烟台市莱山区公路管理局
摘要：文章通过室内试验对DHT土凝岩稳定材料抗冲刷及抗开裂性能进行了研究，并与相应的水泥稳定材料进行了对比分析。研究结果表明，DHT土凝岩稳定材料具有良好的抗冲刷及抗开裂性能。
关键词：DHT土凝岩；抗冲刷性能；温缩；干缩；对比分析
1.引言
随着人类文明的发展，绿色交通已成为科技发展的趋势。应用工业废弃物，变废为宝已经成为现代工业的时尚，也是绿色交通发展的重要组成部分。DHT土凝岩主要成分是赤泥、粉煤灰、钢渣、煤矸石等固体废弃物。DHT土凝岩具有使用方便、施工工艺简单的特点，同时可替代大量的石灰、水泥、粉煤灰等传统筑路材料，大大节约了材料成本，并且起到了对自然资源的保护作用。近二十年，我国公路快速发展，重载、超载车辆比例不断增加，加快了路面的破坏。工程实践表明，大多数基层的破坏并不是承载能力不足造成的，抗冲刷及抗开裂性能差是主要因素之一。本研究通过室内试验对DHT土凝岩稳定材料的抗冲刷性能进行了研究，并与水泥稳定材料进行了对比分析。
2.抗冲刷性能试验研究
2.1试验方案
抗冲刷试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）T 0860-2009方法进行。本试验借助于MTS万能试验平台提供一个自上而下的冲击力来模拟行车荷载对路面的作用。把准备好的试件放入冲刷桶内，用夹具将试件固定于冲刷桶的底面（为保护试件免受夹具的损伤，在试件与钢夹之间沿着径向垫上一层胶皮垫），然后将装有试件的冲刷桶固定在试验机上并向冲刷桶中注入清水，水面应高于试件顶面5mm。在试件上垫上有纵横竖向孔的橡皮垫。然后调整好试验机的施力状态，冲击力峰值为0.5MPa，冲刷频率为10Hz，冲刷时间为1800秒。抗冲刷性能优劣以冲刷质量损失来表征，见下式：
P=（mf / m0）×100
式中：P—冲刷质量损失；mf—冲刷物质量；m0—试件质量
2.2试验结果与分析
（1）抗冲刷试验结果
稳定材料冲刷试验结果见表1，各类稳定材料抗冲刷能力对比见图3。
图3 各类稳定材料抗冲刷质量损失（%）
（2）抗冲刷试验结果分析
由以上稳定材料冲刷试验结果可以得出以下结论：
土凝岩稳定粘土抗冲刷性能最好，土凝岩稳定风化砂的抗冲刷能力最差。土凝岩稳定风化砂抗冲刷能力弱主要是因为其试件表面比稳定土试件表面构造深度大，局部受水冲击力变大，冲刷质量损失变大。又因为土凝岩稳定风化砂相对稳定碎石细集料含量高的多，因此冲刷质量损失也会变大；稳定粘土抗冲刷能力强，主要是因为其强度较高，对粒料的约束能力强。无侧限抗压强度相当的稳定细粒土和稳定碎石，前者强度主要由粒料间的粘结力提供，颗粒之间的摩阻力起了辅助作用，因此粒料之间的粘结力较强；而后者恰恰相反，其强度主要来源于集料之间的摩阻力，集料之间的粘结力起了辅助作用。因此在同样强度条件下，稳定土对颗粒的约束要强于稳定碎石，所以抗冲刷能力也会强一些；土凝岩稳定碎石之所以比水泥稳定碎石抗冲刷能力强，主要是因其为28d龄期强度比较高，对细集料的约束能力更强。总之，稳定材料抗冲刷能力的强弱，其实就是对细粒料约束能力的强弱。
3.温缩、干缩性能试验研究
3.1试验方案
干缩应变和干缩系数，是干燥收缩性能的两个评价指标。为了了解稳定土（碎石）的干燥收缩性能，在其最大干密度和最佳含水率的基础上，分别按 97%，98%的压实标准，利用静力压实法制备小梁（5cm×5cm×20 cm）或中梁（10cm×10cm×40 cm）试件，标准养生7d，最后1d浸水，生到期后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ E51-2009）中无机结合料稳定材料干缩试验方法进行试验，测定稳定土的干燥收缩性能。试验中，每种稳定土试件分为两组，一组用于测量收缩变形，一组用于测量干缩失水率。
温度收缩同干燥收缩类似，它是稳定土在含水量不变（干燥）状态下由于温度变化而引起的，通常是以温缩应变和温缩系数两个指标来衡量。为了考察稳定土的温度收缩性能，在其最大干密度和最佳含水率的基础上分别按 97%，98%的压实标准，利用静力压实法制备小梁（5cm×5cm×20 cm）或中梁（10cm×10cm×40 cm）试件，标准养生7d，最后1d泡水，到期后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ E51-2009）中无机结合料稳定材料温缩试验方法（仪表法）进行试验，测定稳定土的温度收缩性能。
3.2 试验结果与分析
半刚性基层开裂是由其干燥收缩、温度收缩以及疲劳荷载作用产生，而疲劳荷载作用是次要的，主要因素是干燥收缩和温度收缩。而干燥失水、温度影响基层的规律，与材料组成以及结构关系密切。本试验目的在于对比分析土凝岩稳定材料与水泥稳定材料在干缩、温缩方面的差异，以判断其抗裂性能的优劣。
（1）试验结果
干缩、温缩试验结果见表2，表3。
（2）试验结果分析
由于水泥稳定细粒土不用于高等级公路的基层，因此以前的水泥稳定土强度较本课题所研究的土凝岩稳定土基层强度低一些，如果水泥稳定土要达到相当的高等级公路基层强度，水泥掺量应该有较大提高，因此干缩、温缩系数会更大。从试验结果及已有文献相关数据可以得出以下结论：
土凝岩稳定粘土干缩系数比水泥稳定土小得多，接近水泥稳定碎石的水平；在7d无侧限抗压强度相当的条件下，土凝岩稳定风化砂、碎石的干缩系数均较水泥稳定风化砂、碎石有明显减小；根据文献《公路工程混合料配合比设计与试验技术手册》中水泥土给出的温缩系数（＜-5℃）为（7.3-50.6）×10-6/℃，王加龙等人在《无机结合料和固化剂稳定粉土收缩性能研究》一文中给出的5%的水泥土温缩系数（＞5℃）为51.6×10-6/℃，而且研究认为从降温开始温缩系数曲线呈现波浪形变化并在-5℃时达到温缩系数的最小值。本课题，土凝岩稳定土温缩系数是在＞5℃条件下测定的，在同等强度条件下，土凝岩稳定土温缩系数要明显小于水泥稳定土。这也说明土凝岩稳定材料较同类水泥稳定材料具有更好的抗温缩性能；土凝岩稳定材料较水泥稳定材料具有更好的抗开裂性能。
4.结论及建议
（1）DHT土凝岩稳定材料抗冲刷性能优于相应的水泥稳定材料。
（2）DHT土凝岩稳定材料干缩性能明显优于相应的水泥稳定材料。
（3）DHT土凝岩稳定细粒土温缩性能明显由于水泥稳定土。
（4）DHT土凝岩稳定材料具有良好的抗冲刷及抗开裂性能。
参考文献
[1].张鹏.高等级公路半刚性基层材料的抗裂性能研究[D].大连理工大学，2007.
[2].朱唐亮，谈至明.半刚性基层材料抗冲刷性能影响因素研究[J].公路交通科技，2014，31（11）：41-46.
[3].白雪.水泥稳定碎石基层抗裂性综合评价体系研究[D].重庆交通大学，2013.
论文作者:许英杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/8
标签：稳定论文; 材料论文; 性能论文; 水泥论文; 碎石论文; 系数论文; 基层论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;