水泥粉煤灰砂砾的强度影响因素分析

摘要：水泥稳定砂砾的抗裂性差以及二灰稳定砂砾的早期强度低、施工工艺复杂等问题已经严重影响到我国公路建设的质量。文章通过对材料强度的影响因素进行研究，为水泥粉煤灰稳定砂砾材料的进一步推广与应用提供可靠的理论依据。

关键词：水泥粉煤灰 稳定砂砾 强度影响因素

材料的组成与性能是近代材料科学研究的一个核心问题，半刚性路面基层材料也是一样，其各方面性能均与原材料的组成及量的多少有关，这些因素显著影响着材料的各方面性能。对于水泥粉煤灰稳定砂砾材料，水泥的计量、粉煤灰的参量以及砂砾集料的级配是影响其强度性能的关键因素。探讨这些因素对于材料强度性能的影响，是研究水泥粉煤灰稳定砂砾路面基层材料的基础。本章从水泥、粉煤灰、砂砾结合料体系入手，系统研究了各种影响因素对于水泥粉煤灰稳定砂砾这一路面基层材料强度性能的影响。

1粉煤灰参量因素对材料强度的影响研究

当结合料与集料比例发生变化时，混合料的组成结构及强度指标随之发生变化，为了寻求强度指标组成结构的变化规律，本节进行了抗压强度试验。由于水泥的水化反应影响混合料的早期和后期强度，为降低化学反应对强度指标的影响，本试验方案采用了3%的低质量分数水泥。水泥水化产物Ca（OH）2与粉煤灰间的火山灰反应主要影响混合料的后期强度，为降低火山灰反应对强度指标的影响，本试验仅测试了早期即7d龄期的抗压强度。

粉煤灰是水泥粉煤灰稳定砂砾材料的重要组成部分，其掺量对材料强度具有显著的影响，本节通过试验探讨了粉煤灰掺量对材料强度的影响。

以水泥剂量为3%，粉煤灰掺量按0%、5%、10%、15%，压实度按97%进行的无侧限抗压成型试验，测其7天（养生6天，浸水1天）无侧限抗压强度以确定粉煤灰的最佳掺量，其结果见表1。

表1粉煤灰掺量与无侧限抗压强度

由表可知：在水泥剂量为3%、粉煤灰掺量为10%时其混合料的无侧限抗压强度具有较高值，其95%保证率的保证值为2.13Mpa，满足规范要求底基层的强度标准值[17]。

可见，在水泥粉煤灰稳定砂砾材料中，水泥剂量相同时，材料的无侧限抗压强度随粉煤灰掺量的变化存在一个峰值，该峰值对应的粉煤灰掺量为10%。

2水泥剂量因素对材料强度的影响研究

水泥剂量直接影响材料的强度，本节通过固定粉煤灰10%掺量，对水泥剂量与材料强度的关系进行了系统的研究。底基层水泥剂量取3%、3.5%、4%，基层水泥剂量取3.0%、4%、4.5%、5%、6%，进行了水泥粉煤灰稳定砂砾的无侧限抗压强度试验，其试验结果见表2、表3。

表2底基层无侧限抗压强度

表3基层无侧限抗压强度

由上表可知：

1.水泥粉煤灰稳定砂砾其7天无侧限抗压强度随水泥剂量的增加而增大，基本成直线关系，但其增幅较小。

2.底基层用水泥粉煤灰稳定砂砾，水泥剂量取3%、粉煤灰掺量取10%，其7天无侧限抗压强度代表值为2.13MPa，满足规范要求底基层的强度标准值。

3.水泥粉煤灰稳定砂砾与水泥稳定砂砾相比，相同水泥剂量时，无侧限抗压强度前者明显高于后者，强度提高近25%。

4.为满足高等级公路沥青路面下基层的强度标准，用水泥粉煤灰稳定砂砾混合料水泥剂量宜取4.5%，用水泥稳定砂砾混合料水泥剂量宜取5.5%。即达到相同强度等级时，水泥剂量下降1%。

3砂砾级配因素对材料强度的影响研究

级配是集料大小颗粒相互搭配的比例关系。集料级配对半刚性路面基层材料的各方面性能有着很显著的影响，特别是对水泥稳定类材料。因为，水泥稳定类材料中的结合料剂量较少（最大不超过6%），所以集料间的相互嵌挤、摩擦作用，是强度形成的一个重要来源。如果级配良好，则集料间的相互嵌挤、摩擦作用就好，材料的强度也就高。反之，材料的强度就会受到影响。目前，规范对水泥稳定类基层材料中集料的级配要求很严，在工程实际中，很难做到严格控制集料的级配。

水泥粉煤灰砂砾材料是采用水泥粉煤灰稳定砂砾，结合料掺量明显提高，同时细料的掺量也明显提高，针对该种稳定类型的材料，本节研究其集料级配的变化对于材料的强度的影响。选择了3种不同级配的集料，其级配如表3-3，分别采用水泥稳定，以及采用水泥粉煤灰稳定，并测其7d无侧限抗压强度，结果如表4、表5所示。

表4 三种不同集料的级配

表5 集料级配对水泥粉煤灰砂砾材料强度影响

通过分析上述的表可以发现：

1.3#级配接近规范中值，1#、2#级配在规范要求的级配范围内，但均偏离级配中值，特别是#l级配，曲线相当不平滑，且偏粗； l#、2#、3#级配的4.75mm通过率分别为30%，35%以及40%，规范中值为39%，其中l#、2#级配偏粗；

2.掺入10%的粉煤灰后，强度比没掺时普遍提高；

3.直接用水泥稳定砂砾时，级配较差的1#级配其强度很低，仅为2.6MPa，比级配良好的2#、3#级配低近24%；加入10%的粉煤灰后， 1#级配砾石成型的水泥粉煤灰稳定砂砾材料其强度为3.7MPa，仅比其它2种级配低5%左右，可见水泥粉煤灰稳定类材料对于集料级配的适应性较水泥稳定类要好很多；

4.1#、2#级配4.75mm通过率分别为30%、35.3%，均较规范中值偏粗，采用水泥稳定时，其强度较低，特别是1#级配，这主要是由于混合料中细集料含量过少；而采用水泥粉煤灰稳定后，强度较3#级配（接近级配中值）近降低5%左右，这主要是由于粉煤灰的掺入增加了混合料中细集料的含量。可见，用于水泥粉煤灰稳定类材料的集料，其集料4.75mm以下的通过率可适当降低5-10%。降低细集料的掺量，能有效的降低材料的收缩，抑制开裂。

4小结

1.粉煤灰的掺量对水泥粉煤灰稳定砂砾材料的强度性能有显著影响，，并存在一个峰值。根据实验认为，该峰值处所对应的粉煤灰掺量为10%.

2.水泥剂量与水泥粉煤灰稳定砂砾材料的强度成线性关系，均随着水泥剂量的增加，强度不断的提高。且相同水泥剂量时，水泥粉煤灰稳定砂砾材料强度较水泥稳定砂砾提高25%左右；达到相同强度等级，水泥粉煤灰稳定砂砾材料所需水泥剂量下降1%左右。

3.集料级配对水泥稳定砂砾材料的早期强度有显著影响，但对水泥粉煤灰稳定砂砾材料影响不大。可见，水泥粉煤灰稳定类材料对集料级配有较强的适应性。同时，由于水泥粉煤灰稳定类材料中有10%左右的粉煤灰，其细料组分较水泥稳定类材料大大提高，故集料中4.75mm通过率较水泥稳定类材料可在试验基础上适当降低至30%-35%。