 浅析超早强水泥稳定碎石水稳定性 高彬 南阳通途公路勘察设计有限公司 河南 南阳 473000 摘要：本文系统研究了水泥稳定碎石在掺加外加剂后的水稳性能，抗冲刷性能以及疲劳特性，并与未掺外加剂的进行比较，评价外加剂加入后的作用效果。 关键词：超早强；水泥稳定碎石；水稳定性 沥青面层，特别是层铺法的沥青表面处治和沥青贯入式面层，往往是透水的，尤其在使用初期，其透水性较大。因此，雨季表面水有可能透过沥青面层进入基层和底基层中。表面水也有可能从两侧路肩或路面与路肩的结合处以及中央分隔带缘石与路面的结合处透入路面结构层中。如果沥青面层上产生了裂缝，表面水更会从裂缝中透入路面结构层中。对于水泥混凝土路面，水分也是能够通过各种途径进入到基层。在地下水位接近地表的地段，特别在路基填土不高时，地下水可以通过毛细作用进入路面结构层；在冰冻地区，由于冬季水分重分布的结果，路基上层和路面底基层都可能处于潮湿或过分潮湿状态。沥青面层虽不是完全不透水的，但却能阻碍路面结构层和土基中水分蒸发。调查试验表明，水分从沥青面层中蒸发出来要比透进去困难得多，慢得多。进入路面结构层中的水能使含土多、土的塑性指数较大的基层或底基层材料的含水量增加，使强度大大降低，从而导致沥青路面过早破坏。在冰冻地区，这种水造成的危害更大。 1.水稳性试验 在路面材料性能研究中，常采用软化系数来表示材料的耐水性。  式中：C——软化系数； R——饱水状态下的无侧限抗压强度（MPa）； Rw——未饱水状态下的无侧限抗压强度（MPa）。 1.1试验方法 对每一个外加剂掺量的水泥稳定碎石成型两组平行试件，养生至规定龄期。在龄期最后一天，一组不浸水，一组浸水24h，水面深度应使水面离试件顶面约2.5cm，测试它们的无侧限抗压强度。 1.2试验结果及分析 试验结果如表1所示。众所周知，与其他结合料稳定碎石相比，水泥稳定碎石的耐水性比较好。从表1中也可以看出，水泥稳定碎石的软化系数很高。各种外加剂掺量(包括未掺外加剂)的软化系数都在0.98以上。通过比较我们可以发现，掺加外加剂后大多数(除外加剂掺量16%)的软化系数又有进一步提高，少数(外加剂掺量16%)的软化系数虽然比未掺外加剂的稍低但是降低幅度很小，可以认为是试验误差所致。 表1 水泥剂量5%不同外加剂掺量水稳碎石的软化系数 龄期 混合料类型 BW0 BW4 BW8 BW12 BW16 7d 未饱水强度(MPa) 5.478 5.909 5.947 5.993 6.341 饱水强度(MPa) 5.401 5.842 5.874 5.972 6.235 软化系数 0.986 0.989 0.988 0.996 0.983 综合考虑，外加剂的掺入对水泥稳定碎石的耐水性没有不良影响，而且在大多数情况下是有所帮助的。这主要是因为外加剂的掺入加速了水泥的水化产生很多的胶凝物质填充孔隙，改善水泥石的孔结构，使水泥稳定碎石内部更密实，不利于水分的进入，也有利于强度增长，就相应提高了水泥稳定碎石的耐水性。 2.冲刷试验 与其他结合料稳定基层相比水泥稳定碎石基层的抗冲刷性能较好，但也存在着一定的唧泥现象。国内外的调查研究表明，路面的冲刷现象是普遍存在的，只不过是冲刷作用程度有大有小而已，并且随着交通量和汽车轴载的增加，这种破坏现象亦呈现加剧的趋势。 尽管道路建设者对如何评价水泥稳定碎石基层材料的抗冲刷问题非常关注，在2000年交通部颁布的《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)中对基层材料的抗冲刷能力有所考虑，例如，对一些抗冲刷能力比较弱的无机结合料稳定细粒土的适用范围做出限制，并规定了无机结合料稳定粒料土中细料的粒径大小及其含量。但是，到目前为止，规范中对水泥稳定碎石基层材料的抗冲刷性能仍然没有具体规定。为此，寻求一种既简单又实用的试验测定方法，是非常必要的。 2.1试验方法 国内外研究冲刷试验的方法很不统一，试验仪器也大不相同。考虑到试验仪器方便操作性，本试验采用维勃稠度仪进行冲刷试验。为了比较不同外加剂掺量时水泥稳定碎石基层抗冲刷性能的优劣，分别按不同外加剂掺量(包括未掺外加剂)成型φ15cm×15cm的圆柱体试件，在标准养生环境下养生90d。试验时将试件养生至规定龄期的前一天浸水，水的深度应使水面距离试件顶面约2.5cm。饱水24h以后，取出放在钢容器中，并向钢容器中加水，使得加入试件后液面的高度为试件高度的1/3，即水深为50mm。然后开动振动台，测定不同时间的冲刷量。冲刷后将钢容器中残留物收集到容器中，将残留物烘干，称其质量，并计算冲刷量。 因为试件是在饱水24h以后进行试验，并且在试件的搬运过程中，试件的表面与外界直接接触，难免造成试件表面的破损，因此在试件表面会形成薄弱面，当振动台开启后，试件在钢容器中振动的同时也在接受钢容器中受振水的冲刷作用，所以试件表面的薄弱层会很快被冲刷下来，如果把这部分冲刷残留物也计算在内，则冲刷量会较实际偏大，从而得出混合料的抗冲刷性较实际情况差的结论。因此在试验中有必要对试件进行预冲刷，减小因为上述原因而造成冲刷试验的误差。如果预冲刷时间过长，这会导致最后试件的冲刷量偏小；如果预冲刷时间过短，则起不到预冲刷的作用。参考以往研究结果采用预冲刷3分钟，然后再开始冲刷试验。 2.2试验结果及分析 冲刷试验结果见表2。从表2中可以看出：(1)各种水泥稳定碎石的都是随时间增长冲刷量增加，但是在冲刷初期(2min内)增加较快，而后逐渐减弱。这主要是由于水泥稳定碎石中表面均含有一层细粒浆，当冲刷到一定时，粗骨料起支承作用，从而使冲刷减弱。(2)冲刷量与冲刷率的规律相似。经过相同的冲刷时间，与未掺外加剂的相比掺加修补剂的水泥稳定碎石的冲刷量和冲刷率都有不同程度的降低，降低效果最明显的是在冲刷试验初期(2min)时。此时，冲刷量和冲刷率是随着外加剂掺量的增加而降低的。BW4的降低幅度最小，与BW0基本持平，BW16的幅度最大，大约下降了50%。随着冲刷时间的增长，这种差距在逐渐缩短，到试验结束(27min)时，冲刷量最小的BW8占BW0的76%，也就是降低不到1/4。 表2 冲刷试验结果 时间(min) 冲刷量(g) BW0 BW4 BW8 BW12 BW16 2 20.63 20.62 17.07 16.56 11.81 7 47.85 36.16 44.26 39.69 39.69 12 69.37 63.97 65.80 67.03 59.26 17 105.33 97.98 86.04 95.06 98.86 22 154.5 123.65 117.52 116.78 124.57 27 188.88 168.56 146.88 148.67 157.49 时间(min) 单位时间内冲刷率(g/min) BW0 BW4 BW8 BW12 BW16 2 10.32 10.31 8.54 8.28 5.91 7 6.84 5.17 6.32 5.67 5.67 12 5.78 5.33 5.48 5.59 4.94 17 6.20 5.76 5.06 5.59 5.82 22 7.02 5.62 5.34 5.31 5.66 27 7.00 6.24 5.44 5.51 5.83 分析原因，主要是由于外加剂的掺入能在一定程度上增强水泥石的胶结强度，这种强度有利于水泥包裹细料不被水流冲走。在试验初期，试件比较完整，这种胶结增强作用比较明显，能够显著减小冲刷量。随着冲刷时间的增长，冲刷量的增加，有部分细料浆开始被水流冲走，降低了这种胶结增强作用，使掺加外加剂的冲刷量与未掺外加剂的差距逐渐缩小，即外加剂在冲刷后期作用不如在初期明显。 3.结论 从以上试验结果可以看出，外加剂的掺入能够降低初始冲刷量，降低冲刷率，说明外加剂的掺入能够推迟路面冲刷现象发生的时间，延缓唧浆现象的发生。  |
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