閆翔鵬，安平，丁偉，張國鵬 ，徐欽升*

1.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031；2.日照公路建設有限公司，山東 日照 276800; 3.山東建筑大學 交通工程學院，山東 濟南 250101

0 引言

在我國公路基層建設工程中，水泥穩(wěn)定碎石混合料(以下簡稱混合料)基層自身強度高，穩(wěn)定性好，耐久性強，與其他路面結構相比有著不可替代的優(yōu)越性，故應用廣泛。但道路交通軸載劇增，對道路基層和混合料的性能提出更高要求，材料拌和是否均勻對其性能具有重要影響，是混合料性能變異的重要因素[1-3]。在實際施工及使用中，又因混合料自身特性易造成離析，需要采用一定技術處理[4-6]，如何在更短時間內(nèi)獲得均勻性更好的混合料一直是研究的重點。研究發(fā)現(xiàn)：分步拌和技術可有效提高混合料的拌和均勻性，改善混合料力學性能，混合料分步拌和技術主要是通過改變各種類型顆粒的拌和順序控制水泥漿黏稠度，保證混合料拌和狀態(tài)及裹附程度，改善混合料的均勻性，提高水泥穩(wěn)定碎石材料性能，降低水泥劑量，節(jié)約資源[7-8]。本文采用不同拌和技術制備材料試件，通過檢測試件的多種力學性能指標，研究分步拌和技術對水泥穩(wěn)定碎石材料的性能影響。

1 試驗

1.1 原材料

碎石集料選用0～4.75 mm、>4.75～9.50 mm、>9.50～19.00 mm、>19.00～31.50 mm等4種粗細不同類型的集料，集料各項指標均滿足規(guī)范和設計要求。

選用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，各項技術指標均滿足規(guī)范要求，如表1、2所示。

表1 方篩邊長與篩孔平均通過率的關系

表2 試驗用水泥技術指標

現(xiàn)場施工采用可飲用地下水，各項技術指標均滿足規(guī)范要求，如表3所示。

表3 水質各成分體積質量 mg·L-1

1.2 配合比設計

根據(jù)各集料篩分結果和混合料級配范圍，按照試驗規(guī)范進行擊實試驗[9-12]，確定水泥穩(wěn)定碎石混合料最大干密度和最佳水的質量分數(shù)，確定混合料級配，結果如表4所示。

表4 優(yōu)化后混合料級配篩孔平均通過率

1.3 試驗方案

常規(guī)拌和技術是指將集料一次性全部加入，再加入拌和溶液全部質量的40%，拌和后再加入拌和溶液全部質量的35%，最后加入剩余的拌和溶液；分步拌和技術是指將拌和溶液一次性全部倒入，再將集料質量的50%加入，最后加入剩余集料[13-16]。按照優(yōu)化后的混合料配合比設計，基于常規(guī)拌和及分步拌和技術分別成型混合料試件，在相同試驗條件下對材料進行無側限抗壓強度、抗折強度、彈性模量及干縮試驗，對比不同拌和技術制備的混合料的路用力學性能，分析分步拌和技術對混合料的性能影響。

2 拌和技術對混合料性能的影響

2.1 材料界面分析

采用高倍顯微鏡采集統(tǒng)計已完成強度、模量試驗的室內(nèi)成型及現(xiàn)場取芯試件的破裂面圖像，分析混合料試件的界面結構，2種拌和工藝制備的材料統(tǒng)計結果如表5所示。

表5 2種拌和工藝制備的試件破裂表面投影面對比分析

由表5分析可知：與常規(guī)拌和工藝相比，基于分步拌和工藝的混合料密實型界面比例更大，且孔隙型、分離型和薄膜型界面比例偏??；對室內(nèi)成型混合料試件來說，分步拌和工藝成型的試件密實型界面比例是常規(guī)拌和工藝成型試件的1.11倍；對于現(xiàn)場取芯試件，兩者比為1.64:1，表明基于分步拌和工藝的混合料拌和效果更佳，成型試件更加密實。

2.2 無側限抗壓強度

按照試驗規(guī)程對不同拌和工藝的混合料進行無側限抗壓強度與水泥質量分數(shù)和齡期的關系試驗，結果如表6所示。

表6 2種拌和工藝制備混合料無側限抗壓強度與水泥質量分數(shù)及齡期的關系 MPa

由表6可知：相同試驗條件下，2種拌和工藝生產(chǎn)的混合料的無側限抗壓強度隨水泥質量分數(shù)的增加而增大；水泥質量分數(shù)相同時，與常規(guī)拌和混合料相比，分步拌和混合料的無側限抗壓強度更大。因分步拌和工藝混合料各組成分均勻，集料間結構更加穩(wěn)固，混合料內(nèi)部空隙率減小，可有效提高混合料的強度，改善混合料性能。

由表6可知：相同試驗條件下，2種拌和工藝生產(chǎn)的混合料的無側限抗壓強度隨齡期的增加而增大，分步拌和與常規(guī)拌和技術制備的混合料在齡期7、14、28 d的無側限抗壓強度比分別為1.17:1、1.22:1、1.19:1。對于半剛性基層，分步拌和工藝可有效改善混合料的早期性能，提高早期強度，更容易達到工程需要的前期強度，且不增加工藝成本。

計算混合料強度和水的質量分數(shù)，分析評價常規(guī)拌和與分步拌和技術對不同水泥質量分數(shù)(4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%)下混合料性能影響，結果如表7所示。

表7 2種拌合工藝制備混合料的無側限抗壓強度及水的質量分數(shù)變化

由表7分析可知：相同試驗條件下，與常規(guī)拌和技術相比，分步拌和混合料強度提高，水的質量分數(shù)降低，表明采用分步拌和技術可滿足同等強度要求下減少混合料水泥和水用量的要求。

2.3 彎拉強度

按照試驗規(guī)程，采用靜力壓實法成型試件(每種拌和方式成型12根中梁試件，壓實度為98%)，脫模后將試件置于標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護90 d[17-23]。養(yǎng)護后采用三分點加壓法測量彎拉強度Rs，結果見表8。

表8 2種拌和工藝制備試件的Rs對比 MPa

由表8可知：2種工藝材料平均彎拉強度分別為2.46、2.44 MPa，標準差分別為0.21、0.10 MPa，2種工藝材料的變異系數(shù)分別為8.54%、4.10%。相同試驗條件下，2種工藝制備的材料彎拉強度相差較小，分步拌和混合料的變異系數(shù)比常規(guī)拌和減小50%，表明前者強度結果更平均，混合料拌和均勻性更好。

2.4 抗壓彈性模量

按照試驗規(guī)程對2種工藝制備的混合料進行單軸壓縮彈性模量試驗，結果見表9。

表9 2種拌和工藝制備混合料的彈性模量 MPa

由表9可知：2種工藝制備材料的彈性模量隨水泥質量分數(shù)的增加而增大；水泥質量分數(shù)相同時，與常規(guī)拌和相比，分步拌和的試件的單軸壓縮模量更大，彈性模量增大30%～40%。分步拌和制備試件的彈性模量指標可滿足材料性能需求，在同等模量要求下可減少混合料中水泥的質量分數(shù)。

2.5 干縮

在標準試驗條件下，對2種工藝制備成型梁式、柱式試件進行干縮試驗，結果如圖1、2所示。

圖1 2種拌和工藝制備試件的干縮量與齡期關系 圖2 2種拌和工藝制備試件的累積失水率與齡期關系

由圖1、2可知：不同拌和工藝成型的梁式、柱式試件的干縮變形量及失水率隨齡期變化趨勢相同，在成型早期階段，試件干縮量較大，干縮量的增長速率隨齡期增長而減小，失水率變化與干縮量變化趨勢一致；與常規(guī)拌和技術相比，采用分步拌和技術的混合料干縮量、累積失水率更小，抗干縮能力更強，表明分步拌和工藝有效降低材料的干縮量，改善混合料的干縮性能。

根據(jù)試驗結果計算不同拌和工藝混合料的干縮應變和干縮系數(shù)，分析水穩(wěn)混合料抗開裂性能，結果如圖3、4所示。

圖3 2種拌和工藝制備試件的干縮應變與齡期關系 圖4 2種拌和工藝制備試件的干縮系數(shù)與齡期關系

由圖3、4分析可知：不同拌和工藝成型的梁式、柱式試件的干縮應變和干縮系數(shù)隨齡期變化的趨勢相同，與常規(guī)拌和技術相比，采用分步拌和技術的混合料的干縮應變、干縮系數(shù)更小；相同條件下，基于分步拌和工藝的混合料梁式、柱形試件的干縮系數(shù)可分別降低18.8%、14.4%，表明分步拌和工藝有效改善了混合料的拌和均勻性，提高混合料的抗裂性能。

3 結論

1)與常規(guī)拌和工藝相比，采用分步拌和技術成型的混合料流動狀態(tài)和均勻性更好，混合料抗壓強度、彈性模量、抗干縮和抗開裂性能均有較大提升。

2)在同等強度指標要求下，采用分步拌和技術可以減少混合料中水泥和水的用量。

3)分步拌和工藝可改善混合料的早期性能，提高混合料早期強度，縮短混合料養(yǎng)護齡期且不增加工藝成本。