(chǎn)生一定的收縮變形。從摻加不同長(zhǎng)度和摻量的聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定碎石基層材料來(lái)看，摻9 mm+0.25%聚丙烯纖維的水泥穩(wěn)定碎石材料干縮應(yīng)變較小，摻12 mm+0.15%聚丙烯纖維的水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮應(yīng)變與普通水泥穩(wěn)定碎石基層材料較為一致。水泥穩(wěn)定碎石基層材料的干縮應(yīng)變?cè)叫?，則材料抵抗干燥收縮變形的能力越強(qiáng)。研究表明，聚丙烯纖維的摻入對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石材料的干燥收縮性能影響較大，因此，纖維長(zhǎng)度及摻量的選擇尤為關(guān)鍵。

2.3 溫度收縮

相比于干燥收縮，水泥穩(wěn)定碎石基層材料也會(huì)面臨著服役環(huán)境溫度變化對(duì)其的變形影響。研究將水泥穩(wěn)定碎石基層材料試件置于控溫箱中進(jìn)行溫度收縮試驗(yàn)，溫度水平為6檔，每隔10 ℃為一檔。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

如圖4所示，隨著溫度范圍的下降，水泥穩(wěn)定碎石基層材料的溫縮系數(shù)呈先下降后上升的趨勢(shì)，溫縮系數(shù)越小，則材料抵抗溫度變形的能力越強(qiáng)。試件在0 ℃～10 ℃下溫縮系數(shù)最小，其原因主要是此時(shí)溫度環(huán)境更貼近材料本身屬性，碎石材料內(nèi)部骨料、水泥等均處于穩(wěn)定狀態(tài)，而溫度的上升會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生膨脹變形，溫度過(guò)低也會(huì)使材料產(chǎn)生冷縮開裂。綜合來(lái)看，9 mm+0.25%和12 mm+0.15%聚丙烯纖維對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石材料的溫度干縮改善最為明顯。

2.4 疲勞壽命

水泥穩(wěn)定碎石作為基層典型材料，需要承受上面層傳遞的荷載作用，而基層往往易產(chǎn)生開裂反射裂縫等問(wèn)題，因此，水泥穩(wěn)定碎石基層材料需要具備一定的疲勞壽命優(yōu)勢(shì)。研究將不同組合方案的聚丙烯纖維摻入水泥穩(wěn)定碎石基層材料中，研究其在不同應(yīng)變水平（0.65 με、0.7 με、0.75 με、0.80 με下的疲勞壽命。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

將不同應(yīng)變水平下不同組合方案水泥穩(wěn)定碎石基層材料的疲勞壽命數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖5～8所示。由圖可知，不同組合方案下水泥穩(wěn)定碎石基層材料對(duì)應(yīng)的疲勞壽命有較大差異，其中，9 mm+0.25%和12 mm +0.15%對(duì)應(yīng)的水泥穩(wěn)定碎石基層材料疲勞壽命較高。當(dāng)應(yīng)變水平為0.65 με時(shí)，其對(duì)應(yīng)的疲勞壽命較普通水泥穩(wěn)定碎石基層材料疲勞壽命分別增長(zhǎng)55.73%和23.39%;當(dāng)應(yīng)變水平為0.70 με時(shí)，其對(duì)應(yīng)的疲勞壽命較普通水泥穩(wěn)定碎石基層材料疲勞壽命分別增長(zhǎng)38.68%和23.65%?？偟膩?lái)看，聚丙烯纖維的摻入在一定程度上是能夠提升材料疲勞壽命及其他性能的，但需要嚴(yán)格對(duì)外摻聚丙烯纖維的長(zhǎng)度和摻量進(jìn)行研究和控制。通過(guò)對(duì)其抗壓強(qiáng)度、干燥收縮、溫度收縮及疲勞壽命測(cè)試結(jié)果來(lái)看，9 mm+0.25%和12 mm+0.15%纖維組合方案對(duì)材料性能的提升是有益的。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究將不同長(zhǎng)度及摻量下的聚丙烯纖維外摻到水泥穩(wěn)定碎石基層材料中，研究其對(duì)抗壓強(qiáng)度、干燥收縮、溫度收縮、疲勞壽命的影響。研究表明：9 mm+0.25%和12 mm+0.15%的聚丙烯纖維組合方案對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能的提升具有較大影響。研究可以為水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能綜合提升提供借鑒參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：韋遠(yuǎn)思（1979—），工程師，研究方向：公路工程。