張 澄

（江蘇現(xiàn)代路橋有限責任公司， 江蘇 南京 210046）

1 概述

混合料的抗裂性能體現(xiàn)在半剛性基層水泥穩(wěn)定混合料的干縮性能和溫縮性能，影響路面的長期使用性能，是半剛性基層路面早期破壞的主要原因之一。對再生混合料而言，為了達到抗壓強度要求和彌補變形能力的不足，水泥劑量往往達到 5%甚至更高；研究表明[1]，混合料隨著水泥摻量越高，其抗裂性能越低，混合料容易產(chǎn)生溫縮裂縫。失水引起的干縮應(yīng)變在基層施工完成后達到最大，而基層收縮裂縫在面層鋪筑后良好密水的情況下主要表現(xiàn)為溫縮裂縫。再生混合料水泥摻量越大，則溫縮裂縫問題越突出。因此，本文基于電阻應(yīng)變片測試的方法，采用3.5%、4.0%和5.0%水泥劑量三組舊料再生混合料與4%水泥劑量的新料混合料，對混合料溫縮抗裂性能進行對比研究，以此改善冷再生混合料溫縮性能。

2 試驗方案設(shè)計

應(yīng)變片電測法是根據(jù)試件受力變形時，粘貼在被測試件上的應(yīng)變片的電阻改變率與應(yīng)變成正比，通過應(yīng)變片電阻值的改變量經(jīng)過放大處理后換算為試件應(yīng)變值。

溫縮試驗裝置為高低溫交變環(huán)境箱，試驗條件為55℃至-25℃逐級降溫，幅度為-10℃，降溫速率為1℃/min，降溫后恒溫120min；試件養(yǎng)護齡期為28d，每組3個平行試件；粘貼應(yīng)變片前在105℃條件下烘干12h，以此排水水分散失引起的收縮現(xiàn)象；應(yīng)變片接線后在55℃恒溫3h進入設(shè)定的溫度變化曲線，同時開始數(shù)據(jù)采集。恒溫結(jié)束前采集的數(shù)據(jù)作為該段溫縮應(yīng)變，直至全部完成試驗數(shù)據(jù)采集[2]。

圖1 溫縮試驗降溫曲線

混合料抗溫縮性能一般用溫縮系數(shù)來表示。溫縮系數(shù)αt定義為：溫度T（℃）改變所引起的材料收縮的單位應(yīng)變值，單位10-6/℃。

式中，△t為溫度變化值；△ε為對應(yīng)于△t時應(yīng)變的變化值，應(yīng)變變化值（μ ε），αs為溫度補償片的線膨脹系數(shù)（本文采用石英標準補償片αs為0.52με/℃）。

3 溫縮應(yīng)變規(guī)律分析

本節(jié)對4種混合料（舊料再生混合料：3.5%、4.0%、5.0%，新料：4.0%）進行溫縮試驗，分析水泥劑量、新舊料對混合料溫縮應(yīng)變、溫縮系數(shù)的影響。

（1）溫縮應(yīng)變隨試驗時間變化情況

試件先恒溫3小時，之后每一溫度段恒溫2小時，由上一溫度段到下一溫度段降溫時間為10分鐘，即降溫速率為1℃/min。本次試驗數(shù)據(jù)采集頻率為10min/次，當水泥用量為4.0%條件下，新舊混合料溫縮應(yīng)變隨試驗時間的變化規(guī)律如圖2所示。

由圖 2可知，隨著時間的增加，溫縮應(yīng)變總趨勢不斷增加；且舊料溫縮應(yīng)變明顯高于新料溫縮應(yīng)變；在溫度段降溫時間內(nèi)，溫縮應(yīng)變迅速增大，直至降溫結(jié)束后一小段時間內(nèi)達到最大值；在溫度段恒溫時間內(nèi)溫縮應(yīng)變逐漸減小，減小幅度隨著時間增加逐漸減小，直至趨于相對穩(wěn)定[3]。

圖2 新舊混合料溫縮應(yīng)變隨試驗時間變化

降溫階段混合料表面溫度迅速降低產(chǎn)生收縮應(yīng)變，恒溫階段試件表面與內(nèi)部因溫度差形成溫度梯度而產(chǎn)生附件溫度應(yīng)力，在試件表面形成附件拉應(yīng)變；隨著恒溫時間增加溫度梯度消失，試件表面拉應(yīng)變逐漸減少直到穩(wěn)定于真實的收縮應(yīng)變值[4]。因此，在大幅降溫時路面內(nèi)部易形成較大溫度梯度，在路表產(chǎn)生附加拉應(yīng)力導致裂縫產(chǎn)生。

（2）溫縮應(yīng)變隨溫度變化情況

各溫度段以降溫前的應(yīng)變讀數(shù)作為上一次降溫的最大溫縮應(yīng)變，則溫縮應(yīng)變隨溫度變化情況如圖3所示。

圖3 新舊混合料溫縮應(yīng)變隨溫度變化

由圖 3可得，溫縮應(yīng)變隨著溫度降低逐漸增加，舊料混合料的溫縮應(yīng)變對溫度降低的增長速率高于新料混合料的增長速率，這是因為，舊料混合料為二灰碎石基層銑刨料的冷再生混合料，隨著溫度的下降，舊料中石灰與混合料試件內(nèi)部各顆粒產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力，表現(xiàn)為具有較大的溫度收縮系數(shù)[5]。

通過對溫縮應(yīng)變與溫度的相關(guān)性進行分析如表 1所示，可知溫縮應(yīng)變與溫度符合二次函數(shù)關(guān)系，有很高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在99%以上。

表1 溫縮應(yīng)變與溫度的相關(guān)關(guān)系

4 溫縮系數(shù)規(guī)律分析

根據(jù)試驗結(jié)果得到各降溫段內(nèi)的溫縮應(yīng)變，計算其相應(yīng)的溫縮系數(shù)，并把該溫縮系數(shù)記為相應(yīng)溫度段中值溫度的溫縮系數(shù)，如舊料水泥用量5.0%混合料在55℃～45℃溫度段的溫縮應(yīng)變?yōu)?79.1 με，則溫縮系數(shù)為17.91με/℃，則記該溫度段中值溫度50℃的溫縮系數(shù)為17.91με/℃。新舊料混合料溫縮系數(shù)如圖4所示[6-8]。

圖4 新舊混合料溫縮系數(shù)隨溫度變化

由圖 4可知，除個別點外，在烘干狀態(tài)下新舊混合料溫縮系數(shù)隨溫度逐漸增大，總體呈線性變化。對于舊料混合料，不同水泥劑量條件下的冷再生混合料其溫縮系數(shù)差別不大，新舊料混合料之間溫縮系數(shù)差別較大[7]。

對溫縮系數(shù)與溫度的相關(guān)性進行分析，舊料相關(guān)系數(shù)均在92%以上[9,10]，新料相關(guān)系數(shù)在87%以上，結(jié)果如表2所示。

表2 溫縮系數(shù)與溫度的相關(guān)關(guān)系

6 結(jié)論

本文通過電阻應(yīng)變片測試的方法，對新舊混合料試件的溫縮性能進行研究，分析水泥就地冷再生混合料的抗裂性能與水泥用量之間的關(guān)系，主要結(jié)論如下：

（1）溫縮應(yīng)變隨溫度降低逐漸增加，符合二次函數(shù)關(guān)系，新舊料相關(guān)系數(shù)均在99%以上；

（2）在烘干狀態(tài)下新舊混合料溫縮系數(shù)隨溫度增大而增大，總體呈線性變化。舊料相關(guān)系數(shù)均在92%以上，新料相關(guān)系數(shù)在87%以上；

（3）對于舊料混合料，隨著水泥用量的提高，平均溫縮系數(shù)存在先增大后減小的趨勢，當水泥用量為5.0%時，舊料混合料溫縮性能相較其他水泥劑量均較好；