骨架密实型水泥稳定碎石无侧限抗压强度增长预估模型研究

骨架密实型水泥稳定碎石无侧限抗压强度增长预估模型研究

发表时间：2018-05-31T10:12:09.247Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：邓立样赵翔[导读] 摘要：系统研究了振动成型水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度随养生龄期的增长曲线，依据其不同的增长特点，建立了相应的预估模型，计算结果显示预估模型精度较高，能够科学有效地预测水泥稳定碎石的强度。天津市交通科学研究院天津 300300

摘要：系统研究了振动成型水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度随养生龄期的增长曲线，依据其不同的增长特点，建立了相应的预估模型，计算结果显示预估模型精度较高，能够科学有效地预测水泥稳定碎石的强度。关键词：水泥稳定碎石；强度增长曲线；预估模型；振动成型 0 引言

采用振动法设计的水泥稳定碎石，力学强度和抗裂性能均优于重型击实法设计的[1～3]。特别是《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）提出采用振动法设计水泥稳定碎石基层以来，振动成型水泥稳定碎石混合料得到了进一步的推广应用。现行规范[4]要求水泥稳定碎石的强度指标为7 d无侧限抗压强度，因此，科学有效地预测水泥稳定碎石强度，有利于从整体上把握其力学性能，优化设计混合料。

1、试验材料与级配

1.1原材料

（1）天津产正通牌P.O32.5缓凝水泥，各项指标满足现行规范技术要求。（2）天津蓟县天沟石料厂产石灰岩集料，各项指标满足现行规范技术要求。

1.2 混合料级配

试验采用规范悬浮密实和骨架密实级配中值，如表1所示。表1 水泥稳定碎石级配

2、无侧限抗压强度预估

参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[5]（JTG E51-2009）无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度试验方法（T 0805-1994）对振动压实成型的水泥稳定碎石混合料进行抗压强度试验。

2.1 养生龄期对无侧限抗压强度的影响（1）无侧限抗压强度随养生龄期增长情况振动成型水泥稳定碎石无侧限抗压强度随龄期的增长曲线，如图1和图2所示。

图1 骨架密实结构水泥稳定碎石无侧限抗压强度增长曲线由图1和图2可以看出，对于两种结构的水泥稳定碎石材料的抗压强度随龄期延长而不断增长，但在各个阶段的增长速率存在明显差异：早期（3d～28d）增长较快，后期（28d～180d）增长速度变缓，而且越来越缓慢。这可能是由于水泥中C3A、C3S反应速度较快，而且C3S含量占40%左右，其水化产物是形成材料强度的主要力量；C3A虽然含量不高，但反应速度最快，对水泥稳定碎石早期强度的形成

起到一定促进作用。C2S和C4AF水化反应速度较慢，C2S含量占35%左右，是后期强度增长的主要力量，C4AF含量占10%左右，抗压强度较低[6]。正是由于四种水泥熟料矿物的含量和水化速度有所不同，使得水泥稳定碎石材料呈现出早期强度增长速度较快，后期强度增长速度变缓的特点。

（2）水泥稳定碎石强度随养生龄期增长预估模型由强度增长机理可知，水泥稳定碎石基层成型初期，主要由物理作用和一定的物理化学作用构成初始强度R0。随着养生龄期的延长，水泥水化反应不断进行，水泥石不断生成，强度逐渐增长。当然，随着水泥水化反应的持续进行，水泥熟料逐渐消耗使得强度增长速度变缓，当水泥熟料接近完全消耗时，强度不再增长，达到极限强度R∞。因此，R∞由物理作用，物理化学作用和化学作用共同作用形成，水泥稳定碎石强度预估模型应该满足下面的三个边界条件：

T=0 时，

T=∞时，

且

式中：T—水泥稳定碎石养生龄期（d）；

Rc—水泥稳定碎石无侧限抗压强度（MPa）；

R0、R∞—分别为养生0d、无数天时水泥稳定碎石无侧限抗压强度（MPa）。

根据上述边界条件，假设强度增长的预估模型为：

（1）

式中：A—回归系数，R0、R∞物理意义同上。

根据图1～图2中的数据和式（1），利用SPSS软件处理得到水泥稳定碎石无侧限抗压强度发展方程，如表2所示。表2 水泥稳定碎石无侧限抗压强度Rc预估方程

由表2可见，回归方程相关系数很高，说明式（1）所示模型符合水泥稳定碎石无侧限抗压强度随龄期的发展规律，采用该方程对水泥稳定碎石无侧限抗压强度进行强度预估是准确可行的。

3、结论

系统研究了振动成型水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度随养生龄期的增长曲线，依据其“前期增长较快，中后期增长变缓慢”的共同特点，建立了相应的预估模型，计算结果显示模型预估效果很好。

参考文献：

[1] 孙兆辉.水泥稳定碎石抗裂性能指标研究[J].公路工程，2009（3），102-104

[2] 龚起超、钟凯.大厚度水泥稳定碎石基层压实特性研究[J].公路工程，2012（6），56-58

[3] 历永举、王富玉等.水泥稳定碎石低温性能评价指标[J].公路工程，2009（5），64-66

作者简介：

邓立洋（1989.10～），男，天津人，大学本科，助理工程师，目前在天津市交通科学研究院从事试验检测工作。