膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能影響研究綜述

  【摘 要】水泥穩(wěn)定碎石具有穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、施工簡(jiǎn)便快速等優(yōu)點(diǎn)，但是其抗裂性差、耐久性不佳，阻礙了其在各大公路工程中的應(yīng)用。本文搜集了國(guó)內(nèi)關(guān)于水泥穩(wěn)定碎石的研究，總結(jié)出提高水泥穩(wěn)定碎石路用性能的辦法，通過加入膨脹劑，增加水泥穩(wěn)定碎石的密實(shí)度，減小材料的孔隙率，增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度性能以及耐久性，綜述了各研究者關(guān)于膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的各項(xiàng)性能的影響研究。

  【關(guān)鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石；膨脹劑；耐久性

  1概論

  目前水泥穩(wěn)定基層材料被廣泛的運(yùn)用在我國(guó)公路建設(shè)中，水泥穩(wěn)定基層材料具有的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好（強(qiáng)度從1MPa至10MPa均可以調(diào)整）、產(chǎn)量高、攪拌時(shí)間短、利于高效、大面積的持續(xù)施工；另外經(jīng)濟(jì)性能好，在缺乏粒料的地區(qū)，采用水泥穩(wěn)定材料是比較經(jīng)濟(jì)的^[1]。同時(shí)水泥穩(wěn)定基層材料也存在很多缺點(diǎn)，例如材料的抗裂性能差，滲透性能不好等。水泥穩(wěn)定基層是通過振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓成型，通過最大干密度、最佳含水量的指標(biāo)進(jìn)行指導(dǎo)施工^[2,3]。水泥穩(wěn)定基層在較大的振動(dòng)壓實(shí)能作用下，得到很高的密實(shí)度，但是其內(nèi)部由于膠凝材料較少，仍然有許多空隙沒有得到良好地填補(bǔ)。盡管水泥穩(wěn)定材料能夠在壓路機(jī)的作用下緊密的連接在一起，可是這種連接僅僅是物理接觸，這種接觸削弱了膠凝材料的粘結(jié)性，所以這種集料的接觸也成為材料中的薄弱區(qū)，給強(qiáng)度的降低、水分的進(jìn)入和耐久性的減弱創(chuàng)造了條件。

  水泥穩(wěn)定半剛性基層應(yīng)用于各個(gè)公路工程中，問題出現(xiàn)的也非常多，最多的表現(xiàn)為收縮與開裂，導(dǎo)致路面反射縫的生成，并且嚴(yán)重影響了公路結(jié)構(gòu)，另外由于地下水的侵入以及路面水分的滲透，都導(dǎo)致水泥穩(wěn)定基層的耐久性不佳，減弱其正常的使用年限。

  2 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能的影響

  張宏君[4]研究了水泥摻量為5%的條件下，膨脹劑摻量分別為0%、3%、5%、8%、10%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律，圖1、2可以看到不同的齡期對(duì)于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，膨脹劑的摻量分別有個(gè)最佳值。齡期為180天時(shí)，在膨脹劑的摻量為8%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高且為7MPa，相對(duì)于沒有摻膨脹劑的組分，提高約4.5%；齡期為90天，膨脹劑摻量為5%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度最佳且為1.11MPa，相對(duì)于沒有摻膨脹劑的試件，提高約29%。摻量太高時(shí)，由圖可以看到當(dāng)膨脹劑的摻量為10%的條件下，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度相對(duì)于膨脹劑的最佳摻量時(shí)，均有所降低。

  因此可以得出，膨脹劑的加入是有利于提高水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能，前期強(qiáng)度以及后期強(qiáng)度均有所提高，但是膨脹劑的加入有其最佳摻量，主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石的空隙率較高，施工過程中壓路機(jī)能夠?qū)⑺喾€(wěn)定碎石壓實(shí)達(dá)到最佳干密度，但是壓路機(jī)的壓實(shí)能是隨著面層到內(nèi)部而逐漸減弱的，導(dǎo)致內(nèi)部依然存在很多空隙，從而不利于強(qiáng)度性能的發(fā)展，而膨脹劑的加入通過其化學(xué)膨脹性將這些空隙填充，有效的增加體系的密實(shí)度，此外也有利于水泥顆粒等膠凝材料得到二次重排，使其更加貼近于界面薄弱區(qū)以及多孔區(qū)域，隨著齡期的增加而改善薄弱區(qū)。因此強(qiáng)度性能由于膨脹劑的加入而有所增加，但是當(dāng)膨脹劑摻量超過其最佳摻量時(shí)候，過度的膨脹又會(huì)引起強(qiáng)度的降低，當(dāng)膨脹大到水泥漿體系中的內(nèi)部空隙無法容納時(shí)，反而會(huì)破壞材料本身已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

  3 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響

  水泥穩(wěn)定碎石由于其干縮而引起的裂縫，從而導(dǎo)致路面反射縫的生成是目前很多路面破壞的原因之一，這也較大限制了水泥穩(wěn)定碎石在各大工程中的應(yīng)用。陳冬燕^[5]研究了水泥摻量為5%的條件下，膨脹劑摻量為0%、3%、5%、8%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的干縮率，成型的試件為100mm×100mm×400mm的小梁，所得到的干燥收縮系數(shù)如圖3所示。

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  由圖3可以看到隨著膨脹劑摻量的增加，水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)逐漸降低，其體積穩(wěn)定性也因此而逐漸提高，可以看到與不加膨脹劑的組分相比，膨脹劑摻量為3%、5%、8%的條件下分別降低約11%、23%、27%，主要由于膨脹劑的加入使水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由于內(nèi)部的空隙逐漸由生成的鈣礬石填補(bǔ)，內(nèi)部的密實(shí)度得到有效的增加，原先由于毛細(xì)管張力而引起的干燥收縮在膨脹劑加入的條件下逐漸改善，同時(shí)毛細(xì)管數(shù)量以及孔徑都得到了減少與縮小，因此膨脹劑的加入有效的減小了水泥穩(wěn)定碎石的干縮情況，提高材料的體積穩(wěn)定性。

  4 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能的影響

  楊紅輝^{[6, 7]}研究了膨脹劑的摻入對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能的影響，結(jié)果顯示：由于水泥穩(wěn)定碎石的多孔性質(zhì)，在未做抗凍實(shí)驗(yàn)的條件下，其強(qiáng)度性能低于摻加膨脹劑的組分，經(jīng)過凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后，試件強(qiáng)度均有不同程度的降低，從抗裂系數(shù)來看，摻加膨脹劑的試件均高于未摻加膨脹劑的試件，另外從圖4可以看到，添加膨脹劑的抗凍試件強(qiáng)度降低率在三個(gè)齡期里都明顯的小于未添加膨脹劑的組分，充分說明了膨脹劑的加入有利于填補(bǔ)混凝土內(nèi)的空隙，增加密實(shí)度，并且有效的減小了毛細(xì)孔的數(shù)量與孔徑，增強(qiáng)了水泥穩(wěn)定碎石的抗凍性能，增強(qiáng)材料的耐久性。

  5 結(jié)論

  膨脹劑的加入有利于增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的密實(shí)度，減小體系的空隙率，同時(shí)也減小了材料內(nèi)部毛細(xì)孔的數(shù)量以及孔徑，因此膨脹劑的加入有利于提高水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度性能，但是其具體摻量根據(jù)材料體系的不同而存在其最佳摻量，超過最佳摻量，過度的膨脹不利于材料強(qiáng)度性能的發(fā)展。另外，膨脹劑的加入對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能以及抗凍性能均有不同程度的改善。

  【參考文獻(xiàn)】

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  [3] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社.2001.3.

  [4] 張宏君,王選倉(cāng),李振霞.膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石路用性能研究[J].公路.2008 ,(11).

  [5] 陳冬燕,選倉(cāng)薛.摻膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究[J].河北交通科技.2005 ,(3).

  [6] 楊紅輝.摻膨脹劑及纖維水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué), 2003.

  [7] 楊紅輝,郝培文,經(jīng)梁.膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石路用性能[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào).2006,(3).