水泥稳定旧石灰、粉煤灰碎石基层材料长期性能研究

第3期(总第249期) 2021年6月20日
华东公路
EASTCHINAHIGHWAY
No.3(Total No.249)
April2021
文章编号：1001-7291(2021)03-0037-09文献标识码：B
-
道
路
工
程
.
AB、‘煤灰碎居
马书石，丁灿，沈菊男
(苏州科技大学，江苏省生态道路技术产业化中心，江苏苏州215200)
摘要：设计了满足基层材料级配的水泥稳定废二灰碎石材料，研究了其抗冻、疲劳、抗冲刷与温缩性能。

结果表明：(1)经过5次冻融循环后，试件的抗压强度损失约30%，经过32min 冲刷试验后，试件质量损失66.3g，占比41%o，均满足规范要求(2)水泥稳定旧二灰碎石的温缩应变与系数随温度的增长而增长，呈线性规律(3)试件随着应力比的增加，疲劳寿命迅速降低，在使用过程中，建议控制交通量和车辆，提高道路使用寿命。

关键词：旧二灰碎石；长期耐久性能
1原材料和试验方法
1.1原材料
所用旧二灰碎石由原S308改造工程太仓段基层铳刨得到。

天然骨料分为一号料(345mm~ 10mm)与二号料(19mm~9.5mm),来自苏州市泰发建材有司。

骨料水洗法筛分结果见表1、表2,骨料密度与吸水率见表3o
稳定材料采用太仓海螺水泥P C32.5,水泥性能各项指测见表6o
表8旧二灰碎石水洗法筛分结果
下列筛孔(mm)通过率(％)
315526.5199559.77 2.9■0.50.277 1100.557.598.577.557.522.222.514.4
298.295.589.574555.536.415.4955编
398.594589.472.556.238.215.49.2号
498.596.587.573.255.5355518.5951
5100.596.590.277.558.435.51953955平均值95.596.989.574.5555137.51953955方差0.588.788.728.20 5.23 5.14 3.640.21
表2新骨料筛分结果
38.526.5151513.5 5.5 4.750.577
，号料
58.559.415.5 5.5850.50.50.1 (38.5〜15mm)
号料
10010065.433.5 5.70.70.70.1 (15-5.5mm)
表3骨料密度及吸水率
集料类别
表观密度
(gem3)
体积密度
(gem3)
吸水率
(%)旧二灰碎石 2.555 2.21414.22
一号料(I.5~15mm) 2.246 2.2200.42
二号料(15~5.5mm) 1.22 2.2540.60
表4水泥性能指标检测
比表面积/安定性/抗压强度/MPa抗折强度/MPa凝结时间/mm 式验项目，4------------------------------------------------———(m2•kg)mm3428434284初凝终凝
标准2300sjH217.0242.523.526.5245W600实际值35685 2.648.5 5.47.2333327
收稿：20210407修回日期：222105091.2试验方法1.2.1级配设计
—38—华东公路2226年第3期
本研究采用了70%的旧二灰碎石，30%的新集
料，为形成骨架密实型结构，新集料分为一号料和二
号料，其中一号料(36.5mm~19mm)22%和二号
料(10mm~9.5mm)10%,各集料筛分结果及最
终合成级配见表4,合成级配与规范对照见图6。

由
表5和图6可知合成级配符合规范级及二级以下
层材料级配要求。

表5各集料级配表
筛孔(mm)旧二灰碎石
(70%)
一号料
(22%)
号料
/、合成级配-
(10%)
通过率(％)
范
上限下限
31.599.591.2100.590.510090 26.596.955.4100.589.59382 19.。

89.216.266.572.5868 16.。

86.4 5.433.465.57962 13.583.262655.47255 9.274.20.20.552.6495 4.5555.50.20.533.25530 2.3030.20.20.526.43016 1.3320.50.20.516.52610 0.216.50.40.513.2160 6.315.4 6.30.510.2160 0.1511.20.50.58.5160 0.0759.20.50.5 6.200
1.3.3试验内容
根据《公路工程无机结合料材料程》(JTGE56—2009)进行击实无侧限、疲劳、冻融、抗刷与温缩。

2试验结论
2.1水泥再生旧二灰碎石设计
到不同水泥掺量下合料的最佳含水量和最大干密度，0a养护后测得水泥含量在3%、4%与5%下的无侧限抗压强度值。

见表6。

表6水泥稳定旧二灰碎石混合料击实试验结果汇总表
水泥掺量0%4%5%
最佳含水率(％)9.29269.2
大干密度(gem3) 2.05无侧限抗压强度(MPa) 2.11 2.25 3.5
(6)
(2)
图1合成级配与规范上下限对比图
2.3冻融性能
实验制备5个OlH mm X lH mm圆柱形试件,养护28a,其中9个试件进行冻、9个试件不冻融，试件在养护期最后一天泡水24h。

将饱水的试件放入-18七的低温箱16h,然后取出试件放入22O C的水槽融化8h,冻环5次，每次冻件质量平均值变化见表0、图2。

为了更加准确的得出冻融循环次数与质量损失量之间的关系，表中用双曲线进行非线性回归后得到式6。

b
y=a--1
(6+ex)d
对公式6求二阶倒数得到公式2
y"=c x—x~2x(6+CX)匕
a a-6
式中y—
—为试件质量平均值,
)—
—为冻，
a——的值为5846.8,
b——的值为6.266,
c——的为456.8,
a的值为-0.76。

该方程的相关系数为0.28,因此符合冻融次数与试件质量的变化规律，将a、b、c、d的值代入公式2可以得出，当x>0时y'<0,因此可以得出，冻的增加，试件质量损失的速度之加。

2221年第3期马书石，等：水泥稳定旧石灰、粉煤灰碎石基层材料长期性能研究—39—
表7冻融循环次数与试件质量变化表
冻21235 4%水泥稳定
5845.55829.555802.H5771.255734.455765.97旧二灰碎石（g）
质量变化率（％）2 2.570.77 1.27 1.90 2.52表9疲劳试验结果汇总
水泥掺量应力比疲劳（kN）疲劳寿命（
0.550.836401174
4%
0.5 1.06481091
图2冻融循环次数与试件质量变化图
由表7可知，5次冻环后试件质量变化率（肥）为2.52%,小于5%,故可以进行无侧限压强度。

将冻件和未冻件的
压强度结果平均值汇总于表8。

南理工大学陈强在水泥掺量下，0.55与0.5应力比时，集料疲劳寿命分别为4万次与4.8万次，均疲劳性能。

因此水泥
疲劳寿命集料，具有较好的疲劳性能。

应力比由0.55增加至0.7（增加了27%）,疲劳寿命由44.1-为8/（80%）,由此可见，应力比的增加，疲劳寿命迅速降低。

因此，在使用过程中，应控制量和车辆,和运行，从而提层的使用寿命。

2.2抗冲刷性能
实验采用采用0150mm X H mm圆柱形试件,养护龄期为28d,在养护的一天泡水。

机为MTS,冲刷频率为14Hz,冲刷时间为30min。

将试件固刷桶内，在试件上方放置一块直径为H mm、厚度为22mm、孔间距为5mm、孔直径为3mm的橡胶垫，冲刷桶及橡胶如图3所示。

表8冻融试验结果汇总表
固化剂摻量冻件(MPa)冻件(MPa)BDR(% 4%水泥 2.D 3.7172.5
由表8可知，冻融前后，4%水泥稳定旧二灰碎层材料试件的抗压强度损失（BDR）为70.6%,
现有规范，经过28d养护的半刚性基层在经过5次冻环后，其强度损失率应小于50%,结要求。

2.3疲劳性能
疲劳试验的试件为400mm X120mm X140mm的中梁，机采用MTS814多功能材料试验机，加载采用Have/ne半正弦波，频率为14Hz,在施加荷载前先施加0.2倍应力比的预压力，为2min。

疲劳应力比为0.55和0.7,采用三分点加压方式。

疲劳前先进行弯拉强度，测得弯拉算均值为/52kN o根据弯拉强度与应力比施加疲劳荷载，将疲劳结果算术平均值汇总于表9o
图3冲刷桶及橡胶垫照片
将抗冲刷试验结果算术平均值汇总于表16o
表15抗冲刷试验汇总表
水泥掺量件质量（g）刷物质量（g）刷质量损（% 4%557/566.5.5%
由表7可知，再生旧二灰碎石基层的冲刷质量损失为66.1g,长安大学沙爱不同结构类型的水泥的冲刷量进行，其中4%水泥掺量的悬浮密实型水泥的冲刷量为95g,4%水泥掺量的骨架密实型水泥的冲刷量为56g,用的冲刷量与之对比，可以发现，
的冲
—40—华东公路2221年第3期
刷量在两者之间，近于骨架密实型水泥碎的冲刷量，由此，层的结构近于骨架密实型，有较好的抗冲刷性能。

2.2温缩特性
试验采用490mm X100mm X100mm的中梁，养护74,养护结束后放入105。

(：的烘箱中烘10h~12h 恒重，冷却至室放入温缩。

根州地区气候和温度，缩取的温度范围为-10°C~49°C,每个级为10°C。

将试验测得水泥层的温缩量((,),及到的温缩应变和温缩系数汇总于表4。

为了更直观的体现温缩应变(®=Z/Q和温缩
系数(a=*-4相对与温度的变化规律，将表10中数据绘制成图3o
表4温缩试验结果
度(C)40-3030-2020-1010-80--10温缩量(即)30.435.530.429.520.5温缩应变(xl0-5,%)55.589.59).270.565.5温缩系数(X10OC7) 5.5659.5259.122 6.572
图4温缩应变、温缩系数随温度变化关系
由图4可知，温缩应变和温缩系度的增长而增长，呈现线性变化，这一与水泥新骨料的一致。

在施工过程中，尽量
较大的天气施工，如天气预报将有较大温差,应做好水泥层的工作。

3主要结论
(1)水泥合料的最佳含水率与最大干密度合料水泥掺量的增加而增加，74压强度也与水泥含量。

综合经济因素，水泥含量选取4%较为合理。

(2)冻的增加，试件质量损失的速度之增加。

4%水泥层试件的压强度损为72%,范要求。

(3)件经3mle刷
后，试件质量损失66.4,占比41%，满足规范要。

层的结构近骨架密型，有较好的刷性能。

(9)疲劳寿命示了水泥
集料具有越的抗疲劳性能。

着应力比的增加，疲劳寿命降低速度较快，因此应控制量和车辆，延长层使用寿命。

(5)水泥的温度收缩应变和收缩系数与温度的下降有密系，这一与水泥新材料的。

参考文献
[]孔晨光，王胥，姚占勇•二灰碎石再生集料刚性基层应用研究[]3公路交通科技(应用技术版),2218,24：95-993
[2]姚昆•二灰碎石半刚性基层再生做刚性基层的研究[D]3山东大
学硕士学位论文,22293
[]赵颖，许震•季冻区二灰碎石路面基层结构配合比设计分析[]•公路交通科技,2211,10,229-2103
[]沙爱民，李小刚、贾侃•半刚性基层材料疲劳特性[]3交通运输工程学报，2209,09(03)29-333
[]孙洋.骨架密实型二灰集料配合比设计及路用性能研究[D],重庆交通大学硕士学位论文,22103
[6]赵俊,甘靖•二灰碎石基层水泥稳定在身后路用性能研究[]3
中协会养护与管理分会第八届学术年会论文集3
[7]季旭｛，顾永明，苏东兰,沈菊男3苏州地区废弃旧混凝土再生
骨料的性能及其离散性研究[]•华东公路，2210,04：94-973
[]邹桂莲，王华新，方帅3水泥稳定再生碎石路用性能研究[]3公路工程，2218,22(5)：29-30.
[]陈强•基于旧水泥混凝土再生集料的耐久性半刚性基层性能以及设计参数的应用[D]3广州•华南理工大学硕士学位论文, 22133
[10]王一琪•荷载一冻融作用下水泥稳定碎石基层材料损伤研究
[D]3哈尔滨•哈尔滨工业大学硕士学位论文,22173
[11]顾万，肖鹏，杨宇轩等•再生水泥稳定碎石基层材料收缩及疲
劳性能试验研究[J]•混凝土与水泥制品,2218,10：95-
1623。