水泥稳定掺石灰土碎石力学性能试验分析 叶培春 ，黄祯敏２，汪明福 （１．江西科力咨询监理有限公司，江西南昌（２．江西省交通科学研究院，江西南昌（３．中国第四冶金建设有限责任公司，江西３３００３８） ３３０２００） 南昌３３００２５） 摘要：水泥稳定掺石灰土碎石的力学性能直接影响其应用公路等级及结构层位。依据混合料设 计强度要求，并结合工程实践经验预定试验水泥剂量，对水泥稳定细集料掺１００％￣灰土、掺５０％ 石灰土和不掺石灰土碎石混合料进行了力学性能试验及分析，表明水泥稳定细集料掺５０％Ｎ灰 土碎石在提高材料密实度、抗压强度的同时减小了刚度，增强了基层材料的抗裂性能，具有更优 的应用效果；另外，三种类型混合料的７ｄ抗压强度与各自９０ｄ劈裂强度及９０ｄ抗压回弹模量具 有良好的线性关系。 关键词：道路工程；水泥稳定碎石；废旧石灰土；力学性能；级配 ０前言 １．１石灰土技术性质 将旧路面石灰稳定土底基层铣刨、破碎后过 ４．７５ｒａｍ方孑Ｌ筛，并对过筛料进行比重试验、界限含 半刚性基层沥青路面是我国各等级公路的重 要路面结构形式，其中不少公路相继进入维修或改 建阶段。随着我国经济的大发展，各级公路交通量 及交通组成均发生了较大变化，重载、超载现象屡 禁不止。并受气候、水纹等条件的影响，使得我国各 等级公路路面在未达到使用寿命时产生较严重的 水率试验（０．６ｒａｍ下颗粒）和击实试验，试验结果 如表１所示。同时，为检验石灰稳定土活性．对其进 行了ＥＤＴＡ滴定试验，发现石灰稳定土中结合料有 效剂量几乎为零，表明旧路面石灰稳定土经长时间 使用后结合料已基本反应完全。 表１ 粉碎石灰土技术性质 破坏 ，提前进人了维修或改建阶段，并由此产生 了大量的废旧道路材料．关于废旧道路材料如何处 治利用一直是业界研究的热点问题。石灰稳定土在 以往低等级公路修建过程中常作为底基层材料，在 对旧路进行改造过程中．应考虑对其进行再生利 用．实现路用资源利用最大化。水泥稳定旧路材料 因具有优良性能而在我国旧路改造中得到较广泛 应用。为进一步确定水泥稳定旧路材料的适用性， 本文开展了不同水泥剂量、养生龄期下水泥稳定细 集料掺１００％石灰土、掺５０％石灰土和不掺石灰土碎 石的抗压强度、劈裂强度及抗压回弹模量试验，并 对三种类型混合料早期抗压强度与长龄期劈裂强 度及抗压回弹模量建立关系，实现多指标再生混合 料组成设计及施工过程质量控制。 本着旧路面材料再利用原则．本文对比研究了 细集料中掺不同比例石灰土水泥稳定碎石混合料 的力学性能。试验方案为将０～４．７５ｍｍ石灰土全部或 ５０％替代０～４．７５ｍｍ石屑，各档碎石掺配比例不变， 即细集料为１００％石灰土、５０％石屑＋５Ｏ％石灰土或 １００％石屑：４．７５ｍｍ～９．５ｒａｍ碎石：９．５ｍｍ～１９ｍｍ碎 石：１９～３ １．ａｔｏｍ碎石＝３０：１４：２６：３０。并依次表示为１＃ 混合料、２＃混合料和３＃混合料。考虑水泥稳定掺石 灰土碎石的应用公路等级及结构层位。依据混合料 １ 水泥稳定掺石灰土碎石组成设计 作者简介：叶培春（１９８３一），男，江西余都人，工程师，毕业于长沙理工大学本科学历，现主要从事工程监理工作。 ·４３· 设计强度，以此预定试验水泥剂量。结合工程实践 经验，水泥剂量采用３．５％、４．０％、４．５％，对不同水泥 剂量、石灰土掺量的水泥稳定碎石混合料进行重型 黻型歇 船一 雕徘 击实试验，试验结果，如表２所示。 表２不同石灰土掺量水泥稳定碎石混合料击实试验结果 ∞ ¨ ｍ 协 ｍ 如 ∞ ４ 由表２可知．水泥剂量、各档集料掺配比例相同 时．水泥稳定细集料掺５０％石灰土碎石混合料的最 大干密度最大．含水率适中；三种混合料的最大干 密度和最佳含水率均随水泥剂量的增加而增加，但 增加幅度不大。这与石灰土颗粒级配较石屑粗细有 关，比表面积大在相同条件下需水量大，更有利于 填充粗骨料空隙，形成密实整体。 ２水泥稳定掺石灰土碎石抗压强度 抗压强度是无机结合料稳定材料组成设计指 标，同时早期抗压强度也是施工质量控制的重要指 标。根据不同剂量水泥稳定细集料掺１００％石灰土、 掺５０％石灰土和不掺石灰土混合料重型击实试验结 果，依次成型３．５％、４．０％、４．５％水泥剂量的 １５０ｒａｍ￣１５０ｒａｍ圆柱体试件，每种水泥剂量成型２７ 个试件，标准养生７ｄ、２８ｄ、９０ｄ后分别进行无侧限抗 压强度试验。试验结果如表３和图１所示。 表３不同水泥剂量和养生龄期三种类型 混合料抗压强度试验结果 养生龄期（ｄ） 不同水泥髓‘ 合料抗压强度 混合料类型 １＃２＃ ３＃ １＃ ７ ３－３ ３．５ ３．６ ３．７ ３．９ ２８ ３．９ ４．４ ４．３ ４．２ ４．６ ９０ ４－４ ４．９ ４．８ ４．６ ５．３ 备注：为无侧限抗压强度代表值。 ·４４· 图１ 三种类型混合料抗压强度随水泥剂量 和养生龄期的变化曲线 由表３及图ｌ可知，三种类型水泥稳定碎石的抗 压强度随水泥剂量的增加而增大，并随养生龄期的 延长而增大：水泥剂量、养生龄期、各档集料掺配比 例相同时。水泥稳定细集料掺１００％石灰土碎石的抗 压强度最小．水泥稳定细集料掺５０％石灰土碎石的 早期抗压强度略小于不掺石灰土水泥稳定碎石，但 前者的后期抗压强度大于后者。由于石灰土级配偏 细。其替代细集料用量较大时比表面积较大，水泥 剂量相同时，集料颗粒裹附水化产物数量较少，集 料问的粘结力较弱；而５０％石灰土替代石屑时，优化 了细集料级配，充分填充了粗集料骨架空隙，形成 优良的骨架密实结构。 ３水泥稳定掺石灰土碎石劈裂强度 劈裂强度是沥青路面结构设计指标。根据不同 剂量水泥稳定细集料掺１００％石灰土、掺５０％石灰土 和不掺石灰土混合料重型击实试验结果．依次成型 ３．５％、４．０％、４．５％水泥剂量的１５０ｍｍ￣１５０ｍｍ圆柱 体试件，每种水泥剂量成型２７个试件，标准养生７ｄ、 ２８ｄ、９０ｄ后分别进行劈裂强度试验。试验结果，如表 ４和图２所示 表４不同水泥剂量和养生龄期三种类型混合料 劈裂强度试验结果 养生龄期（ｄ） 不同水泥剂量（％）下混合料劈裂强度 （ＭＰａ）混合料类型 １掸２＃ ３＃ １＃ ２＃ ３＃ １＃ ２＃ ３＃ ７ ０．２１ Ｏ．２７ ０．２９ ０．２４ Ｏ－３ １ ０．３４ ０．２８ ０．３６ ０－３７ ２８ ０＿３３ ０＿３９ Ｏ．４２ Ｏ．３８ ０．４３ ０．４６ ０．４３ ０．４５ ０．４８ ９０ ０，４１ ０．４９ ０．５ １ ０．４７ ０．５ ｌ ０．５５ ０．４９ ０．５４ ０．５７ 图２三种类型混合料劈裂强度随水泥剂量 和养生龄期的变化曲线 由表４及图２可知，水泥剂量、养生龄期、各档集 料掺配比例相同时，细集料中石灰土替代量越多， 水泥稳定掺石灰土碎石的劈裂强度越小。但水泥稳 定细集料掺５０％石灰土碎石的劈裂强度与不掺石灰 土水泥稳定碎石的劈裂强度较接近。水泥稳定材料 劈裂强度主要与集料间的粘结力有关，水泥稳定掺 石灰土碎石中细集料比表面积较大，水泥剂量相同 时，细集料颗粒裹附水化产物数量较少，而且其本 身吸水率较大．部分水泥浆体被细集料颗粒吸收， 表现出集料间粘结力相对较弱。另外，增加水泥剂 量和延长养生时间，均能增加水化产物数量，提高 集料间的粘结力，故三种类型混合料随水泥剂量和 养生龄期变化劈裂强度增长较迅速。 ４水泥稳定掺石灰土碎石抗压回弹 模量 抗压回弹模量是沥青路面结构设计指标。根据 不同剂量水泥稳定细集料掺１００％石灰土、掺５０％石 灰土和不掺石灰土混合料重型击实试验结果，依次 成型３．５％、４．０％、４．５％水泥剂量的￣１５０ｍｍ￣１５Ｏｍｍ 圆柱体试件。每种水泥剂量成型９个试件，标准养生 ９０ｄ后分别进行抗压回弹模量试验。试验结果，如表 ５所示 表５不同水泥剂量和养生龄期三种类型混合料 抗压回弹模量试验结果 养生龄期 不同水泥剂量（％）下混合料抗压回弹模量 （ｄ）（ＭＰａ） 混合料类型１＃２＃３＃ ｌ＃２＃３＃ ｌ＃２＃３＃ ９０ １０３２ １１８８ １２４９ ｌ１０９ ｌ２０２ １３２５ １１６７ １２９８ １４２７ 由表５可知，水泥剂量、养生龄期、各档集料掺 配比例相同时，细集料中石灰土替代量越多。水泥 稳定掺石灰土碎石的抗压回弹模量越小：与强度指 标相比，水泥稳定掺石灰土碎石抗压回弹模量随水 泥剂量变化的增长幅度不大。对于水泥稳定碎石基 层材料，往往由于材料本身刚度过大而容易发生开 裂，细集料中掺入石灰土能减小材料刚度，有利于 提高基层材料的抗裂性能。 ５长龄期力学指标预估 ７ｄ抗压强度作为无机结合料稳定材料的质量 控制指标，为了利用长龄期劈裂强度和抗压回弹模 量等材料力学指标能够起到控制无机结合料稳定 材料质量的目的，实现水泥稳定掺石灰土碎石的多 指标质量控制目的。试验水泥剂量为３．５％～４．５％，水 泥稳定掺石灰土碎石的７ｄ抗压强度与９０ｄ劈裂强 度、９０曲℃压回弹模量的回归曲线关系，见图３。＾Ｂｄ芝ｖ 嘿ｉ受§｛；ｐｏ钟 Ｏ Ｏ Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ ６ Ｓ ４ ３ ２ １ ０ ０ ．０４８ｘ＋０．３４０ ＝＝＝ ＝Ｏ．ｏ脚９ ——二＝ｊ ＝：二一————一’ ｙ ０Ｒ．０ ４１ｘ ＋Ｏ．３４７ 。９９４一… 一ｌＩ ：Ｒ２＝０．８８５ 一掺１００％ 灰土 ◆掺５０％石荻ｔ ▲掺Ｏ％打扳＿ｔ ３ Ｓ ７ｄ抗压强度（ＭＰａ） ７ｄ抗压强度（ＭＰａ） 图３不同力学指标间的回归关系曲线 ·４５· ▲Ｓ Ｏ 由图３可知，水泥稳定细集料掺１００％石灰土、掺 泥稳定细集料掺１ ００％石灰土、掺５０％石灰土和不掺 ５０％石灰土和不掺石灰土碎石混合料的７ｄ抗压强度 与各自９０ｄ劈裂强度及９０ｄ抗压回弹模量具有良好 的线性关系（除掺５０％石灰土混合料的７ｄ抗压强度 与９０ｄ劈裂强度线性关系较弱外）。从而可通过不同 石灰土掺量水泥稳定碎石混合料的７ｄ抗压强度预 估材料的９０ｄ劈裂强度及９０ｄ抗压回弹模量。 石灰土碎石混合料的７ｄ抗压强度与各自９０ｄ劈裂强 度及９０ｄ抗压回弹模量具有良好的线性关系。 参考文献： 【１】廖晓峰，陈忠达，蒋应军，雷茂锦．施工期间高速公路水泥 稳定碎石基层裂缝研究『Ｊ】．广西大学学报（自然科学版）， ２０１２，３７（４）：７１６－７２２． ６结语 通过对水泥稳定细集料掺１００％石灰土、掺５０％ 石灰土和不掺石灰土混合料进行不同水泥剂量、养 生龄期的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量试 ［２］王艳，倪富健，李强，李再新．水泥稳定碎石基层横向收缩 裂缝控制研究【Ｊ】．公路交通科技，２００８，２５（２）：４５＿４９． 【３１岳红宇，陈加富．水泥稳定碎石基层成型早期内部温度场 解析与温缩裂缝控制［Ｊ１．公路交通科技，２００８，２５（７）：３２— ３６． 验．试验结果表明：水泥稳定细集料掺５０％石灰土碎 石混合料的最大干密度、长龄期抗压强度最大；水 泥稳定细集料掺５０％石灰土碎石的早期抗压强度、 劈裂强度和抗压回弹模量略小于不掺石灰土水泥 稳定碎石，说明水泥稳定细集料掺５０％石灰土碎石 在提高材料抗压强度的同时减小了刚度，增强了基 层材料的抗裂性能，具有更优的应用效果。此外．水 ＋。＋ ＋一＋ ＋“＋一＋一＋－＋＊＋一＋·— 一＋ ＋－＋－＋··＋一＋＊＋一＋一＋“＋．－＋一＋一＋ ＋［４］李明杰，蒋应军，戴经梁．水泥稳定碎石缩裂机理及在级配 设计中应用［Ｊ】．武汉理工大学学报，２０１０，３２（３）：１ ，８． ［５１郑彦军．冷再生技术的研究及应用【Ｄ１＿河北工业大学， ２００２． 【６】张倩，韦华威，王永兵，应国强，胡建林．水泥冷再生灰土试 验研究［Ｊ］．公路，２０１２，１２：１４４—１４７． “＋一＋～＋一＋＊＋一＋一＋··＋一＋－＋一＋－＋··＋＋··＋··＋－＋一一＋一＋··＋－＋一＋··＋一＋一一＋· （上接第４２页） ｆｏａｍｅｄ ｂｉｔｕｍｅｎ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉｌｓ．２０１ａ ３．１２９：３５７—３６０． 能延长基层使用寿命： ③对比不同结构组合的力学响应，面层厚度增 大，路表弯沉、基层层底拉应变和拉应力、路基顶面 压应变有较明显的减小，再生基层抗疲劳性能与抗 车辙性能显著增强．但是面层过厚可能会影响面层 层底的开裂： 【４］彭芳文．半刚性基层沥青路面结构转换设计方法研究【Ｄ】： ［硕士学位论文】．西安：长安大学，２０１２． ［５】拾方治，孙大权，吕伟民，等．泡沫沥青混合料物理力学特 性的试验研究［Ｊ】．公路，２００４，５：１４４—１４８． ［６］拾方治．沥青路面泡沫沥青再生基层的研究【Ｄ】：【博士学位 论文１上海：同济大学，２００６． ［７１ Ｈｅ Ｇｕｉ—Ｐｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ Ｕｓｅ ｏｆ Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ ④结构５和结构６的泡沫沥青再生基层路面结 构受力特性更加协调，在重载、超载车较多的情况 下，采用结构５和结构６的复合基层对延长路面使用 （ＲＡＰ）’ｖｉ出Ｆｏａｍｅｄ Ｂｉｔｕｍｅｎ【Ｄ】：【Ｄｏｃｔｏｒａｌ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ］． Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，２００６． 性能是有利的，对泡沫沥青再生基层路面结构设计 起到一定的指导作用 参考文献： ［８邓学钧．路基路面工程【８］Ｍ】．北京：人民交通出版社， ２００５，１１６－１５９． 【９】严金海，倪福建，杨梅坤．乳化沥青冷再生混合料的间接拉 伸疲劳性能［Ｊ】．建筑材料学报，２０１１，０１：５８—６１． …１曹翠星，何桂平，孙成仁．泡沫沥青冷再生技术【Ｊ】．公路， ２００３，１１：９９—１０２． 【ｌ０］栗关裔．泡沫沥青冷再生技术的应用研究【Ｄ】．【硕士学位 论文１．上海：同济大学，２００８． 【１ １】Ｂｏｗｅｒｉｎｇ Ｒ Ｈ，Ｍａｒｔｉｎｅ Ｃ Ｌ．Ｆｏａｍｅｄ ｂｉｔｕｍｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｆＪ］． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ．２０１２，７２４：１４７—１５０． ［２】徐金枝．泡沫沥青及泡沫沥青冷再生混合料技术性能研究 【Ｄ】：【博士学位论文】．西安：长安大学，２００７． ｆ３】Ｌａｎｃａｓｔｅｒ Ｊ，Ａｒｔｈｕｒ Ｌ，Ｗａｒｗｉｃｈ Ｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗｉｔｈ ·４６·
