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水泥稳定碎石连铺延时扰动的层间结合特性分析

公路2020年2月第2期

HIGHWAY Fcb. 2020 No. 2

GTCC-086-2018 电气化铁路接触网汇流排-铁路专用产品质量监督抽查检验实施细则中图分类号：U416.21 文献标识码.A

水泥稳定碎石连铺延时扰动的

栗培龙，高朋，王玉果²，蒋修明

【1.长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室西安市710064：2.中交一公局集团有限公司北京市100024】

摘要：为了分析分层连续施 间和层间水泥浆撒布量对层间抗剪强度、抗压强 度和沉降变形的影响。结果表明，在延时间12h内，试件上下层色差较小，随着延迟时间增加，试件上下层分界面 衰迹愈加清晰，界面逐渐有微裂纹产生：在延迟时间12h内 二次扰动对水泥稳定碎石材料的强度和变形影响较 小，超过该延迟时间后水稳碎石试件的强度衰减明显、沉降变形减小；6h延迟时间内，试件抗剪强度受层间水泥浆撤 市量影响较小，超过6h后层间水泥浆的撒布量对抗剪强度的改善作用显著。在水泥稳定碎石基层分层连续施工中， 推荐从下层拌和开始的12h内完成上层结构的施工。 层间水泥浆撒布量建议为1.0kg/m²~1.5kg/m 关键词：水泥稳定碎石：连铺施工；延迟时间；水泥撒布量；层间结合特性

选择P·O42.5缓凝型水泥、石灰岩和二类中 砂作为原材料。3者的各项技术指标如表1表3 所示。拌和水为饮用水。集料级配组成如表4 所示。

1.2连铺试件制备方法

通过振动压实试验（振动时间为90s）确定水泥 用量为4%（以试件的总质量计）时水泥稳定碎石基

40公路2020年第2期表1P·042.5缓凝型水泥的技术指标项目测试结果规范值项目测试结果规范值比表面积/（m²/kg）344≥300氯离子含量/%0. 02≤0.06凝结时间初凝353≥45氧化镁3. 3≤5.0435氧化物含量/%min终凝≤600三氧化硫2. 5≤3.5抗压强度3d21.2>17.03 d3.8>3. 5MPa28 d48. 2≥42.5抗折强度/MPa28 d10. 1≥6.5表 2石灰岩集料的技术指标集料类型试验项目材料规格/mm测试结果规范[13]】值0.075mm通过率/%0~4.7512. 3≤15细集料塑性指数0~4.752. 1≤17压碎值/%9.5~13.220. 1≤269.5~31.510.1≤22粗集料针片状含量/%4. 75~ 9. 514. 2≤220.075mm以下粉尘含量/%0. 4<2表3二类中砂的技术指标项目表观密度/（kg/m²）堆积密度/（kg/cm²）空隙率/%含泥量/%细度模数测试结果26101520401.82.4规范值>2 500≥>1 40044≤3.02.3~3.0表 4集料的级配组成筛孔尺寸/mm31.526.5199.54. 752.360. 60. 075通过率/%10098.280.151.633. 521.810.34. 8层的最佳含水率为4.8%，最大干密度为2测试方法2.41g/cm"。为了分析延时扰动对水稳碎石基层的2. 1层间剪切试验层间黏结状况的影响，根据击实参数分两层振动成通过自制夹具在压力机上对养生后分层成型水型试件，如图1所示。首先，如图1a），采取振动压泥稳定碎石试件进行45°斜剪试验，如图2所示。试实法成型$150mm×h75mm的下层试件；其次，验过程中采集破坏荷载F，并通过式（1)计算抗剪分别延迟0h、3h、6h、9h、12h、24h、72h和168h强度：后在下层试件表面撒布0kg/m、0.5kg/m²、Ft, =(1)1.0kg/m和1.5kg/m的标准稠度水泥浆，见图1V2A（b)；最后，在水泥浆撒布后的下层试件上连接成型式中：t，为抗剪强度，MPa；F为破坏荷载，N；150mm×h75mm的上层试件。试验过程中需A为试件受剪切面积，mm²。控制上下层试件的成型条件完全一致，如图1（c）。以振动成型法成型的圆柱体标准试件尺寸为Φ150mm×h150mm。试件成型后在标准条件下（温度为20℃土2℃，湿度>95%）养生7d，备用。150 mm水泥浆[75mm75 mm75mm(a)下层试件成型(b)撒布水泥浆(c)上层试件成型图2层间剪切试验图1水泥稳定碎石试件的分层成型

抗压强度是水泥稳定碎石的主要指标，也是水 泥稳定碎石基层配合比设计及施工质量控制时的重 要指标。为了分析提出的试件成型方式对基层的无

行无侧限抗压强度试验，试验结果如表5所示，旨在 研究分析不同延迟时间下试件的无侧限抗压强度变 化规律，确定延迟时间极限值

表5不同延迟时间下的无侧限抗压强度

沉降变形试验一定程度上可以反映出试件的压 实度与空隙率变化情况。沉降量的测试方法是从中 间界面分别向试件两端测量，将上下层测量结果相

加即为试件沉降变形后高度，将试验结具 果与150mm 作比较，即可算得不同延迟时间条件下试件的沉降 变形量。试验结果如表6所示，

表 6 不同延迟时间下的沉降量

3.1试件结合状态观测分机

不同延退时间分层成型的水稳碎石试件如图3 所示。

图3不同延识时间下的水稳碎石试件

从图3可以看出，不同延迟时间和水泥浆撤布 量条件下成型的试件上、下层界面结合较为紧密，未 出现不正常裂缝、错位、集料松散的情况，成型的试

件整体性较好，初步验证了一定时间范围内进行分 层连铺施工的可行性。但对于不同的延迟时间，试 件的状态存在差异。延迟时间较短时，层间结合痕 迹较淡，上下层色差较小，试件层间结合紧密，整体 性较好。随着延迟时间的延长，成型试件的层间界 面的结合痕迹较明显，上下层成型的试件凝结硬化 进程差异性增加。当延迟时间超过12h后，试件上 下层间结合面痕迹更加清晰；当延迟时间达到168h 时，试件层间界面有微小裂纹的出现。在实际工程 中，应考虑施工段落的长度和施工效率等因素，合理 确定分层施工延迟时间极限值

3.2延迟时间对抗剪强度的影响

为了减小试验误差，每组试件成型9个平行试 件，通过斜剪试验测试其抗剪强度。试验结果如图 4所示。

图4不同延迟时间下的抗剪强度

从图4可以看出，不同水泥撒布量的水稳碎石 基层的抗剪强度随延迟时间整体上呈现下降的趋 势，下降速度先快后慢，超过12h后抗剪强度下降 趋于平缓。当延迟时间为0h时，即下层成型后立 即进行上层成型，层间界面不显著，上下层连续性较 好，试验抗剪强度最高。不同水泥浆撒布量试件抗 剪强度在延迟时间0～12h内下降程度明显，延迟 时间超过12h后抗剪强度下降幅度趋于平缓。 为了更好地研究水泥稳定碎石试件抗剪强度随 延迟时间的衰减情况，以0h和12h延迟时间下试 牛抗剪强度为基准，不同延迟时间条件下试件的抗 剪强度随延迟时间变化的强度下降速率和U2如 图5所示

图5不同延迟时间抗剪强度下降速率

从图5可知，0kg/m²、0.5kg/m²、1.0kg/m的 水泥浆撒布量的试件抗剪强度在延迟时间0～12h 内下降明显；4种水泥浆撒布量的试件在延迟时间 超过12h后抗剪强度下降趋于平缓。这是因为试 件层间抗剪强度主要与材料自身强度、层间摩擦、黏 结面上集料颗粒的嵌挤作用和水泥浆水化黏结作用 有关。延迟时间越短（尤其是水泥初凝之前），下层 水稳碎石混合料的可塑性越好，上层的集料颗粒越

容易在成型时侵人下层而形成嵌锁结构。当延迟时 间较长时，下层水稳碎石混合料凝结硬化程度增加， 所形成的结构趋于稳定，此时再进行上层成型，上层 集料颗粒很难嵌人已相对稳定的下层，黏结面间的 集料嵌挤作用急剧下降，此时主要靠水泥浆的黏结 作用和层间的摩擦作用提供抗剪强度，由于水泥浆 用量较少，抗剪强度较低。当撤布水泥浆量为 1.5kg/m²时，在延迟时间0~12h内抗剪强度下降 速率会随延迟时间有增加趋势，即层间水泥浆的撒 布量会对试件抗剪强度产生影响，其发展趋势和水

3.3水泥浆撒布量对抗剪强度的影响

为了更好地分析水泥浆撒布量对抗剪强度的影 响，提出随水泥浆撒布量变化的抗剪强度增长率 R.M，并通过式（2）计算。

式中：R.M为抗剪强度的增长率，%；tM为水泥 浆撒布量为Mkg/m时抗剪强度，MPa；t。为水泥 浆撒布量为0kg/m²时抗剪强度，MPa。 不同水泥浆撒布量下抗剪强度增长率结果如图 6所示。

不同水泥浆撤布量下抗剪强度增长率 随延迟时间的变化曲线

从图6可知，在同一延迟时间下，不撒布水泥浆 的基层试件抗剪强度最小，即撒布水泥浆可以增加 昙间的抗剪强度。随着水泥浆撒布量的增加，试件 抗剪强度随之增加，同时，随着层间水泥浆撒布量的 曾加，试件抗剪强度增长迅速，延迟时间0～12h 内，在0.5kg/m²、1.0kg/m²和1.5kg/m²水泥浆撒 布量条件下成型试件的抗剪强度增长率分别为 82.3%、103.1%和124.3%。建议分层连铺施工时 层间水泥浆撒布量控制在1.0~1.5kg/m²之间。

考虑到实际施工与经济效益，本研究后续采用 1.0kg/m水泥浆撒布量。

采用层间水泥浆撒布量为1.0kg/m成型的试 件，分别测试不同延迟时间成型试件的7d无侧限 抗压强度和沉降变形量，结果如图7所示。

CBDA 25-2018-T 幼儿园室内装饰装修技术规程无侧限抗压 强度与沉降压缩量关系曲线

从图7中可知，在延迟时间0～12h内，二次扰 动试件7d无侧限抗压强度随着延迟时间的延长以 校小的衰减速率降低；当延迟时间超过12h后，试 件7d无侧限抗压强度在0h未二次扰动试件无侧 限抗压强度（12.0MPa）附近波动。随着延迟时间 的延长，沉降变形量总体呈下降趋势。在0～12h 延迟时间内，沉降变形较快，尤其在6～9h延迟时 间内沉降变形速率最快。当延迟时间超过12h后 沉降变形速率减缓且沉降量已经很小。 在0～6h延迟时间内，由于下层水稳碎石试件 尚处在初凝阶段，试件材料的可塑性较高，进行上层 试件成型的二次扰动会加强下层试件的压实效果， 试件整体沉降量较大，但上下层试件整体更加密实， 抗压强度最大。在6～9h延迟时间内，下层试件材 料处于初凝与终凝之间阶段，试件内部流动水分大 大减少，经二次扰动后，下层试件细料充分与粗料填 充而形成骨架结构，沉降变形速率最大。当延迟时 间超过12h后，下层水稳碎石粒料已经终凝完成， 刚度处于较高水平，此时再进行上层施工成型，二次 动不仅无法加强下层试件压实度，还可能会破坏 下层粒料与浆体的黏结与嵌挤作用。 进行了试件0168h延迟时间内的沉降变形

量与力学强度的关系分析，结果如图8所示。延迟 施工水泥稳定碎石的力学强度指标（无侧限抗压强 度、抗剪强度)与沉降变形的线性相关性较好。

GB/T 41911-2022 家用和类似用途的工频过电压保护电器（POP）亢降变形量与力学强度的关

（1)由水稳碎右试件的外观结合状态分析发现， 延迟时间越短，所成型试件的整体性越好。 （2）二次施工延迟时间较短时（下层水泥初凝之 前），嵌挤作用占主导地位；随着时间的延长水泥浆 撒布量的作用逐渐突出，在延迟时间12h影响度达 到最大；延迟时间继续延长，界面之间的摩擦作用逐 渐占据主导地位。推荐水泥稳定碎石连铺施工极限 延迟时间为12h。 （3)层间水泥浆的撒布，使得水泥稳定碎石基层 层间黏结性能增强，水泥浆水化后黏结强度有效补 充了因下层材料硬化而降低的层间嵌挤力。水泥浆 撒布量在1.0kg/m²~1.5kg/m范围内，对试件的 抗剪强度提升较大。同时综合考虑到施工质量与经 济性因素，可以采用1.0kg/m²的层间水泥浆撒 布量。

2.CCCC First HighwayEn 100024.China