1、居 舍视角研究1752022年12月（中）水泥稳定碎石是近年来高等级路建设工程中最常用的基层类型，我国高等级公路中的水泥稳定碎石基层普遍采用的是石灰岩，其具有良好的力学性能和耐久性能1-3。但随着我国公路系统的不断完善，高等级公路的修建工程增多，对原材料的需求量不断增大，原材料日渐匮乏的问题开始显露出来4-5。而砂岩在水泥稳定碎石基层中的应用能够有效解决当前遇到的原材料匮乏问题，但砂岩作为新型的基层原材料，其混合料的性能是否满足高等级公路中基层的要求是首先要解决的问题，而成型方式是影响水泥稳定碎石性能的重要因素之一。在现场施工时采用振动压路机压实成型的方式，室内则采用静压成型的方式成型试件，重
2、型击实确定混合料的最大干密度和最佳含水量，以力学性能指标指导设计配合比、控制现场质量。但室内和现场的压实方式的不匹配会常导致一系列不利问题，如压实度超百、反射裂缝增多等6。因此，本文采用振动和静压两种成型方式，研究不同成型方式对水泥稳定砂岩碎石混合料力学性能的影响，并与水泥稳定石灰岩碎石的试验结果进行对比和分析7。1 原材料1.1 水泥试验所用的水泥为普通的硅酸盐水泥 P.O42.5，其各项性能如表1所示。1.2 集料采用砂岩和石灰岩两种集料，集料规格为：2030mm、1020mm、510mm 和 05mm。粗 集 料表1 水泥性能性能初凝时间/h终凝时间/h安定性细度/%3d 抗压强度/MP
3、a3d 抗折强度/MPa实测值3.16.4合格2.820.25.3压碎值是水泥稳定基层材料的一个重要指标，公路路面基层施工技术细则JTG/TF20-2015 中对于高速公路和一级公路中，重、中、轻交通情况下基层材料的压碎值要求为不大于 26%，底基层材料的压碎值要求为不高于 30%。试验所用砂岩粗集料压碎值为30%，石灰岩压碎值为 18%，满足基层和底基层对压碎值的要求。砂岩和石灰岩集料粗集料的吸水率如表2，结果表明，砂岩粗集料较石灰岩粗集料具有更大的吸水率，砂岩粗集料的吸水率比石灰岩粗集料高约0.6%。表2 粗集料吸水率（%）集料规格/mm20301020510砂岩0.930.991.18石
4、灰岩0.320.360.46表3 混合料合成级配级配类型通过筛孔（mm）质量百分率/%31.5199.54.752.360.60.075级配 A10080.847.226.519.613.82.5级配 B10080.547.931.520.513.13.61.3 矿料级配根据筛分结果按最大密度理论对砂岩和石灰岩集料进行级配的合成，由于级配对混合料的性能也存在一定的影响，在合成级配时尽可能使两个合成级配在同一筛孔尺寸的通过率比较接近，减少由于级配原因摘 要近年来将砂岩作为水泥稳定碎石基层材料受到广泛关注，本文采用振动和静压两种成型方式成型水泥稳定砂岩碎石 150mm*150mm 圆柱形试件，研究
5、不同成型方式对其最大干密度、最佳含水量和7d 无侧限抗压强度的影响，并与相同成型方式下水泥稳定石灰岩碎石进行对比。结果表明：水泥稳定砂岩碎石在振动成型下的最大干密度与静压成型相比提高0.04g/cm3，增长2%；振动成型下水泥稳定砂岩碎石的7d 无侧限抗压强度明显高于静压成型，是静压成型下强度的1.5倍以上；此外，成型方式对水泥稳定混合料的最佳含水量的影响极小，对砂岩和石灰岩两种混合料各性能的影响规律大体一致。综合混合料性能试验结果，在水泥稳定砂岩碎石的配合比设计过程中，振动成型方法优于静压成型。关键词砂岩；水泥稳定碎石；振动成型；静压成型；力学性能中图分类号U414 文献标识码A 文章编号1
6、674-1900（2022）35-0175-04基于不同成型方式的水泥稳定砂岩碎石性能研究徐传贵（中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530033）作者简介：徐传贵（1988-），男，汉族，重庆人，工程师，本科，研究方向为路基隧道。居 舍视角研究1762022年12月（中）带来的影响。两组合成级配如表3所示，其中砂岩的合成级配为级配 A，石灰岩的合成级配为级配 B。2 两种成型方式对混合料性能影响分析2.1 成型方式对混合料最大干密度的影响试验中采用重型击实（静压成型）和振动击实（振动成型）两种方式对级配1砂岩混合料进行击实试验，在5个不同水泥剂量下测定混合料的最大干密度与最佳含水量，成型
7、方式对水泥稳定砂岩碎石混合料最大干密度的影响如图1所示。图1 成型方式对砂岩混合料最大干密度的影响由图1可以看出，击实方式对砂岩混合料的最大干密度有较大影响，振动击实的最大干密度大于重型击实，振动击实时水泥稳定砂岩碎石的最大干密度比重型击实时增大了2%左右，且随着水泥剂量的增大，增大的比例呈现出递增的趋势。原因在于，在重型击实时，混合料受到竖直方向冲击荷载的作用，集料颗粒大都只在上下方向移动；而振动击实时，混合料除了受到竖向冲击荷载外，还受到振动引起的激振力作用，激振力和竖向作用力的共同作用下，集料颗粒在竖向运动的同时，还能横向和斜向移动，集料颗粒分布更为合理，细集料对孔隙的填充更加充分，使混
8、合料更加密实，密度更大。本文还对级配 B 水泥稳定石灰岩碎石进行了击实试验，得到了5个不同水泥剂量下水泥稳定石灰岩碎石在两种击实方式下的最大干密度，水泥稳定砂岩碎石和石灰岩碎石在两种不同击实方法下的最大干密度如图2所示。图2表明，对于两种不同集料的水泥稳定碎石，不同水泥剂量下，振动击实法下的混合料最大干密度均大于静压成型；水泥稳定砂岩碎石和水泥稳定石灰岩碎石最大干密度的影响规律具有相同的变化趋势，影响程度均随着水泥剂量的增大而增大。图2 不同成型方式下混合料的最大干密度2.2 成型方式对混合料最佳含水量的影响通过两种不同的击实方式对水泥稳定砂岩碎石和水泥稳定石灰岩碎石进行击实试验，得出两种混合
9、料在不同水泥剂量下的最佳含水量，如图3所示。图3 混合料的最佳含水量图3表明，成型方式对水泥稳定混合料的最佳含水量影响极小，其含水量受集料品种的影响较大，而不同集料吸水率差异性是影响混合料最佳含水量的重要因素。由表3可知，砂岩的吸水率远大于石灰岩，因此水泥稳定砂岩碎石的最佳含水量大于水泥稳定石灰岩碎石。此外，水泥剂量也会影响混合料的最佳含水量，水泥剂量越大，最佳含水量增长趋势越强。3 无侧限抗压强度结果分析3.1 成型方式对水泥稳定砂岩碎石无侧限抗压强度的影响根据击实试验确定的最大干密度和最佳含水量对级配 A 水泥稳定砂岩碎石进行 150mm*150mm 圆柱体试件的成型，成型方式分为静压成型
10、和振动成型两种，在养生7d 后测无侧限抗压强度，得到不同成型方式下水泥稳定砂岩碎石的7d 无侧限抗压强度试验结果。成型方式对水泥稳定砂岩碎石7d 无侧限抗压强度的影响如图4所示。图4中的试验结果表明，在振动成型方式下，5种水泥剂量下的水泥稳定砂岩碎石7d 无侧限抗压强居 舍视角研究1772022年12月（中）度明显高于静压成型方式，分析其原因主要有两个方面：静压成型方式下混合料的最大干密度小于振动成型，密实程度小于振动成型，因而无侧限抗压强度低于振动成型；静压成型时混合料在达到98%压实度前，受到静压力不断增大，而集料颗粒更多地只能竖向移动，导致集料颗粒之间的相互作用力增大，当相互作用力超过集
11、料的极限承载力后，集料颗粒破碎，破碎面间缺少胶凝材料的粘结力，且粗集料减少，细集料增多，混合料原本的骨架密实结构遭到破坏，更倾向于悬浮密实结构；振动成型时集料颗粒还能横向和斜向移动，集料颗粒间的相互作用力较小，集料破碎情况较少，混合料能够保持比较完好的骨架密实结构，其无侧限抗压强度更高。3.2 成型方式对不同集料的水泥稳定碎石无侧限抗压强度的影响试验中还对级配 B 水泥稳定石灰岩碎石进行了150mm*150mm 圆柱体试件的成型，养生7d 后测其无侧限抗压强度，得到不同成型方式下水泥稳定石灰岩碎石的7d 无侧限抗压强度比值，并与水泥稳定砂岩碎石7d 无侧限抗压强度在不同成型下的比值作对比，结果
12、如表5所示。表5 不同成型方式下7d无侧限抗压强度比由表5可知，水泥稳定石灰岩碎石混合料在振动成型时的7d 无侧限抗压强度是静压成型时的1.72倍左右，比值相对稳定，随着水泥剂量的改变没有太大的波动；而水泥稳定砂岩碎石混合料的振动成型与静压成型时7d 无侧限抗压强度的比值不稳定，当水泥剂量从2.5%增加4.5%时，7d 无侧限抗压强度振动成型/静压成型的值从1.52增大到1.96，涨幅较大，随着水泥剂量增大，不同成型方式导致的强度差距越来越大。其原因是，混合料最大干密度会随着水泥剂量的增大而增大，混合料愈发密实，静压成型时混合料中的集料颗粒受到的外部压力也越大，集料颗粒间的相互作用力随之增大；
13、振动成型时由于受到的外部振动荷载，集料颗粒可以向各个方向移动，集料颗粒间相互作用力比较稳定。砂岩碎石的强度比石灰岩碎石低，砂岩粗集料压碎值大于石灰岩粗集料的压碎值，随着静压成型时集料颗粒间的相互作用力增大，超过砂岩集料颗粒的极限荷载后，砂岩集料颗粒发生破碎，细集料增多，混合料的骨架密实结构遭到破坏，成型后的混合料结构类型倾向于悬浮密实结构，导致混合料的强度降低，并且水泥剂量越高，破坏的情况越严重，导致水泥稳定砂岩碎石振动成型与静压成型的7d无侧限抗压强度差距越大；而石灰岩碎石由于其自身强度高，压碎值较低，当集料颗粒间相互作用力随水泥剂量增加而变大时，石灰岩碎石能够承受更大的荷载，集料破碎情况较
14、少，振动成型与静压成型的7d无侧限抗压强度的比值比较稳定，不会随着水泥剂量的变化产生波动。4 结论（1）击实方法对水泥稳定碎石最大干密度有一定的影响，振动击实时的最大干密度明显大于重型击实，平均提高0.04g/cm3，增加幅度为2%左右；振动成型对水泥稳定砂岩碎石和水泥稳定石灰岩碎石最大干密度的影响具有一致性，即随着水泥剂量的增高，振动成型对混合料最大干密度提高的比例越大。（2）成型方式几乎不影响混合料最佳含水量，其受到集料吸水率的影响较大，砂岩集料的吸水率较大，导致水泥稳定砂岩碎石的最佳含水量大于水泥稳定石灰岩碎石的最佳含水量。（3）成型方式对水泥稳定砂岩碎石的无侧限抗压强度影响较大，振动成
15、型时混合料的强度均大于静压成型，且由于砂岩自身强度略低，压碎值较高随着水泥剂量的增加，成型方式对其强度影响越显著；水泥稳定石灰岩碎石振动成型时的无侧限（下转第180页）图4 成型方式对水泥稳定砂岩碎石7d无侧限抗压强度的影响居 舍视角研究1802022年12月（中）期开裂情况也就越严重。表3 平板开裂试验结果配合比S1S2S3每条裂缝平均开裂面积/mm23.213.872.3单位面积裂缝数目/条44.4452.7833.33单位面积上总开裂面积/mm2142.71204.4476.671.4 结论通过以上的温度应力实验和平板开裂实验的实验结果，在双掺粉煤灰矿粉混凝土中，在保持掺合料总用量不变的
16、情况下，随着矿粉掺入量的增加和粉煤灰掺入量减少的同时，胶凝材料水化反应加快，混凝土温升较高，早期强度发展较快。当混凝土同时受温升、收缩影响，处于完全约束时，其早期抗裂性能随之提高；而当混凝土主要受收缩影响而强度非常低时，其早期抗裂性能随之降低。参考文献1Gerard B，Marchand J，Influence of cracking on the diffusion properties of cement-based materials，Part ：influence of continuous cracks on the steady-state regime，Cement and Concrete Reseach，2000，30（1）：37-43.2M.Briffaut，F.Benboudjema，J.Torrenti，and G.Nahas，Effects of early-age thermal behaviour on damage risks in massive concrete structures，European Journal of Environmental
