低温条件下水泥激发剂对水稳砂砾基层强度影响研究

摘 要：水泥稳定砂砾混合料广泛应用于我国各类公路的基层或底基层，其强度是最重要的路用性能参数。本文通过室内试验分别研究了水泥剂量、水泥激发剂（GRJ）、砂砾集料的级配等三个因素对无侧限抗压强度的影响，试验结果表明：水泥剂量是影响抗压强度的主要因素，当水泥剂量较低时（3%），掺加一个最佳剂量的GRJ后，无侧限抗压强度得到显著提高；水泥稳定级配砂砾混合料的强度要高于同剂量的水泥稳定天然砂砾混合料，但增加值不大。

关键词：低温条件；水泥激发剂；水泥稳定级配砂砾；水泥稳定天然砂砾；抗压强度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.044

0 引言

水泥稳定砂砾混合料广泛应用于我国各类公路的基层或底基层，是半刚性基层材料的主要形式之一，在结构设计中以7天无侧限抗压强度作为抗压强度控制指标，并作为施工控制指标严格执行[1]。并且水泥稳定材料的强度与抗裂性能密切相关，大量研究表明[2]，水泥稳定材料强度越高其产生干温缩裂缝的可能性就越大，而低温条件对强度和抗裂性能要求都较高，矛盾更为突出，因此本文将一种聚合物水泥激发剂用于确保低剂量水泥用量的水泥稳定砂砾混合料强度，通过室内试验分别研究了水泥剂量、水泥激发剂（GRJ）、砂砾集料的级配等三种因素对水泥稳定砂砾混合料强度的影响，以期能缓解这种矛盾。

1 原材料性质与集料级配

1.1 水泥和激发剂性能检验

试验中的水泥主要采用青海大通水泥股份有限公司生产的水泥，试验结果表明所用水泥符合我国水泥技术规范的要求，试验结果如表1所示。

水泥激发剂为一种新型的水溶性粘稠高分子添加剂，检测结果如表 2所示。

1.2 集料性质与级配

按规范[3]检验集料的主要技术指标，对于粒径小于0.6mm的颗粒，检验其液限和塑性指数。集料的各项性能指标如表3所示。

集料级配是影响混合料性质的重要因素，本次试验选取了两种集料进行试验，一种是天然砂砾集料，另一种是级配砂砾集料（粒径37.5～2.36mm占75%，粒径2.36～0.075mm占25%），两种砂砾筛分结果见图1。

2 试验结果对比分析

试验中水泥剂量取3.0%、4%、5.0%，当水泥剂量为3%时，水泥激发剂掺量分别取水泥用量的0%、2%、6%、10%，采用课题组前期研究的结果，先加水泥后加水拌合[4]，经击实试验确定各类型试件最佳含水量和最大干密度后，进行了7天和28天无侧限抗压强度试验。

2.1 击实试验

由表4，表5可以看出：（1）随着水泥剂量增大，水泥稳定砂砾最佳含水量和最大干密度均有所增大。这是因为水泥剂量越大，水化作用需要的水就越多，水化后产生的胶结物越多，粘聚力越大，干密度越大。（2）随着GRJ掺量的增加，最佳含水量降低，最大干密度增加，表明该水泥激发剂具备减水功能，也应是强度增加的一个原因。

2.2 强度试验

（1）水泥剂量对无侧限抗压强度的影响。从图2和图3可以看出，随着水泥剂量的增大，水泥稳定天然砂砾混合料的强度越高，这是因为：水泥剂量越大，水化后产生的胶结物越多，粘结力也越大；同时，集料之间的嵌挤作用随着粘结力的增加而得到更充分的发挥，摩阻力增大。水泥剂量越高，强度也越高，但同时也意味着基层的成本越高，而且水泥剂量越高，水稳砂砾混合料的干、温缩特性增强，更容易导致水稳基层开裂 。因此我们试图通过在添加低剂量水泥（3%）的混合料中添加水泥激发剂（GRJ）来提高水泥稳定砂砾混合料的强度。

（2）GRJ和集料级配对强度的影响分析。从图2和图3可以看出：

1）在水泥剂量为3%的情况下，掺加一定剂量的GRJ后，7d无侧限抗压强度呈现先增长后降低的规律，这说明GRJ掺量存在一个最佳掺量值，能够显著提高混合料的抗压强度；2）在水泥剂量为3%的情况下，添加2%和6%GRJ后，7d无侧限抗压强度能满足三、四等级道路对基层强度的要求（）；3）GRJ的强度高于同剂量水泥，与4%甚至5%的水泥剂量相当；4）水泥稳定级配砂砾的强度要高于水泥稳定天然砂砾，但增加值不大。

3 结束语

通过上述研究表明：在降低水泥掺量的情况下，通过添加适量的水泥激发剂（GRJ），可以显著提高水稳砂砾的抗压强度，大大降低成本，同时也降低了水稳基层的干、温缩特性，减少基层因干、温缩而开裂，非常适合低温气候条件下公路建设需求。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.JTG D50-2006公路沥青路面设计规范[S].人民交通出版社，2006.

[2]李再新.水泥稳定碎石混合料路用性能及指标相关性研究[D].南京：东南大学，2007.

[3]中华人民共和国交通部.JTG E51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].人民交通出版社，2009.

[4]李志刚，施威特.水泥添加次序对水稳天然砂砾基层强度的影响研究[J].国防交通工程与技术，2011，9（04）：14-16.

作者简介：赵跃（1982-），男，江苏淮安人，硕士，工程师，主要从事：道桥工程材料与施工。