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膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能影響研究綜述
  【摘 要】水泥穩(wěn)定碎石具有穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、施工簡(jiǎn)便快速等優(yōu)點(diǎn),但是其抗裂性差、耐久性不佳,阻礙了其在各大公路工程中的應(yīng)用。本文搜集了國(guó)內(nèi)關(guān)于水泥穩(wěn)定碎石的研究,總結(jié)出提高水泥穩(wěn)定碎石路用性能的辦法,通過(guò)加入膨脹劑,增加水泥穩(wěn)定碎石的密實(shí)度,減小材料的孔隙率,增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度性能以及耐久性,綜述了各研究者關(guān)于膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的各項(xiàng)性能的影響研究。

  【關(guān)鍵詞】水泥穩(wěn)定碎石;膨脹劑;耐久性

  1概論

  目前水泥穩(wěn)定基層材料被廣泛的運(yùn)用在我國(guó)公路建設(shè)中,水泥穩(wěn)定基層材料具有的優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好(強(qiáng)度從1MPa至10MPa均可以調(diào)整)、產(chǎn)量高、攪拌時(shí)間短、利于高效、大面積的持續(xù)施工;另外經(jīng)濟(jì)性能好,在缺乏粒料的地區(qū),采用水泥穩(wěn)定材料是比較經(jīng)濟(jì)的[1]。同時(shí)水泥穩(wěn)定基層材料也存在很多缺點(diǎn),例如材料的抗裂性能差,滲透性能不好等。水泥穩(wěn)定基層是通過(guò)振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓成型,通過(guò)最大干密度、最佳含水量的指標(biāo)進(jìn)行指導(dǎo)施工[2,3]。水泥穩(wěn)定基層在較大的振動(dòng)壓實(shí)能作用下,得到很高的密實(shí)度,但是其內(nèi)部由于膠凝材料較少,仍然有許多空隙沒(méi)有得到良好地填補(bǔ)。盡管水泥穩(wěn)定材料能夠在壓路機(jī)的作用下緊密的連接在一起,可是這種連接僅僅是物理接觸,這種接觸削弱了膠凝材料的粘結(jié)性,所以這種集料的接觸也成為材料中的薄弱區(qū),給強(qiáng)度的降低、水分的進(jìn)入和耐久性的減弱創(chuàng)造了條件。

  水泥穩(wěn)定半剛性基層應(yīng)用于各個(gè)公路工程中,問(wèn)題出現(xiàn)的也非常多,最多的表現(xiàn)為收縮與開(kāi)裂,導(dǎo)致路面反射縫的生成,并且嚴(yán)重影響了公路結(jié)構(gòu),另外由于地下水的侵入以及路面水分的滲透,都導(dǎo)致水泥穩(wěn)定基層的耐久性不佳,減弱其正常的使用年限。

  2 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能的影響

  張宏君[4]研究了水泥摻量為5%的條件下,膨脹劑摻量分別為0%、3%、5%、8%、10%時(shí),水泥穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律,圖1、2可以看到不同的齡期對(duì)于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度,膨脹劑的摻量分別有個(gè)最佳值。齡期為180天時(shí),在膨脹劑的摻量為8%時(shí),水泥穩(wěn)定碎石的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高且為7MPa,相對(duì)于沒(méi)有摻膨脹劑的組分,提高約4.5%;齡期為90天,膨脹劑摻量為5%時(shí),水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度最佳且為1.11MPa,相對(duì)于沒(méi)有摻膨脹劑的試件,提高約29%。摻量太高時(shí),由圖可以看到當(dāng)膨脹劑的摻量為10%的條件下,其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度相對(duì)于膨脹劑的最佳摻量時(shí),均有所降低。

  因此可以得出,膨脹劑的加入是有利于提高水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能,前期強(qiáng)度以及后期強(qiáng)度均有所提高,但是膨脹劑的加入有其最佳摻量,主要是因?yàn)樗喾€(wěn)定碎石的空隙率較高,施工過(guò)程中壓路機(jī)能夠?qū)⑺喾€(wěn)定碎石壓實(shí)達(dá)到最佳干密度,但是壓路機(jī)的壓實(shí)能是隨著面層到內(nèi)部而逐漸減弱的,導(dǎo)致內(nèi)部依然存在很多空隙,從而不利于強(qiáng)度性能的發(fā)展,而膨脹劑的加入通過(guò)其化學(xué)膨脹性將這些空隙填充,有效的增加體系的密實(shí)度,此外也有利于水泥顆粒等膠凝材料得到二次重排,使其更加貼近于界面薄弱區(qū)以及多孔區(qū)域,隨著齡期的增加而改善薄弱區(qū)。因此強(qiáng)度性能由于膨脹劑的加入而有所增加,但是當(dāng)膨脹劑摻量超過(guò)其最佳摻量時(shí)候,過(guò)度的膨脹又會(huì)引起強(qiáng)度的降低,當(dāng)膨脹大到水泥漿體系中的內(nèi)部空隙無(wú)法容納時(shí),反而會(huì)破壞材料本身已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

  3 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響

  水泥穩(wěn)定碎石由于其干縮而引起的裂縫,從而導(dǎo)致路面反射縫的生成是目前很多路面破壞的原因之一,這也較大限制了水泥穩(wěn)定碎石在各大工程中的應(yīng)用。陳冬燕[5]研究了水泥摻量為5%的條件下,膨脹劑摻量為0%、3%、5%、8%時(shí),水泥穩(wěn)定碎石的干縮率,成型的試件為100mm×100mm×400mm的小梁,所得到的干燥收縮系數(shù)如圖3所示。

  由圖3可以看到隨著膨脹劑摻量的增加,水泥穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)逐漸降低,其體積穩(wěn)定性也因此而逐漸提高,可以看到與不加膨脹劑的組分相比,膨脹劑摻量為3%、5%、8%的條件下分別降低約11%、23%、27%,主要由于膨脹劑的加入使水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,由于內(nèi)部的空隙逐漸由生成的鈣礬石填補(bǔ),內(nèi)部的密實(shí)度得到有效的增加,原先由于毛細(xì)管張力而引起的干燥收縮在膨脹劑加入的條件下逐漸改善,同時(shí)毛細(xì)管數(shù)量以及孔徑都得到了減少與縮小,因此膨脹劑的加入有效的減小了水泥穩(wěn)定碎石的干縮情況,提高材料的體積穩(wěn)定性。

  4 膨脹劑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能的影響

  楊紅輝[6, 7]研究了膨脹劑的摻入對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能的影響,結(jié)果顯示:由于水泥穩(wěn)定碎石的多孔性質(zhì),在未做抗凍實(shí)驗(yàn)的條件下,其強(qiáng)度性能低于摻加膨脹劑的組分,經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)之后,試件強(qiáng)度均有不同程度的降低,從抗裂系數(shù)來(lái)看,摻加膨脹劑的試件均高于未摻加膨脹劑的試件,另外從圖4可以看到,添加膨脹劑的抗凍試件強(qiáng)度降低率在三個(gè)齡期里都明顯的小于未添加膨脹劑的組分,充分說(shuō)明了膨脹劑的加入有利于填補(bǔ)混凝土內(nèi)的空隙,增加密實(shí)度,并且有效的減小了毛細(xì)孔的數(shù)量與孔徑,增強(qiáng)了水泥穩(wěn)定碎石的抗凍性能,增強(qiáng)材料的耐久性。

  5 結(jié)論

  膨脹劑的加入有利于增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的密實(shí)度,減小體系的空隙率,同時(shí)也減小了材料內(nèi)部毛細(xì)孔的數(shù)量以及孔徑,因此膨脹劑的加入有利于提高水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度性能,但是其具體摻量根據(jù)材料體系的不同而存在其最佳摻量,超過(guò)最佳摻量,過(guò)度的膨脹不利于材料強(qiáng)度性能的發(fā)展。另外,膨脹劑的加入對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能以及抗凍性能均有不同程度的改善。

  【參考文獻(xiàn)】

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  [3] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社.2001.3.

  [4] 張宏君,王選倉(cāng),李振霞.膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石路用性能研究[J].公路.2008 ,(11).

  [5] 陳冬燕,選倉(cāng)薛.摻膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究[J].河北交通科技.2005 ,(3).

  [6] 楊紅輝.摻膨脹劑及纖維水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué), 2003.

  [7] 楊紅輝,郝培文,經(jīng)梁.膨脹劑水泥穩(wěn)定碎石路用性能[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào).2006,(3).