为研究不同成型方式对水泥稳定碎石混合料物理、力学性能的影响,首先进行配合比设计,然后选取重型击实、振动压实成型2种成型方式,对试件分别进行无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量以及温缩变形、干缩变形等试验。试验结果显示:成型方式对水泥稳定碎石混合料力学性能具有重要影响,振动压实成型混合料力学性能明显优于重型击实成型混合料,且振动压实成型上部混合料力学性能优于下部;随着养护龄期的增长,2种成型方式混合料干缩量、温缩应变均增大,且重型击实试件干缩量、温缩应变大于振动压实成型试件。该研究结果表明,振动压实成型方式具有较优的成型效果,应建立完善的现场振动压实、室内模拟评价全套工艺。
水泥稳定碎石由于其具有较高的强度、较好的整体性及良好的经济性,在我国各级公路建设中发挥着重要作用。我国高等级公路建设初期,由于施工机械技术的局限,水泥稳定碎石基层、路基土石方工程等均采用静压碾压设备成型。静压成型方式下,即使后期提高了碾压设备吨位,也易导致碾压层压实不均,进而引起裂缝等病害出现[1-4]。随着施工机械的发展,振动压实技术逐渐被广泛使用,水泥稳定碎石基层施工质量也得到一定提高。但与振动压实碾压技术相匹配的室内振动成型技术,相关研究资料相对缺乏。而目前室内水泥稳定碎石混合料成型及配合比设计仍以重型击实为主,这导致室内试验与现场施工工艺不一致,因此有必要对水泥稳定碎石室内试验成型方式进行系统研究,从而确定成型方式对混合料各方面性能的影响机理。
1、室内试验方案设计
为了研究不同成型方式对水泥稳定碎石混合料物理、力学性能的影响,首先进行配合比设计,然后选取重型击实、振动压实成型2种方式,分别对试件的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量等力学参数,以及温缩变形、干缩变形等关键物理性能参数进行对比分析。 1.1配合比设计(见表1) 采用表1合成级配进行配合比设计,水泥采用P·S32.5,掺量为3.5%,各档掺配比例分别为:0~5mm∶5~10mm∶10~20mm∶20~30mm=28∶15∶28∶29。采用重型击实法进行水泥稳定碎石基层配合比设计,确定z佳含水率与z大干密度。 1.2成型方式选取 分别选取重型击实成型与振动压实成型方式模拟碾压设备的静压与振动压实。其中重型击实试件采用JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中标准试件大小成型,圆柱体试件尺寸为覫15cm×15cm。为模拟大厚度水稳基层碾压效果,振动压实成型采用经改装的试件模具,试件尺寸为覫15cm×30cm。其他试验依据规范要求按相关模具尺寸进行成型。 1.3试验方法 为保证不同成型方式试验的可比性,首先采用重型击实试验确定混合料z佳含水率与z大干密度(所有混合料试件制备均采用该z佳参数进行制备)。为比较振动压实成型碾压对大厚度水泥稳定碎石基层上、下部碾压效果的影响,将振动压实成型试件养护到规定龄期后从中切割为2个标准试件,然后分别将重型击实试件,振动压实成型上、下部试件三者进行以下相关试验性能对比。 1.3.1 力学性能试验 1)无侧限抗压强度 参照规范进行无侧限抗压强度试验。试验时应注意保持试样表面平整,避免试样表面集料凸起引起的应力集中导致试验数据失真。 2)劈裂强度(间接抗拉强度) 3)抗压回弹模量测试(顶面法) 该试验变异系数通常较大,各试验环节均应严格按照规范执行,以保证变异系数控制在15%以内。 1.3.2 物理性能试验 水泥稳定碎石基层作为半刚性材料,实际使用时常会出现温缩、干缩裂缝,进而导致沥青层反射裂缝的产生。为对比不同成型方式对温缩、干缩等体积变化参数影响,分别进行如下试验: 1)干缩试验。 该方法用于测试水泥稳定碎石混合料失水收缩程度。分别采用重型击实、振动压实成型方式成型标准中梁试件,尺寸为(100×100×400)m,试件成型完毕后脱模安装千分表,置于20℃、60%湿度条件下养护至规定龄期进行变形量测试。 2)温缩试验。 该方法用于测试水泥稳定碎石混合料在温度降低时收缩系数。分别采用重型击实、振动压实成型方式成型标准中梁试件(尺寸为100m×100m×400m),养护28d取出烘干10~12h,然后按照规范进行温缩试验。 2、力学性能试验结果与分析 采用重型击实与振动压实成型2种方式分别成型水泥稳定碎石混合料试件,然后进行不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度以及抗压回弹模量(顶面法)试验。其中,振动压实成型试件养护至规定龄期后切割成2个标准试件再进行力学性能试验,试验结果如 图1所示。