水泥稳定粒料集料级配干缩性能研究

1、水泥稳定粒料集料级配干缩性能研究廖公云 黄晓明东南大学交通学院 摘 要：在路面的使用过程中，水泥稳定粒料基层弹性变形较小，使用年限长，承载能力高。但缺点是其抗变形能力低，在温度或湿度变化时容易发生收缩开裂。除了水泥剂量、含泥量和施工控制等因素外，集料级配是影响水泥稳定粒料基层收缩特性的重要因素。水泥稳定粒料级配干缩性能研究主要包括：（1）在一定的温度和湿度作用下，小梁干缩参数（失水率、干缩应变）随时间的变化规律；（2）小梁干缩应变、平均干缩系数随失水率、集料级配的变化规律。关键词：水泥稳定粒料；级配；干缩；干缩应变 降低水泥稳定粒料的干缩裂缝，对提高半刚性沥青路面的使用寿命

2、至关重要。水泥稳定粒料中的集料级配不仅影响水泥稳定粒料的强度、稳定性和施工特性，而且影响水泥稳定粒料混合料的干缩性能。本次试验详细考虑了水泥稳定粒料中集料的各种级配情况，研究了不同级配和控制性粒径对干缩性能的影响。为了便于分析比较，把公路沥青路面设计规范1中基层集料级配上、下限同时考虑在内。1 小梁干缩试验本次试验分5种情况考虑集料级配：26.5mm部分、细料（<0.6mm）部分、0.075mm部分、离析现象、规范角度，表1是各种集料的级配要求和击实试验结果。图1为各种集料的级配曲线，图中12种集料级配有很多重叠部分2。 表1着重强调了集料级配中孔径为26.5mm、4.75mm、2.36

3、mm、0.075mm部分的要求，但这并不是说，其他孔径的粒料作用不大。只有各种粒径的集料按照合理的比例组合起来，即组成一个较合理的级配，才能获得水泥稳定粒料的整体强度和稳定性。为了尽量提高试验精度，减少级配偏差，对石灰岩石料采用逐级筛分法，即先剔除石料中粒径大于31.5mm（方孔筛）的石料，再分别用孔径为26.5、19、9.5、4.75、2.36、0.6、0.075mm的标准筛筛分。试验中各种混合料级配按各孔径逐级配料。2 失水率、干缩应变随时间的变化以各种混合料的最佳含水量W0与最大干密度yo制作12种小梁试件（试件尺寸均为5cm× 5cm×24cm），在标准养护室内养护

4、7天后，置于自然状态用千分表测量其干缩量3。小梁的干缩是在失水的前提下发生的，图2是小梁失水率随时间的变化规律，图中失水率l对应于集料级配为A1的混合料失水率，以此类推。 图2 小梁失水率随时间的变化从图2可知：（1）小梁失水开始很快，在l-2天内，失水量几乎可以达到小梁失水总量的60%-80；随着时间的推移，失水量逐渐减小，直到最后趋近于零。（2）在规范范围内，小梁的级配对失水率影响较大，特别是当小梁中含有较多细料时，失水率较大，如A12。利用所测得的试件干缩量和相应的水分蒸发损失量，可以计算试件的干缩应变和平均干缩系数，计算公式如下： 式中，Ed为小梁的干缩应变（×10-6）；A

5、d为小梁的平均干缩系数（×10-6）；L为小梁的长度，240mm；为含水量损失时，小梁的整体收缩量，0.001mm。运用公式（2），可得12种小梁试件自然干缩应变随时间的变化规律，见图3。图中应变1对应于集料级配为A1的混合料干缩应变，以此类推。        图3 小梁干缩应变随时间的变化从图3可以得出：（1）混合料A2的最大干缩应变约为A11、A12两者之和的一半；A11中，由于粗料很多而细料较少，干缩应变很小；相反，A12的干缩应变最大，最大干缩应变达到了A11的2倍以上。（2）26.5mm集料对小梁的干缩应变影响较大

6、。图中混合料A2、A3干缩应变相差不多，主要是由于试验中集料尺寸较大而小梁试件尺寸相对较小引起的。（3）控制4.75、2.36、0.075mm集料通过率改善小梁收缩应变的效果非常明显。A4或者A5的干缩应变只有A2的1/21/3，而且随着时间的增加，这种差别越明显。（4）从A2、A6、A7的干缩应变曲线知，单单增加或减少<0.075mm细料含量对干缩应变影响不大。（5）混合料离析对混合料干缩应变影响很大。对于A8而言，由于粗多细更多，其干缩应变值较大；A9粗多细少、A10粗少细较多，其干缩应变值较A2降低较多，但两者抗压强度远远不能满足规范要求。3 干缩分析（1）失水率与干缩应变关系经过

7、小梁干缩数据整理，可得12种小梁失水率与干缩应变关系，见图4（a）。                 图4 小梁干缩分析图小梁干缩应变与失水率存在一定的关系，运用回归分析方法，可得12种拟合曲线。为了节省篇幅，仅列出几种级配小梁的拟合曲线，见表2。干缩应变与失水率拟合曲线 表2试验号拟合曲线类型拟合曲线相关系数R2备注A乘幂Ed = -6.5+0.7927 S 3.3254R2=0.7174A1-A12综合A4指数Ed =0.9165 e0.83

8、39SR2=0.8556A7乘幂Ed =0.0086 S7.1813R2=0.9552A12乘幂Ed = -0.1+0.0956 S4.5498R2=0.8997注：Ed为小梁的干缩应变（×10-6）；S为小梁失水率（%）。 小梁干缩应变与失水率大体上符合乘幂关系，或者符合指数关系。从其相关系数来看，曲线拟合程度很高，即使是综合了12种小梁的A的相关系数也达到0.7174。（2）失水率与平均干缩系数关系小梁失水率与平均干缩系数具有上述类似的关系，见图4（b）。几种小梁平均干缩系数与失水率关系的拟合曲线见表3。平均干缩应变与失水率拟合曲线 表3试验号拟合曲线类型拟合曲线相关系数R2备注A指数Ad = -0.3+0.1622 e 0.5501 SR2=0.5602A1-A12综合A4指数Ad =0.0457 e0.5922SR2=0.7231A7乘幂Ad =0.0007 S6.1813R2=0.9405A12指数Ad = 0.092 e0.6247 SR2=0.8569注：Ad为小梁的平均干缩应变系数（×10-6）；S为小梁失水率（%）。类似于失水率和干缩应变的关系，失水率与平均干缩系数大多呈指数或乘幂关系。4 结论从前面试验数据的分析可知，集料的级配是影响水泥稳定粒料干缩性能的重要因素。为了有效地降低水泥稳定粒料的干缩裂缝，要控制好4.75