水泥稳定粒料集料级配干缩性能研究

水泥稳定粒料集料级配干缩性能研究

廖公云 黄晓明

东南大学交通学院

摘 要：在路面的使用过程中，水泥稳定粒料基层弹性变形较小，使用年限长，承载能力高。但缺点是其抗变形能力低，在温度或湿度变化时容易发生收缩开裂。除了水泥剂量、含泥量和施工控制等因素外，集料级配是影响水泥稳定粒料基层收缩特性的重要因素。水泥稳定粒料级配干缩性能研究主要包括：（1）在一定的温度和湿度作用下，小梁干缩参数（失水率、干缩应变）随时间的变化规律；（2）小梁干缩应变、平均干缩系数随失水率、集料级配的变化规律。

关键词：水泥稳定粒料；级配；干缩；干缩应变

降低水泥稳定粒料的干缩裂缝，对提高半刚性沥青路面的使用寿命至关重要。水泥稳定粒料中的集料级配不仅影响水泥稳定粒料的强度、稳定性和施工特性，而且影响水泥稳定粒料混合料的干缩性能。本次试验详细考虑了水泥稳定粒料中集料的各种级配情况，研究了不同级配和控制性粒径对干缩性能的影响。为了便于分析比较，把《公路沥青路面设计规范》

[1]中基层集料级配上、下限同时考虑在内。

1 小梁干缩试验

本次试验分5种情况考虑集料级配：26.5mm 部分、细料（

表1着重强调了集料级配中孔径为26.5mm 、4.75mm 、2.36mm 、0.075mm 部分的要求，但这并不是说，其他孔径的粒料作用不大。只有各种粒径的集料按照合理的比例组合起来，即组成一个较合理的级配，才能获得水泥稳定粒料的整体强度和稳定性。

为了尽量提高试验精度，减少级配偏差，对石灰岩石料采用逐级筛分法，即先剔除石料中粒径大于31.5mm （方孔筛）的石料，再分别用孔径为26.5、19、9.5、4.75、2.36、0.6、0.075mm 的标准筛筛分。试验中各种混合料级配按各孔径逐级配料。

2 失水率、干缩应变随时间的变化

以各种混合料的最佳含水量W 0与最大干密度y o 制作12种小梁试件（试件尺寸均为5c m × 5cm ×24cm ），在标准养护室内养护7天后，置于自然状态用千分表测量其干缩量[3]。

小梁的干缩是在失水的前提下发生的，图2是小梁失水率随时间的变化规律，图中失水率l 对应于集料级配为A 1的混合料失水率，以此类推。

图2 小梁失水率随时间的变化

从图2可知：

（1）小梁失水开始很快，在l-2天内，失水量几乎可以达到小梁失水总量的60%-80％；随着时间的推移，失水量逐渐减小，直到最后趋近于零。

（2）在规范范围内，小梁的级配对失水率影响较大，特别是当小梁中含有较多细料时，失水率较大，如A 12。

利用所测得的试件干缩量和相应的水分蒸发损失量，可以计算试件的干缩应变和平均干缩系数，计算公式如下：

式中，E d 为小梁的干缩应变（×10-6）；A d 为小梁的平均干缩系数（×10-6）；L 为小

梁的长度，240mm ；Δι为含水量损失Δω时，小梁的整体收缩量，0.001mm 。

运用公式（2），可得12种小梁试件自然干缩应变随时间的变化规律，见图3。图中应变1对应于集料级配为A 1的混合料干缩应变，以此类推。

图3 小梁干缩应变随时间的变化

从图3可以得出：

（1）混合料A 2的最大干缩应变约为A 11、A 12两者之和的一半；A 11中，由于粗料很多而细料较少，干缩应变很小；相反，A 12的干缩应变最大，最大干缩应变达到了A 11的2倍以上。

（2）26.5mm 集料对小梁的干缩应变影响较大。图中混合料A 2、A 3干缩应变相差不多，主要是由于试验中集料尺寸较大而小梁试件尺寸相对较小引起的。

（3）控制4.75、2.36、0.075mm 集料通过率改善小梁收缩应变的效果非常明显。A 4或者A 5的干缩应变只有A 2的1/2~1/3，而且随着时间的增加，这种差别越明显。

（4）从A 2、A 6、A 7的干缩应变曲线知，单单增加或减少

（5）混合料离析对混合料干缩应变影响很大。对于A 8而言，由于粗多细更多，其干缩应变值较大；A 9粗多细少、A 10粗少细较多，其干缩应变值较A 2降低较多，但两者抗压强度远远不能满足规范要求。

3 干缩分析

（1）失水率与干缩应变关系

经过小梁干缩数据整理，可得12种小梁失水率与干缩应变关系，见图4（a ）。

图4 小梁干缩分析图

小梁干缩应变与失水率存在一定的关系，运用回归分析方法，可得12种拟合曲线。为了节省篇幅，仅列出几种级配小梁的拟合曲线，见表2。

干缩应变与失水率拟合曲线 表2

注：E d 为小梁的干缩应变（×10-6）；S 为小梁失水率（%）。

小梁干缩应变与失水率大体上符合乘幂关系，或者符合指数关系。从其相关系数来看，曲线拟合程度很高，即使是综合了12种小梁的A 的相关系数也达到0.7174。

（2）失水率与平均干缩系数关系

小梁失水率与平均干缩系数具有上述类似的关系，见图4（b ）。几种小梁平均干缩系数与失水率关系的拟合曲线见表3。

平均干缩应变与失水率拟合曲线 表3

注：A d 为小梁的平均干缩应变系数（×10-6）；S 为小梁失水率（%）。

类似于失水率和干缩应变的关系，失水率与平均干缩系数大多呈指数或乘幂关系。 4 结论

从前面试验数据的分析可知，集料的级配是影响水泥稳定粒料干缩性能的重要因素。 为了有效地降低水泥稳定粒料的干缩裂缝，要控制好4.75、2.36、0.075mm 这几级细料，尽量保证集料级配在规范中值附近，推荐采用本文中A 4或者A 5的级配。

在施工生产中，要加强集料级配的控制，保证混合料生产连续、均匀进行。同时，协调好混合料拌和、运输、摊铺和碾压工作，并加强水泥稳定粒料基层养生。

（摘自：公路交通科技，2002.12）