端印

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺(tái) 054000）

0 引言

既有道路破壞后，在維修過程中會(huì)產(chǎn)生大量舊水泥穩(wěn)定碎石銑刨混合料，而對(duì)這些舊的銑刨混合料進(jìn)行重新利用，不僅可以解決廢料的處理問題，還可以降低施工成本，具有較高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。而舊水泥穩(wěn)定碎石銑刨混合料的物理力學(xué)特性復(fù)雜，在對(duì)廢棄的銑刨料利用前，對(duì)路面基層廢舊材料資源化利用最大化還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

本文從原材料性質(zhì)試驗(yàn)及路用性能試驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)添加玄武巖纖維后水泥穩(wěn)定銑刨料的路用性能展開研究，其中，原材料性質(zhì)研究包括銑刨料粗細(xì)骨料的表觀密度、吸水率、針片狀顆粒含量及砂當(dāng)量及玄武巖纖維和水泥的化學(xué)成分研究，而銑刨料的路用性能研究包括添加玄武巖纖維前后水泥穩(wěn)定銑刨料的回彈模量、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等特性的研究。通過對(duì)玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料的物理力學(xué)特性研究，為玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料在道路路基工程中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 原材料性質(zhì)

試驗(yàn)所用的原材料有玄武巖纖維、銑刨料及水泥，可通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)原材料的主要性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。

1.1 銑刨料

對(duì)銑刨料進(jìn)行篩分，可以發(fā)現(xiàn)銑刨料的顆粒粒徑主要集中在4.75～19mm，級(jí)配不良，需通過級(jí)配調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)），使級(jí)配符合規(guī)范對(duì)相關(guān)等級(jí)道路的要求，并以4.75mm為界限，對(duì)銑刨料粗細(xì)骨料的物理力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1.1 銑刨料粗骨料性能

（1）表觀密度及吸水率

根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42—2005）對(duì)銑刨粗骨料的表觀密度γ及吸水率ω進(jìn)行測(cè)定，可通過公式（1）～（2）計(jì)算。

式（1）～（2）中：γ為表觀密度；ω為吸水率；ma為粗骨料烘干質(zhì)量；mf為粗骨料表干質(zhì)量；mw為粗骨料烘飽和質(zhì)量。

可以得到銑刨料粗骨料的表觀密度及吸水率如表1所示。

表1 粗骨料的表觀密度及吸水率

由表1可知，銑刨料粗骨料的表觀密度為2.6大于2.5，且吸水率較低，只有3.12%，滿足規(guī)范要求。

（2）針片狀顆粒含量

針片狀顆粒含量是評(píng)價(jià)粗骨料抵抗壓碎能力的重要指標(biāo)之一，若粗骨料中針片狀顆粒含量越低，說明混合料的形狀越接近立方體，顆粒之間的填充較好，混合料的密實(shí)度高，抵抗壓碎的能力越強(qiáng)，反之則易受力破碎。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42—2005）對(duì)銑刨粗骨料的針片狀顆粒含量進(jìn)行測(cè)定。

式（3）中：Q為針片狀顆粒含量；m1為不同粒徑范圍針片狀顆粒質(zhì)量；m0為總質(zhì)量。根據(jù)公式（3）可以得到銑刨粗骨料的針片狀顆粒含量如表2所示。

表2 銑刨粗骨料的針片狀顆粒含量

由表2可知，不同粒徑范圍內(nèi)銑刨粗骨料的針片狀顆粒含量均滿足規(guī)范要求。

1.1.2 銑刨料細(xì)骨料性能

銑刨料細(xì)骨料對(duì)混合料的黏結(jié)性及用水量有重要影響，因此，有必要根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）對(duì)銑刨料細(xì)骨料的砂當(dāng)量的測(cè)定。

式（4）中：SE為銑刨料細(xì)骨料的砂當(dāng)量；h2為活塞測(cè)定細(xì)骨料沉淀物高度；h1為絮凝物和沉淀物的總高度。為保證試驗(yàn)結(jié)果的精確度，進(jìn)行兩組砂當(dāng)量試驗(yàn)，取平均值為最終測(cè)定結(jié)果，銑刨料細(xì)骨料的砂當(dāng)量為70.5%，大于規(guī)范要求值60%，滿足規(guī)范要求。

1.2 玄武巖纖維及水泥

1.2.1 玄武巖纖維

玄武巖纖維具有和水泥天然相容，強(qiáng)度高、綜合性能良且價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于道路路基填筑混合料中，本文初步選定的玄武巖纖維長(zhǎng)度分別為12cm、18cm、25cm，其化學(xué)成分如表3所示。

表3 玄武巖纖維化學(xué)成分

1.2.2 水泥

本次試驗(yàn)采用一般硅酸鹽水泥，對(duì)其凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并與《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）中的規(guī)范值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 水泥技術(shù)指標(biāo)

2 玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料路用性能試驗(yàn)研究

將玄武巖纖維摻量0.8‰、纖維長(zhǎng)度為18mm的玄武巖水泥銑刨混合料制作成型圓柱體試件，然后進(jìn)行玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的回彈模量試驗(yàn)及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究分析玄武巖纖維對(duì)水泥銑刨混合料路用性能的影響。

2.1 回彈模量試驗(yàn)結(jié)果分析

混合料的回彈模量反應(yīng)的是混合料在外界荷載作用下，抵抗變形的能力，回彈模量越大，說明混合料的剛度越大，抵抗變形的能力也就越強(qiáng)，在道路施工過程中，對(duì)路基填料的回彈模量值有一定的要求，回彈模量過低，則道路基層在外界荷載作用下產(chǎn)生較大的變形，從而傳遞至面層，使面層出現(xiàn)裂縫，影響道路的安全與使用。

首先利用靜壓法，制備150mm×150mm圓柱形試塊，并分別養(yǎng)護(hù)7d、28d、60d和90d。然后根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51—2009），利用頂面法對(duì)玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的室內(nèi)抗壓回彈模量測(cè)定，并根據(jù)公式（5）計(jì)算回彈模量值。

式（5）中：Ec為抗壓回彈模量；p為單位壓力；h為試件高度；l為回彈變形。得到不同養(yǎng)護(hù)齡期條件下玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的室內(nèi)抗壓回彈模量，如圖1所示。

圖1 室內(nèi)抗壓回彈模量

由圖1可知：

（1）隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的室內(nèi)抗壓回彈模量也不斷增加，這是由于隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，銑刨料中水泥的水化作用逐漸加強(qiáng)，生成的膠結(jié)物增多，而水化生成的膠結(jié)物將銑刨料中的粗細(xì)骨料黏結(jié)在一起，因此銑刨料的強(qiáng)度與剛度也不斷增加，在養(yǎng)護(hù)后期銑刨料的回彈模量值增加逐漸緩慢。

（2）在天然水泥穩(wěn)定碎石中添加一定量的銑刨料后，能夠有效增加其抗壓回彈模量值，且玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料比水泥穩(wěn)定銑刨料的剛度更高，這是由于在銑刨料中含有一些為完全水化的水泥，與水發(fā)生反應(yīng)，從而使銑刨混合料的強(qiáng)度和剛度快速增加，而在銑刨料中添加一定量的玄武巖纖維后抗壓回彈模量更高是由于，玄武巖纖維本身具有很高的彈性模量，可以抵消一部分荷載對(duì)試件的沖擊能量，對(duì)試件承受荷載帶來沖擊作用力有一定的緩沖作用，從而提高混合料的抗壓回彈模量。

2.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，可以得到玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值，如圖2所示。

圖2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

由圖2可知：

（1）隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值先快速增加，然后增加緩慢，這是由于在養(yǎng)護(hù)前期水泥發(fā)生劇烈水化反應(yīng)，水化反應(yīng)產(chǎn)生大量的膠凝材料，并將混合料中的粗細(xì)骨料黏結(jié)成纖維狀和板塊晶體狀整體，從而提高銑刨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)28d后，水化反應(yīng)基本結(jié)束，因此強(qiáng)度增加緩慢。

（2）摻入玄武巖纖維后水泥穩(wěn)定銑刨料的抗壓強(qiáng)度比未摻纖維的水泥穩(wěn)定銑刨料均有所增強(qiáng)，但是增強(qiáng)效果不明顯。這是由于玄武巖纖維對(duì)銑刨料的顆粒也有一定的黏結(jié)作用，從而增強(qiáng)了銑刨料的整體性和強(qiáng)度。

3 結(jié)語

本文通過原材料性質(zhì)試驗(yàn)及路用性能試驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)添加玄武巖纖維后水泥穩(wěn)定銑刨料的路用性能展開研究，得到以下結(jié)論：

（1）隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的室內(nèi)抗壓回彈模量也不斷增加，且玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料比水泥穩(wěn)定銑刨料的剛度更高。

（2）隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，玄武巖纖維水泥穩(wěn)定銑刨料、水泥穩(wěn)定銑刨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值先快速增加，然后緩慢增加，且摻入玄武巖纖維后水泥穩(wěn)定銑刨料的抗壓強(qiáng)度比未摻纖維的水泥穩(wěn)定銑刨料均有所增強(qiáng)，但增強(qiáng)效果不明顯。