半刚性材料抗裂性能试验研究

【摘要】对室内不同组合的半刚性基层材料进行无侧限抗压强度、抗压回弹模量试验。结果分析表明：相比其他组合材料，三灰砂砾具有强度增长的优越性，其强度随水泥替代石灰量的增加而增大；水泥稳定类的抗压回弹模量比二灰类大，这对于半刚性材料抗裂性能的改善和规范条文的补充具有一定指导作用。

【关键词】半刚性材料；抗压强度；抗压回弹模量；抗裂性能

0 引言

半刚性材料主要是由水泥、石灰、粉煤灰和集料组成，一般有二灰稳定类和水泥稳定类基层[1]两种。但对于二灰稳定类和水泥稳定类组合成的水泥石灰粉煤灰稳定类基层研究并不多，此外，对于水泥石灰粉煤灰稳定类是否具有前两者的优点以及能否克服其缺点等方面还有待研究，因此研究分析水泥石灰粉煤灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类和水泥稳定类的抗裂性能具有十分重要的价值[2]。本文主要讨论确定水泥、石灰、粉煤灰三种材料的组合及最佳比例，即对水泥稳定类、二灰稳定类和水泥石灰粉煤灰稳定类的抗裂性能进行深入研究。

1 试验材料配合比组成

根据《公路路面基层施工技术规范》建议二灰比例为1：2到1：4之间，本文选择了在此比例区间等梯度划分五种二灰比例来进行抗压强度试验，五种二灰比最佳二灰配比则用最大强度的二灰比例。五种二灰混合料的抗压强度如图1。

由图1可知，二灰比例在1：2.3左右的7天抗压强度最大，故本研究采用石灰：粉煤灰=1：2.3（质量比）。同时对比分析二灰在集料不同比例及不同状态下的实际填充量，统一选择二灰用量的合理填充量为20%，则石灰：粉煤灰：砂砾=6：14：80（质量比）。

为进一步分析在相同集料级配条件下，水泥代替石灰用量的三灰稳定类最佳配合比，即通过抗压强度及抗压回弹模量试验得到的最优抗裂性能，对不同结合料稳定砂砾进行编号，具体编号如下表1-2所示。

2 抗压强度试验结果及分析

半刚性基层材料要具备足够的强度和刚度，很大程度上取决于结合料的配比和用量，而在用量一定的情况下，配比尤为重要[3]。因此进行不同结合料配比稳定砂砾抗压强度试验，试验结果如表2-1所示。

由上述表可知：

1. 各类材料的早期（28天前）强度中，二灰砂砾最小，水泥粉煤灰砂砾最大，三灰砂砾居中，而且随水泥替代石灰量的增大，三灰砂砾的强度随之增大。此外， 180天龄期的各类材料后期强度中，三灰砂砾最大，水泥粉煤灰砂砾次之，二灰砂砾最小。

2. 材料的强度增长，90天之前呈线性增长，90天后二灰砂砾和水泥粉煤灰砂砾明显变缓，但是三灰砂砾90天后仍保持直线增长。

3. 根据《公路路面基层施工技术规范》规定：采用综合稳定时，如水泥用量占结合料总量的30%以上，二级及二级以下公路基层的7天强度应在2.5～3MPa，高速公路和一级公路的强度应在3～5MPa进行组成设计。若按此规定，本研究只有J5满足规范要求，但从180天强度来看，J5的强度并不高，比J2、J3、J4都低，由此说明规范中此条规定存在不足，应进行补充完善。

3 抗压回弹模量试验结果及分析

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[4]，采用顶面法试验方法，测试了J1～J6抗压回弹模量，试验结果如表3-1所示。

由表3-1可知：1）抗压回弹模量随着龄期的增长而增大；2）水泥和石灰用量一样条件下，二灰稳定类的抗压回弹模量小于水泥稳定类；3）随水泥用量的增大，水泥稳定类抗压回弹模量随之增大；4）随水泥剂量的增大，三灰砂砾抗压回弹模量也增大。

综上所述，在满足强度要求的前提下（J1的7天强度为0.48MPa，较小不满足规范要求），刚度越小抗裂性能越好，因此J2在强度、刚度满足要求下抗裂性能最佳。

4 结论

通过对三灰砂砾配合比设计及力学性能研究，有以下结论：

1、通过对三灰砂砾力学性能研究，暴露出现行规范对半刚性材料性能评价指标体系的不完善性。本研究推荐采用早期强度（7天）和后期强度（180天甚至更长）作为评定半刚性材料的强度指标。

2、随着龄期的增长，半刚性材料抗压回弹模量增大。在水泥及石灰用量相同条件下，水泥稳定类抗压回弹模量较大于二灰稳定类，此外，随水泥用量的增大，三灰砂砾和水泥稳定类的抗压回弹模量都增大。

参考文献：

[1]张登良、郑南翔，《半刚性材料抗裂性能研究之二》，西安公路学院科学技术报告，1988（6）.

[2]蒋新明、郑舟.《二灰碎石抗裂性的研究》，中国公路学报，2002. 7.

[3]蒋新明，陆艳等.《二灰碎石基层缩裂机理及防治措施的研究》，华东公路2003.6.

[4]《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94），人民交通出版社.

作者简介：王程（1986-），男， 河北青县人，长安大学在读研究生，研究方向：路面结构与材料。