水泥粉煤灰稳定碎石基层路用性能研究

水泥粉煤灰稳定碎石基层路用性能研究

刘望坤余露

中国市政工程西南设计研究总院有限公司四川成都610081

摘要：粉煤灰，也称煤灰，是人们在日常生活中对燃煤工业排放的粉煤灰的一种通俗称法。我国对煤炭能源的过度依赖导致中国粉煤灰的年排放量急速增长。粉煤灰的贮存、污染以及开发利用问题急需解决。粉煤灰在市政道路基层上的应用，是大环保的要求、是市政基础设施建设的需要。结合着水泥粉煤灰稳定碎石基层的试验数据分析，为道路基层的设计、施工提供指导与意见。

关键词：粉煤灰；道路基层；路用性能；

一、引言

路面基层必须要有良好的路用性能。首先，必须要有较高的抗压能力，才能够承受行车荷载在路面面层上的反复作用；其次，要有一定的刚度，不能过大也不能过小，过小会因为拉应力的原因而出现早起开裂，过大则容易出现干缩变形；另外，还要有较好的抗弯拉或者劈裂强度，这样就不容易出现剪切破坏和疲劳弯拉破坏。本文主要路用性能指标中的抗压强度、抗劈裂强度、回弹模量等性能进行测试，通过对试验结果进行分析验证上述路用性能指标是否达到规范要求，并以此作为道路基层设计、施工的主要依据。

二、抗压强度

本次水泥粉煤灰稳定碎石基层路用性能研究的试验是在一个最有利于抗冲刷性能的水泥粉煤灰稳定碎石稳定基层材料配合比5：10：85上进行实验研究。如果水泥粉煤灰稳定碎石基层仅仅只有抗冲刷性能比较突出，但是其他路用性能不满足要求，水泥粉煤灰稳定碎石基层也是没有使用价值的。下面在以验证此配合比（5：10：85）所得到的试验试件是否既能满足基本路用性能，又具备有较高的抗冲刷性能。同时在分析水泥粉煤灰稳定碎石路用性能的同时，与常规的水泥稳定碎石（5：0：95）进行性能对比，以充分了解水泥粉煤灰稳定碎石基层混合料与常规水泥稳定碎石的性能优劣。

《公路路面基层施工技术细则》（JTGTF20-2015）应采用7d龄期无侧限抗压强度作为无机混合料稳定材料施工质量的主要指标。就基层的受力特性来说，7d龄期无侧限抗压强度是必需的，它直接关系到道路的使用寿命以及其他各项路用性能指标功能的正常发挥。在本次论文研究的水泥粉煤灰稳定碎石混合料中，其抗压强度同样是一个非常重要的指标，由于有粉煤灰的掺入，所以我们应该对它的各个时段的强度发展规律进行深度研究，把水泥粉煤灰稳定碎石基层的优点以及潜能挖掘出来。

抗压强度试件采用的是与抗冲刷尺寸相同的试件Φ15cm×h15cm，在试件达到规定龄期前一天，将试件置于水中，水面高度超过试件顶部2.5cm左右。放置24小时之后，将试件放在路面材料强度试验仪上面，使试件变形量以1mm/min的稳定速度对试件进行加压。抗压强度计算公式如下：

由表1中的数据可以看出，两种不同配合比的混合料的抗压强度都会随着养护龄期的增长而增加，而且从整体情况来看，前后强度都增长较大。另外，可以看出不管混合料处于哪个龄期水泥粉煤灰稳定碎石的抗压强度都要高于水泥稳定碎石的抗压强度，这是因为虽然两种混合料中的水泥剂量是相同的，但是，两者的结构类型不同，前者构成的是骨架—密实结构，从图形来看前者的斜率较大，因此它的强度增长也相对较快，所以水泥粉煤灰稳定碎石的抗压性能是要强于水泥稳定碎石的抗压性能。

三、劈裂强度

作为一种良好的基层材料，如果仅仅只是具备较高的抗压强度是不够的，它必须还要一定的抗拉强度，而劈裂强度就是目前用来衡量抗拉强度好坏的指标。因此，本文对不同配合比的水泥粉煤灰稳定碎石混合料试件进行了不同龄期的劈裂强度试验。劈裂强度的试验试件尺寸为Φ15cm×h15cm的圆柱体。试件的劈裂强度按公式（1-2）计算：

图2无侧限抗劈裂强度发展规律

从表2中的数据和图2可以看出，两种不同配合比的混合料的抗劈裂强度都会随着养护龄期的增长而增加，而且从整体情况来看，前后强度都增长较大。另外，可以看出不管混合料处于哪个龄期水泥粉煤灰稳定碎石的抗劈裂强度都要高于水泥稳定碎石的抗压强度，从图形来看前者的斜率较大，因此它的强度增长也相对较快，所以水泥粉煤灰稳定碎石的抗压强度是要优于水泥稳定碎石的抗压性能。

四、抗压回弹模量

水泥粉煤灰稳定碎石基层要求有一定的刚度（回弹模量），不能够太大或者太小，因为这两种情况都是对基层的使用寿命不利的。如果刚度偏大，会容易出现因温宿和干缩而产生的裂缝；如果刚度偏小，会因为存在拉应力或者拉应变而导致基层早期出现开裂破坏。因此，对基层刚度的控制也是很重要的，应该使它与面层的刚度相匹配。

室内测试抗压回弹模量的方法有两种，一种是顶面法，一种是承载板法。本文采用的是顶面法对试件的抗压回弹模量进行测试，选择一个量程合适的测力环和压力机，这里使用的是量程为3t的测力环，压力机的加载速率设置为2mm/min，准备两个精确的千分表以及支座，便可以对试验试件的抗压回弹模量进行测试。测试中，加载时间为1min，卸载时间0.5min，分别读取它们的千分表读数，两次读书的差值就是所需变形回弹模量值。对这一过程重复进行，读取多组试验数值，利用线形回归方法求出最终结果。

下表3为不同龄期试件的抗压回弹模量值，其具体变化规律见图3所示。

从表3和图3可知，在前期，粉煤灰的抗压回弹模量值较小，主要是因为火山灰效应没有表现出来，随着龄期的增长，火山灰反应加快，有更多的水化产物出现，从而可以形成比较结实的网状结构，因此，水泥粉煤灰稳定碎石混合料的抗压回弹模量增长较快。但是，在整个过程中水泥稳定碎石的抗压回弹模量要高于水泥粉煤灰稳定碎石，这是因为水泥稳定碎石基层的刚度要比水泥粉煤灰稳定碎石的刚度大。

五、结语

根据上述实验研究，水泥粉煤灰稳定碎石（5：10：85）的抗压性能、劈裂强度以及刚度要强于水泥稳定碎石（5：0：95）；水泥粉煤灰稳定碎石基层的路用性能满足规范要求，适用于道路的建设。

参考文献（References）：

[1]公路路面基层施工技术细则JTG/TF20-2015

[2]陆超.贵州高速公路水泥粉煤灰稳定碎石基层抗冲刷性能研究