水泥稳定碎石基层及掺柔性纤维的抗裂性能研究

在水泥稳定碎石基层材料中掺入柔性纤维，有两方面作用：1)

度高和承载力大等优点，在我国广泛运用在高等级公路基层上％但

是采用该半刚性基层的高等级公路普遍存在早期破坏的现象，由于 水泥稳定碎石为脆性材料，其抗变形能力低导致抗裂性能差，在温

降低材料内和外部湿度、温度的差值，提高材料的变形能力；2)

对半刚性材料本身有改善阻裂增韧作用$减少塑性收缩产生的微裂

缝，降低材料的应力敏感性％因此柔性纤维可改善水泥稳定碎石基

层材料抗裂性能⑴％度、湿度骤变的情况下产生较大的收缩变形导致基层开裂，进而形

成反射裂缝导致路面出现各种病害，影响路面的长期使用性能％目

前，存在道路交通量和车辆轴重逐步加剧的趋势，现阶段仅将强度

为半刚性基层的 能 工程 $ 半刚性材料于 性 水泥稳定碎石材料$ 水泥稳定碎石抗裂评价机理$采用干缩耗能系数和温缩耗能系数两个评价指标对水泥

稳定碎石基层材料的抗裂性能进行评价⑴％2基层抗裂试验设计的抗裂性能也应作为重要设计指标％聚丙烯纤维是低弹性模量柔性纤维，其弹性模量约为水泥混凝

土的1/10⑴，该纤维可有效的改善半刚性材料的抗裂性能％本文在

2. 1 材料的物理性质2. 1. 1原材料物理性质研究水泥稳定碎石材料抗裂性能研究的基础上，考虑添加柔性纤维水泥稳定碎石基层材料抗裂性能$ 性 抗裂 $ 为后续研究提供参考％1半刚性基层材料及柔性纤维改善材料抗裂性能评价指标水泥选用0 0 42. 5R早强普通硅酸盐水泥，柔性纤维选用聚

丙烯纤维，集料选用花岗岩破碎卵石，材料技术指标见表1~3%表1 P. 0 42. 5R早强普通硅酸盐水泥技术指标强度等级筛余量(80 !m)/%初凝时间终凝时间/min抗压强度(3d)/MPa弯拉强度(3d)/MPa1. 1 现有评价指标/min

安定性现阶段在结构破坏过程中由于断裂力学和损伤力学理论分析比 较复杂％现有半刚性基层材料抗裂性能评价指标主要有温缩系数、

干缩系数、干缩抗裂系数、温缩抗裂系数、最大干缩应变、极限抗

42. 5R7.214519627.35.9合格拉强度、极限拉应变或极限抗拉能量等⑵％表2聚丙烯纤维技术指标密度直径 / jxm但是存在问题$温缩系数、干缩系数在考虑材料对温度、湿度

变化导致收缩性的基础上，未考虑到抗收缩性；干缩抗裂系数、温

弹性模量/MPa3850抗拉强度断裂延伸率/%20八、=.m3 )0.90/MPa2抗酸碱性熔点缩抗裂系数能较全面考虑材料的力学性能、温缩或干缩应变，和考

虑材料针对温度和湿度改变的收缩性和抗收缩性，但在温缩系数、

干缩系数基础上没有很好结合应变和应力⑶%1. 2 柔性纤维改善水泥稳定碎石材料抗裂性能评价机理及评价指标32好165表3集料技术指标表观密度影响抗裂性能的半刚性基层材料因素主要有材料的强度、收

缩、疲劳特性等％研究表明，当材料因温度和湿度改变而导致的变

粒径mm吸水率%0. 15压碎值针片状含量含泥量=cm3%%9.6%1.2形超过材料的极限应变，使基层收缩开裂导致结构丧失整体性％基

0 4 26.52.6915.2于干缩系数、温缩系数、干缩抗裂系数、温缩抗裂系数、干缩能抗 裂 和温 能抗裂 等 裂 $ 半刚性基层材料抗裂性能不足是材料有的收缩开裂和应力敏感性的问题％柔性纤维可有

2.1.2 料物 性质本研究采用水泥稳定碎石和掺柔性纤维的水泥稳定碎石％其中

混合料水泥掺量4・00%,压实度98%,集料级配如表4%柔性纤

半刚性材料的抗裂性能$ 高水泥稳定碎石的抗裂 变能$

减少水泥稳定碎石的应力敏感性⑴％维改善水泥稳定碎石基层材料选用水泥稳定碎石基层材料配合比, 聚丙烯纤维掺入量为0. 10% (体积份数)，纤维长度为3cm%作者简介：吕昊文(1994-),男，在读研究生，重庆交通大学，研究方向：路基路面工程。1CHEMICAL AND MATERIALS化工与材料表4集料级配分计筛余0 4 2.362.36 - 4.754.75 - 9.59.5 - 13.213.2 - 1919 - 26.5百分比22.0%13.0%18.0%15.5%13.50%18.0%开展试验前，首先采用击实试验测出各混合料的最佳含水量和

最大干密度， 型试件开展7d无侧限抗压强度试验， 如

表5%表5柔性纤维改善水泥稳定碎石材料技术指标水泥掺量纤维掺量最大干密度编号最佳含水

7 d无侧限抗 /%/%=cm3 *

率%压强度/MPaA-004.000.0022704.265. 12B-104.000. 10227.355. 15试验数据所示如表5$水泥稳定碎石材料满足规范对半刚性基

层材料的强度要求；并且掺入

水泥稳定碎石材料的最大干密度、最佳含水率影响较小且7d无侧限抗压强度近似，子

性

的掺入

响水泥稳定碎石材料的工作性，此配

规范中半刚性基层材料的强度

％2. 2试件制备依据混合料技术指标，设计制备圆柱体劈裂试件和收缩试验试

件，其尺寸分别为① 150mm X 150mm 和 400mrn X 100mm X 100mmo

试件成型后养护25d后可开展试验％2. 3 抗裂测试试验通过试验确定水泥稳定碎石标准试件和柔性纤维改善水泥稳定

碎石标准试件的劈裂强度、劈裂量、

变和含水率改变量，性 水泥稳定碎石抗裂性能的

％2.3.1

测试干缩测试，对400mm X 100mm X 100mm小梁试件采用电测法测

量在一定失水率下的干燥收缩性能，试验温度为20?±3?$湿度

为 60% ±5%%温缩测试，对400mm X 100mm X 100mm小梁试件采用应变片电

测法测量在一定温度变化幅度下的收缩性能，温 试验温度范 制在 -20? ~40?%2.3.2

裂强度和 量测试选用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51 -

2009)测试方法$试验MTS伺服试验机精确控制加载％3试验结果分析3. 1 试验结果试验结果见表6:表6试验结果劈裂强劈裂模最大失水最大温最大干缩最大温缩编号度 cMPa量 cEPa率 c%差应变/10-6应变/10-6A-000.658.223.4260149598B-100.696.714. 17601224363. 2 柔性纤维改善水泥稳定碎石抗裂性能评价6$在水泥稳定碎石中掺入柔性

$该材料干缩2应变下降18. 1%$温缩应变下降27. 1%，劈裂强度提高6. 2%$

劈裂模量降低18. 4%%由此 看出$ 和 能抗裂系水泥稳定碎石基层材料的 抗裂性能$ 且采用

能抗裂 面衡量其抗裂性能％据此，本试验采用干缩耗能

、温耗能系数评价水泥稳定碎石基层的抗裂性能⑴％随着 的掺入， 耗能 、温耗

能

下降，因此 性 有 水泥稳定碎石抗收能力和抗裂纹扩张的能力％4结论本文通过分析水泥稳定碎石材料和掺加柔性纤维改善材料的抗

裂性能机理$依据

耗能 、温缩耗能 两个 $通展室内抗裂性能试验，有 下 ：(1)

于半刚性基层材料的抗裂性和温缩抗裂性$水泥稳定碎

石存在一定抗裂性能但是较差％(2) 由于柔性纤维的阻裂作用，掺入柔性纤维可有效改善水泥

稳定碎石的抗裂性能%(3)

耗能 &温缩耗能系数评价方法能较好的评价半刚性基层材料的抗裂性$ 用于 定量 性

水泥稳定碎石抗裂性%参考文献：[1] 何小兵，申强.柔性纤维增强水泥稳定碎石抗裂性评价方法

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