固化剂在水泥灰土稳定砂基层中的应用
                      马清文,乐金朝
           (郑州大学交通运输工程系,河南　郑州　450002)
 摘要:为了减小水泥灰土稳定砂基层材料收缩变形量,增强其抗裂能力,对水泥灰土稳定砂 材料的配比进行了研究,掺加了适量固化剂。通过对比研究掺加固化剂水泥土稳定砂和普通水泥 灰土稳定砂各龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量和干缩系数等路用性能指标,认 为固化剂能够显著改善水泥灰土稳定砂材料的路用性能。最后,通过电镜扫描和能谱分析方法, 对其微观结构和粘结方式进行研究,进一步验证了掺加固化剂的水泥土稳定砂基层路用性能的优 越性。
关键词:路基基层;水泥灰土稳定砂;固化剂;抗裂性
1　原材料性质及试验方法
1·1　原材料性质
本研究水泥选用河南省同力水泥有限公司标号为 32·5的普遍硅酸盐水泥,其具体技术指标见表1所 示。石灰选用的为当地生产的消石灰,其具体技术指 标见表2所示。


如图1所示,试验用土为新县东双河公路段开采 的低液限粘土;河砂的细度磨数为3·28,级配差, 孔隙率较大(比中、粗砂大10% ~15% ),总表面积 比中、粗砂大两倍,含泥量也较高。砂的颗粒分析见 图2。

本研究固化剂选用的土壤固化剂分为两种:路丰 1号(固体)和VS-100 (液体)土壤固化剂。路丰 1号以硅酸盐水泥及其他活性材料为成分外,配入各 种激发剂、保水剂和高分子聚合材料。VS-100 (液 体)土壤固化剂通过化学反应和物理反应,改变土壤 的电层和分子结构,它的分子链为三百分子一。呈十 字状,从而增强土壤的板结,提高承载力和水稳定 性。具有减少干缩裂缝、后期强度大的特点。
 
1·2　试验方法
1·2·1　试验配比
本研究对比分析了原方案即水泥灰土稳定砂、掺 固化剂水泥土稳定砂方案的路用性能。
(1)水泥灰土稳定砂的混合料组成为:水泥∶ 石灰∶土∶砂=6∶4∶26∶64。
(2)液体固化剂
在原信阳最佳配合比的基础上,每立方混合料掺 加0·7 kg液体固化剂,即0·7 kg/m3,液体固化剂在 混合料中的含量为0·034%。试验配合比取为水泥∶ 土壤固化剂∶土∶河砂配合比配合比为:①5∶ 0·034∶27·4∶67·6;②6∶0·034∶27∶67;③4 ∶0·034∶28∶68。
(3)粉状固化剂
本试验使用固态固化剂的配合比为水泥∶土壤 固化剂∶土∶河砂配合比为:①3∶5∶27∶65; ②3∶6∶26∶65;③4∶6∶26∶64。
1·2·2　试验方法
击实试验、无侧限抗压强度试验、劈裂试验、抗 压回弹模量试验均按照《公路工程无机结合料稳定 试验规程》(JTJ 057—94)的规定进行,试验所用试 件均按最大干密度95%成型,并按规程标准养生。 其中抗压回弹模量试验采用承载板法。
由于半刚性基层材料的干缩试验目前还没有统一 的试验规程。为此,本研究设计采用智能弦式数码应 变计测定材料的干燥收缩,并给出了相应测试方法。 本研究设计的干燥收缩仪器由四个部分组成,分别 是:智能弦式数码应变计、表架、10 cm×10 cm× 0·5 cm的玻璃片及垫块组成,具体见照片1所示。 试验步骤:每组成型三根40 mm×40 mm×160 mm 小梁试件,静压成型,标准养护7 d后,将试件竖立 在垫块的玻璃片上,再取一块同样的玻璃片盖在试件 的另一端,然后将表架上装有智能弦式数码应变计测 头放在玻璃片的中心,将智能弦式数码应变计归零, 而后每过24个小时读数一次。图3为干燥收缩试验 示意图。
 
 
2　试验结果及分析
2·1　击实试验及强度试验结果及分析 水泥灰土稳定砂击实试验及不同龄期的抗压强 度、劈裂强度试验结果见表3。由图4可知,在水泥 用量要小的多的情况下,掺粉体固化剂的配比方案7 d、28 d、60 d的无侧限抗压强度均比原方案要大, 且后期强度仍有不小的增长,而原方案的后期强度增 加则不明显;掺液体固化剂三种方案的不同龄期的抗 压强度均小于原方案的抗压强度。
由图5可知,掺粉体固化剂的方案其劈裂强度较 大,满足基层强度要求的G-3方案与原方案相比28 d天劈裂强度增长了40%, 60 d劈裂强度增长32%, 满足底基层强度要求的G-1方案与原方案相比28 d 劈裂强度增长了23%, 60 d劈裂强度增长16%;掺 液体固化剂的28 d劈裂强度均比原方案较小,只有 G-5和G-6方案的60 d劈裂强度比原方案较大, 但增幅有限。所以,确定G-1和G-3是适用于该 地区处理基层裂缝问题的材料配比方案。

2·2　模量试验结果及分析
刚度是材料变形对外力的敏感程度,能一定程度 上反映半刚性材料的抗裂性。选择原方案和G-1、 G-3方案三种配比进行28 d和60 d抗压回弹模量试 验。试验数据见表4。

原方案的回弹模量为1 324MPa,掺固化剂的回 弹模量为1 434MPa,添加固化剂的回弹模量只有不 加固化剂的108·3%。
2·3　收缩试验
选择原方案、G-1和G-3三种配比进行收缩 试验,试验结果见图6。有图6可知,前六天该三种 方案干缩量均急剧增大,在六天后均趋于稳定。与原 方案相比, G-1和G-3两种配比的最大干缩量均 小,大约小37%。由此可知,掺固化剂的水泥灰土 稳定砂干缩性能较好。

3　抗裂机理分析
在半刚性复合材料中,固化剂的作用是加筋、并 承受荷载,基体的作用既承受荷载、提供强度,又保 护和固定固化剂。在固化剂端头部分,以界面剪切的 方式向固化剂传递荷载,特别是对于随机取向的短固 化剂来讲,这种以界面剪切方式向固化剂传递荷载的 方式就更为重要。养护60 d进行了电镜扫描,电镜 照片如图7所示。对胶结界面做了能潽分析,如图8 所示。


参考文献
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