超早強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石溫度收縮特性研究

張永恒 張貝

河南省中原路橋建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 河南 南陽 473000

摘要：本文通過室內(nèi)試驗，測定低溫條件下水泥穩(wěn)定碎石溫度收縮特性。結(jié)果表明：外加劑的摻入能顯著改善水泥穩(wěn)定碎石材料的溫度收縮特性，提高水泥穩(wěn)定碎石材料抵抗溫度收縮的能力。

關(guān)鍵詞：溫度收縮；水穩(wěn)碎石；力學(xué)特性

1.原材料要求及試驗方案

1.1原材料要求

集料取自陜西省禮泉縣石料廠，石灰?guī)r。水泥為陜西耀縣水泥廠生產(chǎn)的秦嶺牌水泥，強(qiáng)度等級為32.5R，經(jīng)測定，集料和水泥的各項指標(biāo)均符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTGTF20-2015)要求。外加劑采用SES-Ⅰ型超早強(qiáng)水泥穩(wěn)定基層外加劑，此外加劑性狀為淡黃色粉末，其主要的礦物成分為硅酸鈣、硫鋁酸鈣、鋁酸鈣，此外還有部分單晶體。

1.2試驗方案

為對比不同水泥劑量時，外加劑的加入對其路用性能的影響，選用3個水泥劑量進(jìn)行對比，分別為4%，5%和6%；外加劑摻量選為8%(以水泥重量為基準(zhǔn))，與未摻外加劑時作比較。此外，著重研究了水泥劑量為5%時，4個外加劑摻量(4%，8%，12%，16%)與未摻外加劑的力學(xué)性能對比。為方便研究，對各水泥劑量及加外加劑摻量進(jìn)行編號，見表1。本文中水泥穩(wěn)定碎石的編號是由水泥劑量編號與外加劑摻量編號共同組成，如：AW8代表水泥劑量4%，外加劑摻量8%。

表1 編號與混合料組成對照表

2.溫度收縮試驗

2.1溫度收縮試驗方法

本試驗采用的是利用振弦應(yīng)變傳感器測定半剛性材料的溫度收縮系數(shù)。進(jìn)行試驗時，是用兩個鋼夾將傳感器固定在梁式試件的表面，然后將試件連同鋼夾、傳感器一起放入環(huán)境箱中，用專用電纜把傳感器與測頻儀相連。試件采用靜壓法成型，試件尺寸為10cm×10cm×40cm的中梁。將養(yǎng)生至預(yù)定齡期的被測試件從養(yǎng)生室取出，經(jīng)過一定時間的風(fēng)干，然后安裝傳感器的底座，將底座固定在標(biāo)準(zhǔn)桿上。待底座在試件上牢固好，卸標(biāo)準(zhǔn)桿，換上傳感器，夾緊傳感器的螺絲。為了保證鋼弦的頻率變化在容許范圍內(nèi)，此時最好測量鋼弦的頻率。如果頻率過大或過小，可以調(diào)節(jié)傳感器的同向螺絲，將初始頻率置于零點頻率附近，獲得較寬的測量范圍。

2.2試驗結(jié)果及分析

按照上述方法計算各溫度段的收縮系數(shù)見圖1和表2。從圖1和表2可知：①在每個溫度段，摻加外加劑后的溫縮系數(shù)均比未摻外加劑的溫縮系數(shù)低，BW16比BW8的降低幅度更大一些。也就是外加劑摻量越大，材料的溫縮系數(shù)越小。說明摻加外加劑后溫度收縮有所減少，材料抵抗溫度應(yīng)力作用能力增強(qiáng)。②對BW0在試驗溫度區(qū)間0～10℃內(nèi)出現(xiàn)一峰值；10℃以上，溫縮系數(shù)隨溫度的升高而降低；在試驗溫度區(qū)間-20～0℃，溫縮系數(shù)隨溫度的降低而降低；在試驗溫度區(qū)間-30℃～-20℃內(nèi)出現(xiàn)最小值，溫度低于-30℃時，溫縮系數(shù)隨溫度的降低而增大。對這一規(guī)律的解釋是:水泥穩(wěn)定碎石三相組成中，液相水盡管量少，但是具有較大的體積膨脹系數(shù)，其線膨脹系數(shù)約為固相的4～6倍。所用試件雖然經(jīng)過了一定的風(fēng)干，但是試件中仍含有一定量的重力水和毛細(xì)水，另外密實試件內(nèi)還含有內(nèi)部毛細(xì)水、濃度差滲透水等弱結(jié)合水。而重力水的冰點在4℃附近，弱結(jié)合水的冰點在0～-10℃附近，冰化成水體積要縮小，所以溫縮系數(shù)在0℃附近出現(xiàn)一個最大值，隨著溫度的進(jìn)一步升高，這種作用逐漸減弱，使溫縮系數(shù)又有降低。③與BW0相比，BW8和BW16的溫縮系數(shù)變化起伏就小的多。說明摻加外加劑后，水泥穩(wěn)定碎石的溫度收縮對溫度的敏感性降低。在整個試驗溫度范圍內(nèi)，溫縮系數(shù)的變化很小。BW8的最小溫縮系數(shù)與最大溫縮系數(shù)相差1.76×10^-6/℃，BW16的最大與最小溫縮系數(shù)相差1.64×10^-6/℃，而BW0的最大與最小溫縮系數(shù)相差5.468×10^-6/℃。

圖1  溫度收縮系數(shù)隨溫度變化示意圖

表2 不同外加劑摻量水泥穩(wěn)定碎石混合料溫度收縮系數(shù)

3.結(jié)論

從以上試驗結(jié)果可以看出，外加劑的摻入能顯著改善水泥穩(wěn)定碎石材料的溫度收縮特性，提高水泥穩(wěn)定碎石材料抵抗溫度收縮的能力。