山麗勐

摘要：半剛性基層作為我國高等級公路路面結(jié)構(gòu)的主要形式，是路面工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。隨著施工設(shè)備、材料等環(huán)節(jié)的逐步改善，對半剛性基層的開裂等問題的處治越發(fā)突出，文中從結(jié)構(gòu)類型和養(yǎng)生條件兩方面對半剛性基層進(jìn)行性能分析研究。通過優(yōu)選骨架孔隙型、骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型三種級配成型試件，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生、室內(nèi)開放性養(yǎng)生和覆膜養(yǎng)生三種方式進(jìn)行養(yǎng)生，對養(yǎng)生后試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度及干縮性能對比試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的選用主要源于其兼顧膠結(jié)作用和固結(jié)作用下的剪切強(qiáng)度提高和骨架作用下剪切強(qiáng)度衰減放緩;覆膜養(yǎng)生試件較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生性能衰減較小，對快速施工養(yǎng)生提出一種可能性;三種養(yǎng)生方法中3天內(nèi)干縮系數(shù)均較大，前期養(yǎng)生狀況是預(yù)防基層開裂的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：半剛性基層;級配類型;養(yǎng)生條件;路用性能

0引言

半剛性基層作為我國高等級公路基層的主要類型，它不僅具有很好的承重功能，還具有成型工藝簡單，明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢。二十一世紀(jì)之前，我國基層材料主要采用二灰穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定細(xì)粒土等，基層強(qiáng)度主要依靠穩(wěn)定類材料的粘聚力提供，但基層材料級配總體較細(xì)，干縮效應(yīng)較大，應(yīng)用過程中存在較多的干縮開裂等問題;進(jìn)入二十一世紀(jì)，水泥穩(wěn)定級配碎石基層在我國的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，相較于我國前期應(yīng)用較多的二灰穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定細(xì)粒土而言，基層強(qiáng)度理論從單一依靠穩(wěn)定類材料的粘聚力轉(zhuǎn)向?yàn)榧锨稊D作用（內(nèi)摩阻力）和穩(wěn)定材料粘聚力共同作用，這個(gè)階段材料材料干縮問題得到一定解決，但是還存在較多不確定性，同時(shí)結(jié)構(gòu)類型成為基層強(qiáng)度提升的又一關(guān)鍵問題[1，2]?？v觀我國基層材料發(fā)展?fàn)顩r，主要問題為材料結(jié)構(gòu)類型和干縮問題。

然而，隨著半剛性基層的大量應(yīng)用，其反映出不少生產(chǎn)實(shí)際問題，尤其是裂縫問題日益突出，當(dāng)前并沒有相應(yīng)的較好的解決方案。國內(nèi)已建高速公路使用調(diào)查表明[3，4]，通車后一年左右均出現(xiàn)大量裂縫，裂縫率最高達(dá)640m/1000m2。就目前研究現(xiàn)狀看，半剛性基層開裂的主要原因包括以下幾個(gè)方面：材料性能方面，基層結(jié)構(gòu)類型方面，施工工藝方面，外部環(huán)境方面等。其中材料、結(jié)構(gòu)類型和養(yǎng)生方式是半剛性基層開裂的主要矛盾，為研究結(jié)構(gòu)類型及養(yǎng)生方式對半剛性基層開裂問題的影響，文中開展不同級配類型在不同養(yǎng)生方式下的強(qiáng)度衰減和干縮效果評價(jià)，以期探索出半剛性基層開裂控制方法。

1材料參數(shù)及級配設(shè)計(jì)

文中將半剛性基層材料劃分為懸浮密實(shí)、骨架密實(shí)和骨架孔隙三種類型[5，6]。劃分以上三種結(jié)構(gòu)類型的主要標(biāo)準(zhǔn)是粗集料經(jīng)壓實(shí)后，粗顆粒間空隙體積與壓實(shí)后起填充作用的細(xì)料體積之間的關(guān)系。懸浮密實(shí)型混合料中細(xì)料的壓實(shí)體積大于粗集料形成的空隙體積，即是粗集料在壓實(shí)混合料中處于“懸浮狀態(tài)”;骨架密實(shí)型混合料中細(xì)料的壓實(shí)體積臨界于粗集料形成的空隙體積，粗集料在壓實(shí)混合料中有一定“骨架作用”;骨架孔隙型混合料中細(xì)料的壓實(shí)體積則小于粗集料形成的空隙體積，壓實(shí)混合料中形成“骨架”的粗集料之間存有一定的孔隙[3-4]。根據(jù)三種結(jié)構(gòu)類型理論，確定三種結(jié)構(gòu)類型級配曲線進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并對三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能對比驗(yàn)證，三種結(jié)構(gòu)合成級配曲線見圖1，基本性能參數(shù)見表1及圖2-3。

圖1可見，三種級配中，骨架密實(shí)型級配抗壓強(qiáng)度最高，懸浮密實(shí)型級配次之，骨架孔隙型最差;三種級配在不同水泥用量下，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本隨水泥用量的增大而增大，水泥用量在4.5%增加到5.0%過程中其強(qiáng)度增速減緩，說明水泥用量對強(qiáng)度的影響減弱。因此，綜合考慮選定4.5%水泥用量的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行水泥穩(wěn)定級配碎石基層性能衰減評價(jià)。根據(jù)以上強(qiáng)度曲線可知，三種級配情況下，4.5%水泥用量下其強(qiáng)度基本能夠達(dá)到其優(yōu)化效果。因此，進(jìn)行了三種級配4.5%水泥用量下的間接拉伸試驗(yàn)評價(jià)，其結(jié)果見圖3。此結(jié)果亦能說明骨架密實(shí)型級配具有較強(qiáng)的應(yīng)用意義。

2路用性能衰減分析

2.1強(qiáng)度衰減試驗(yàn)

現(xiàn)階段因施工作業(yè)面限制等問題，實(shí)際施工過程中存在下一工序緊跟施工，上下工序同時(shí)養(yǎng)生現(xiàn)象。為了模擬工序緊跟現(xiàn)象同室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生和自然條件下的無養(yǎng)生措施的不養(yǎng)生狀況進(jìn)行對比，進(jìn)行了三種養(yǎng)生條件模擬水泥穩(wěn)定級配碎石基層材料的性能衰減試驗(yàn)對比分析。三種養(yǎng)生條件分別為：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)生，溫度：20℃±2℃，相對濕度大于95%;模擬工序緊跟的裹覆養(yǎng)生，裹覆養(yǎng)生采用稀漿封層混合料對成型試件進(jìn)行表面包裹，可以有效減少試件水分散失，有一定的養(yǎng)生作用，養(yǎng)生過程中不定時(shí)對裹覆試件灑水，養(yǎng)生條件下溫度12℃～23℃，相對濕度25%～64%;不做任何措施的不養(yǎng)生，養(yǎng)生過程中不定時(shí)對裹覆試件灑水，養(yǎng)生溫度12℃～23℃，相對濕度25%～64%。

圖4、圖5為不同結(jié)構(gòu)類型試件在三種養(yǎng)生條件下的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)對比圖。圖中可見，三種結(jié)構(gòu)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本不存在衰減，甚至出現(xiàn)持平或增長的情況，骨架空隙型結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度略低，說明低水泥劑量下的水泥穩(wěn)定級配碎石其強(qiáng)度主要來源為水泥石的膠結(jié)作用，相同水泥劑量下不同結(jié)構(gòu)類型的嵌擠作用對抗壓強(qiáng)度影響不大;骨架孔隙型、骨架密實(shí)型、懸浮密實(shí)型三種結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生下的劈裂拉伸強(qiáng)度依次升高，說明密實(shí)結(jié)構(gòu)下穩(wěn)定材料的膠結(jié)作用和細(xì)集料的固結(jié)作用對剪切強(qiáng)度提高起關(guān)鍵作用;三種結(jié)構(gòu)裹覆養(yǎng)生和不養(yǎng)生條件下的劈裂拉伸強(qiáng)度相較于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生衰減分別為：骨架空隙型結(jié)構(gòu)衰減9.8%和8.1%;骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)衰減6.8%和14.5%;懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)衰減7.2%和21.0%。懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度最高，衰減最快，說明懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)在養(yǎng)生條件不良狀況下容易產(chǎn)生剪切強(qiáng)度衰減過快問題，因此實(shí)際施工過程中在養(yǎng)生條件難以達(dá)到全過程標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生狀態(tài)下，不易采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。

2.2彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)

測試水泥穩(wěn)定碎石抗彎拉強(qiáng)度采用尺寸為100mm×100mm×400mm的小梁試件。對骨架密實(shí)級配成型三組試件，每組五個(gè)試件，分別用于測試三種不同養(yǎng)生條件下的7d抗彎拉強(qiáng)度。試件均以4.5%水泥用量、最佳含水量、最大干密度和98%的壓實(shí)度靜壓成型。試驗(yàn)中選用英國Cooper技術(shù)公司生產(chǎn)的氣動(dòng)伺服多功能瀝青材料試驗(yàn)機(jī)（CRT-UTM-HYD），其測量量程范圍為0-30kN，采用三分點(diǎn)加載法（即三分點(diǎn)處雙點(diǎn)加荷和三點(diǎn)自由支撐），高跨比為1：3，承壓板支距100mm，跨距為300mm。

圖6為骨架密實(shí)型級配三種養(yǎng)生條件下的彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)對比圖，三種養(yǎng)生條件下的彎拉強(qiáng)度依次遞減，說明養(yǎng)生條件對彎拉強(qiáng)度的形成起關(guān)鍵作用，裹覆養(yǎng)生強(qiáng)度較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生的彎拉強(qiáng)度衰減9.0%，不養(yǎng)生較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生的彎拉強(qiáng)度衰減26.3%。裹覆養(yǎng)生和不養(yǎng)生條件下，水分散失較快，水化反應(yīng)不充分，膠結(jié)強(qiáng)度衰減，但裹覆養(yǎng)生較不養(yǎng)生條件下衰減程度明顯降低，其彎拉強(qiáng)度基本接近標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件，說明裹覆養(yǎng)生條件具備一定的應(yīng)用意義。

2.2干縮性能分析

干縮變形試驗(yàn)試件尺寸為100mm×100mm×400mm，每組成型兩個(gè)試件進(jìn)行平行試驗(yàn)，利用千分表采集干縮數(shù)據(jù)，試驗(yàn)過程如圖8所示。為防止試件松散破壞，試件成型后靜置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室24小時(shí)后進(jìn)行脫模，并將試件分別置于三種養(yǎng)生條件下，三種養(yǎng)生方式同上文2.1所述。在試件端面支上兩支千分表，禁止產(chǎn)生擾動(dòng)，以便進(jìn)行干縮動(dòng)態(tài)觀測。準(zhǔn)備工作完成后，調(diào)整并記錄千分表的初始讀數(shù)開始測量試件的干燥收縮變形。本試驗(yàn)每天進(jìn)行觀測記錄兩只千分表干縮變形量，連續(xù)記錄10天。

通過連續(xù)記錄10d的干縮量，換算出每天的干縮應(yīng)變值。干縮應(yīng)變是指材料在水分流失后，試件的收縮應(yīng)變[7-9]?？捎梢韵鹿奖磉_(dá)：

式中，為干縮應(yīng)變值;表示測試試件的長度;表示干縮量。

本試驗(yàn)采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)對不同養(yǎng)生條件下的干縮性能對比，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。從數(shù)據(jù)中可見，三種養(yǎng)生方法中均存在3天內(nèi)干縮系數(shù)較大現(xiàn)象，前期3天內(nèi)養(yǎng)生條件是基層養(yǎng)生防止開裂的關(guān)鍵環(huán)節(jié);標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)生試件在整個(gè)強(qiáng)度形成過程中干縮變化較小;裹覆養(yǎng)生過程中前期干縮較大后期干縮減緩，但其相較于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生衰減幅度不大，說明在加強(qiáng)前期施工養(yǎng)生條件下該種養(yǎng)生方法對生產(chǎn)工作提供一定的參考意義;不養(yǎng)生情況下干縮值隨齡期逐步增大，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生及裹覆養(yǎng)生條件下的干縮變化，說明不養(yǎng)生條件下水泥的水化反應(yīng)加快，對水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮性能有不利影響。

3結(jié)語

（1）水泥穩(wěn)定級配碎石基層結(jié)構(gòu)選擇和養(yǎng)生的對策研究有：1）采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu);2）合理的養(yǎng)護(hù)方式，包括：灑水養(yǎng)生、稀漿封層養(yǎng)生。

（2）骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)膠結(jié)作用降低，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較小;懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)在不同養(yǎng)生條件下剪切強(qiáng)度衰減較高，不利于生產(chǎn)過程控制;骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)兼顧穩(wěn)定材料的膠結(jié)作用和細(xì)集料固結(jié)作用，其劈裂拉伸強(qiáng)度衰減放緩。

（3）三種養(yǎng)生方法中均存在3天內(nèi)干縮系數(shù)較大現(xiàn)象，前期養(yǎng)生條件是基層養(yǎng)生防止開裂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，裹覆養(yǎng)生過程中前期干縮較大后期干縮減緩，但其相較于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生衰減幅度不大，說明在加強(qiáng)前期施工養(yǎng)生條件下該種養(yǎng)生方法對生產(chǎn)工作提供一定的參考意義。

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