无机结合料稳定粉土路用性能试验研究

[ 论文 关键词]：无机结合料稳定粉土　基层　配合比设计　强度　水稳定性

[论文摘要]：利用无机结合料稳定粉土作为路面基层，可以降低我国西部地区 农村 公路建设造价。本文对石灰粉煤灰稳定粉性土的最佳配合比进行了研究，通过室内试验，对其抗压强度和劈裂强度进行了测试，进而评价了无机结合料稳定粉土的水稳定性。

在我国西部地区进行县乡公路网建设过程中，应充分利用地方材料或稳定材料作为路面基层，在满足使用功能的条件下，尽量降低路面工程的造价，充分利用有限的资金投入，加快西部 交通 建设的 发展 。我国西北地区石料和砂砾等材料造价较高，当地资源最为丰富的是地表覆盖的大量粉土。采用合理的固化方式，充分利用当地的材料，以稳定粉性土做为路面基层材料，将会取得非常显著的 经济 效益，有力推动当地公路建设持续发展。本文对石灰、水泥等无机结合料稳定粉性土的最佳配合比进行研究，并对其路用性能进行评价。

1 原材料性质

（1）粉土

经调查分析确定，粉土产生于第四纪新生代，主要分布在太行山以东的平原地区，呈淡黄色细粒状，塑性指数为11，硅铝率高达6.35％，na2o+k2o为3.9％。0.074～0.002mm颗粒含量＞98％，其中90％集中在0.05—0.005mm之间，小于0.002mm颗粒的含量＜0.5％。非粘土矿物平均含量占74％，最高达89％(主要由石英、长石、碳酸盐、云母组成)。粘土类矿物平均含量占26％，最低为11％(其中伊利石、蒙脱石二者占79％，最高达84％)。ph＝7.1～8.5。其粉土粒径分析结果如表1所示。

表1粉土颗粒分析结果

粒径d（mm）

>2

2～0.05

0.05～0.005

<0.005

<0.002

含量百分数（%）

3

90

6.7

0.3

根据《公路土工实验规程（jtj051-93）》有关规定，测得粉性土的物理、力学参数见表2。

表2粉性土物理力学参数测定值

指标

液限（%）

塑限（%）

塑性指数

最大干密度（g/cm3）

最佳含水量（%）

粘聚力(kpa)

内摩擦角(°)

试验结果

28.2

18.5

9.7

1.90

12.8

13

30.6

（2）石灰

石灰的主要技术品质见表3。

表3 石灰主要技术品质

项目

cao+mgo（%）

残渣含量（%）

石灰等级

消石灰

57.0

15.52

ⅲ

（3）水泥

水泥为325#普通硅酸盐水泥，主要技术品质见表4。

表4 水泥主要技术品质

项目

细 度（0.08mm 筛余）

凝结时间（min）

抗折强度（28d，mpa）

抗压强度（28d，mpa）

安定性

有害化学成分（%）

初凝

终凝

mgo

s i o 2

烧失量

实测值

6.4

110

160

6.2

35.8

合格

3.7

2.8

3.55

2混合料配合比设计

根据《公路工

程无机结合料稳定材料试验规程（jtj057-94）》规定的室内重型击实方法确定各种配合比的最佳含水量和最大干容重，之后按最佳含水量和最大干容重静压成型、养生，并测定7天龄期饱水无侧限抗压强度，据此选择可行的混合料配合比进行研究。

试件成型用静压法成型，试件尺寸为直径×高=5cm×5cm。成型后试件置于恒温恒湿箱中养生（温度25±2℃，湿度90±2%）。在龄期最后一天饱水24小时，然后在路面材料强度测试仪上测定其无侧限抗压强度。各配合比的重型击实结果及7天无侧限抗压强度试验结果见表5。

表5 7天无侧限抗压强度试验结果

配 合 比

最大干容重（g/cm 3 ）

最佳含水量（%）

7天无侧限抗压强度（mpa）

外 掺 5% 水 泥

1.92

12.6

1.89

外 掺 6% 水 泥

1.92

12.4

2.13

外 掺 7% 水 泥

1.92

12.2

2.45

外 掺 8% 水 泥

1.92

11.9

2.73

外 掺 6% 石 灰

1.84

13.7

0.98

外 掺8% 石 灰

1.84

13.4

1

外 掺 10% 石 灰

1.85

13.2

1.08

外 掺1 2% 石 灰

1.86

12.9

1.15

从表中可以看出，石灰剂量为6％时，石灰稳定粉土无侧限抗压强度为0.98mpa，已经满足我国规范规定的二级及二级以下公路路面基层的石灰粒料土无侧限抗压强度大于0.8mpa的规定。同时可以发现石灰稳定粉土随石灰剂量的增加，无侧限抗压强度增长非常缓慢，剂量从6％到12％，强度只增加了15％，即0.17mpa，从水稳定性及冻稳定性等路用性能综合考虑，最后采用8%的石灰剂量作为石灰稳定粉土的推荐配合比进行试验研究。

水泥稳定粉土无侧限抗压强度随水泥剂量的增加显著增长。水泥剂量为5％时，水泥稳定粉土无侧限抗压强度为1.89mpa，水泥剂量为6％时，无侧限抗压强度为2.13mpa，已经满足我国规范规定的二级及二级以下公路路面基层的水泥稳定粒料土无侧限抗压强度大于2mpa的规定。同时从经济性及随剂量增加混合料的收缩会加大两方面考虑，最后采用5%的水泥剂量作为水泥稳定粉土的推荐配合比进行试验研究。

3强度试验

试件的制备、养生和测试按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程（jtj057-94）》规定的方法进行，试件规格为：直径×高＝50mm×50mm。

测试得出的8％石灰剂量和5％水泥剂量的无机结合料稳定粉土的不同龄期抗压强度和劈裂见表6，其中 为抗压强度的平均值，rc是每一组试件的试验结果按90％保证率的取值； 为劈裂强度的平均值，ri是每一组试件的试验结果按90％保证率的取值。

表6 无机结合料稳定粉土强度试验结果 无机结合料剂量

龄期（d）

抗压强度（mpa）

劈裂强度（mpa）

s rc

cv（%）

r c

e r

cv (%)

r i

石灰8%

7

1

0.07

7.2

0.91

－

－

－

－

28

1.36

0.12

8.3

1.21

0.13

0.009

7.1

0.12

90

1.72

0.15

8.5

1.55

0.22

0.018

8.5

0.20

180

1.95

0.14

6.5

1.78

0.27

0.025

9.2

0.24

水泥5%

7

1.89

0.13

7.0

1.72

－

－

－

28

2.08

0.18

8.9

1.81

0.25

0.013

5.4

0.24

90

2.83

0.15

4.6

2.58

0.34

0.029

8.3

0.31

从表6可知，两种无机结合料稳定粉土无侧限抗压强度和抗拉强度随龄期增加而增长。8％石灰稳定粉土180天龄期无侧限抗压强度比7天龄期无侧限抗压强度增加了近一倍左右，说明石灰稳定粉土的强度生成缓慢。5％水泥稳定粉土7天龄期无侧限抗压强度仅占90天龄期无侧限抗压强度的66.8％，这是因为水泥稳定粉土中水泥用量很少，水泥的水化凝结完全是在土的围绕下产生的，所以土在一定程度上将参与反应，如水泥水化时，释放出的氢氧化钙可与土中具有活性成分的氧化物进一步发生离子交换反应、火山灰反应等，水泥的水化物需要在强碱介质中才能硬化，ca(oh)2首先与粉粒作用致使碱性介质不能顺利形成，从而防碍水泥水化物的正常硬化。因此水泥在土中的水解和水化成了一个长期过程。

4水稳定性评价

试件的制备按规范规定的方法进行，试件尺寸为：直径×高＝50mm×50mm，密实度为95％。经恒温恒湿养生48小时后置于水中养护，养护温度为20±2℃，龄期分别为7、28和90天。水稳系数按下式 计算 ，结果如表7所示。

表7水稳定性试验结果

无机结合料剂量

水养生抗压强度（mpa）

常温养生抗压强度（mpa）

水稳系数（％）

7天

28天

90天

180天

7天

28天

90天

180天

7天

28天

90天

180天

石灰8%

0.86

1.08

1.36

1.47

1

1.36

1.72

1.95

86.0

79.4

79.1

75.4

水泥5%

1.97

2.19

2.65

－

1.89

2.28

2.83

－

104.2

96.1

93.6

从表5可以看出，石灰稳定粉土的水稳定性较低，7天龄期水稳系数为86％，180天龄期的水稳系数为75.4％，但各龄期的泡水养生强度仍大于0.8mpa，能满足路面基层强度的基本要求，可以作为县乡公路的路面基层。

水泥稳定粉土的水稳定性较高，7天龄期水稳系数大于100％，90天龄期水稳系数都大于90％，这说明水泥稳定粉土 具有较好的水稳定性。水泥稳定粉土的水稳定性随水中养生龄期的增加而逐渐减小，从7天龄期到28天龄期的减小量最大，随后减小量变小。

5结语

本文通过室内试验对无机结合料稳定粉土作为县乡公路路面基层材料的配合比设计、强度特性、水稳定性进行研究，主要得到以下结论：

1）无机结合料稳定粉土无侧限抗压强度随无机结合料剂量的增加显著增长。同时从 经济 性及随剂量增加混合料的收缩会加大两方面考虑，最后采用8%的石灰剂量和5％水泥剂量作为稳定粉土的推荐配合比进行试验研究。

2）无机结合料稳定粉土无侧限抗压强度和抗拉强度随龄期增加而增长。8％石灰稳定粉土180天龄期无侧限抗压强度比7天龄期无侧限抗压强度增加了近一倍左右，说明石灰稳定粉土的强度生成缓慢。5％水泥稳定粉土7天龄期无侧限抗压强度仅占90天龄期无侧限抗压强度的66.8％，水泥在土中的水解和水化是一个长期过程。

3）石灰稳定粉土的水稳定性较低，但各龄期的泡水养生强度仍大于0.8mpa，能满足路面基层强度的基本要求。水泥稳定粉土7天龄期水稳系数大于100％，90天龄期水稳系数都大于90％，说明水泥稳定粉土均具有较好的水稳定性。

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