膨脹劑對水泥穩(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)濟性能優(yōu)越、施工簡便快速等優(yōu)點，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)定碎石的密實度，減小材料的孔隙率，增強水泥穩(wěn)定碎石的強度性能以及耐久性，綜述了各研究者關(guān)于膨脹劑對水泥穩(wěn)定碎石的各項性能的影響研究。

  【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用在我國公路建設(shè)中，水泥穩(wěn)定基層材料具有的優(yōu)點：穩(wěn)定性好（強度從1MPa至10MPa均可以調(diào)整）、產(chǎn)量高、攪拌時間短、利于高效、大面積的持續(xù)施工；另外經(jīng)濟性能好，在缺乏粒料的地區(qū)，采用水泥穩(wěn)定材料是比較經(jīng)濟的^[1]。同時水泥穩(wěn)定基層材料也存在很多缺點，例如材料的抗裂性能差，滲透性能不好等。水泥穩(wěn)定基層是通過振動壓路機振動碾壓成型，通過最大干密度、最佳含水量的指標進行指導(dǎo)施工^[2,3]。水泥穩(wěn)定基層在較大的振動壓實能作用下，得到很高的密實度，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。盡管水泥穩(wěn)定材料能夠在壓路機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)，給強度的降低、水分的進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，水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強度以及劈裂強度的變化規(guī)律，圖1、2可以看到不同的齡期對于無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度，膨脹劑的摻量分別有個最佳值。齡期為180天時，在膨脹劑的摻量為8%時，水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強度最高且為7MPa，相對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，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強度最佳且為1.11MPa，相對于沒有摻膨脹劑的試件，提高約29%。摻量太高時，由圖可以看到當膨脹劑的摻量為10%的條件下，其無側(cè)限抗壓強度以及劈裂強度相對于膨脹劑的最佳摻量時，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，前期強度以及后期強度均有所提高，但是膨脹劑的加入有其最佳摻量，主要是因為水泥穩(wěn)定碎石的空隙率較高，施工過程中壓路機能夠?qū)⑺喾€(wěn)定碎石壓實達到最佳干密度，但是壓路機的壓實能是隨著面層到內(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)。因此強度性能由于膨脹劑的加入而有所增加，但是當膨脹劑摻量超過其最佳摻量時候，過度的膨脹又會引起強度的降低，當膨脹大到水泥漿體系中的內(nèi)部空隙無法容納時，反而會破壞材料本身已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強度降低。

  3 膨脹劑對水泥穩(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，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，內(nèi)部的密實度得到有效的增加，原先由于毛細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，同時毛細管數(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)，在未做抗凍實驗的條件下，其強度性能低于摻加膨脹劑的組分，經(jīng)過凍融循環(huán)實驗之后，試件強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度降低率在三個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混凝土內(nèi)的空隙，增加密實度，并且有效的減小了毛細孔的數(shù)量與孔徑，增強了水泥穩(wěn)定碎石的抗凍性能，增強材料的耐久性。

  5 結(jié)論

  膨脹劑的加入有利于增強水泥穩(wěn)定碎石的密實度，減小體系的空隙率，同時也減小了材料內(nèi)部毛細孔的數(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度性能的發(fā)展。另外，膨脹劑的加入對水泥穩(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】

  [1] 劉佳.基于路面基層穩(wěn)定用水泥的組成設(shè)計及機理研究[D].武漢理工大學(xué)，2011

  [2] 沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面[D].北京:人民交通出版社.1999.

  [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,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].交通運輸工程學(xué)報.2006,(3).