二灰碎石混合料收缩特性分析

　　摘要：随着经济的不断发展，我国公路建设发展也是十分迅速。在高等级的公路建设中，路面基层的作用十分明显，因为基层是主要的承重层，承受着行车荷载的作用并把所受水平力与垂直力扩散到土基中，从而保护路面，延长路面的使用寿命。二灰稳定碎石作为现代路面基层主要形式之一，对其收缩抗裂性能的研究一直是普遍关注的热点和难点。本文通过试验，从二灰稳定碎石的强度形成原理、收缩机理和抗裂性能等方面进行了综述。
　　关键词：公路，二灰碎石，收缩机理，抗裂性能
　　0引言
　　随着我国公路交通的迅速发展，二灰稳定碎石混合料以其优良的路用性能得到比较广泛的应用，这是因为二灰稳定碎石独特的强度形成原理和抗裂特性，有效的避免了一般的半刚性基层所产生的裂缝，降低了路面反射裂缝产生的风险，延长了公路的使用寿命。本文二灰稳定碎石为研究对象，分析了其强度形成原理和抗裂机理等。
　　1二灰稳定碎石结构组成及强度形成机理
　　二灰稳定碎石的路用性能与它的结构特点有着非常密切的关系。二灰稳定碎石结构指混合料各组成材料之间相互作用的特点，相对位置分布及相互联系的状况。因此，混合料的结构特性与其材料组成、材料力学性能及各组成部分之间的相对位置密切相关，混合料受力变形特性是各结构特性组成因素的综合反映，即混合料力学特性与结构特性成对应关系。当组成二灰碎石混合料结构特点的各因素发生变化时，混合料的力学特性也会发生变化。
　　二灰碎石混合料在压实成型后，系由固相(石灰、粉煤灰、碎石)、液相(水溶液)和气相(空气)三相组成。三相之间相互作用的结果，使得石灰粉煤灰稳定碎石混合料具有较高的强度和刚度，从而满足了二灰碎石混合料作为路面基层的性能要求。
　　构成二灰碎石混合料强度的因素包括两方面，即由矿质颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力，以及二灰结合料及其与矿料之间的粘结力和内聚力所构成。矿质集料对混合料强度的影响主要是矿料级配类型、矿料物理特性等。混合料强度与集料级配组成有密切关系，一般而言，具有良好级配的混合料既有坚实的矿质骨架网络，又具有密实度相对较高，且空隙含量适中的特点，其路用性能就好。
　　在二灰稳定碎石的强度形成过程中，主要依靠结合料所发生的一系列反应，使得集料与结合料紧密连接到一起。二灰混合料三相间发生的基本反应过程有：石灰粉煤灰之间的火山灰反应，石灰自身的解离作用、结晶作用和碳化作用等。这些作用的进行都是通过液相介质来完成的。从对二灰稳定碎石强度贡献的大小来说，石灰粉煤灰之间发生的火山灰反应是最主要的作用过程，而石灰的解离作用是所有作用过程的基础。石灰的碳化结晶作用又进一步增加了二灰稳定碎石的强度。其具体过程可阐述如下：
　　石灰的水中解离作用：
　　（1）
　　石灰结晶碳化作用：
　　（2）
　　石灰、粉煤灰的火山灰作用
　　（3）
　　上述三种反应不是立刻完成的，而是随着时间的推移逐渐发展，经一段时期后才会结束。在此期间胶体、晶体不断增多、长大，彼此逐渐接触、交叉，除将未参加化学反应的粉煤灰中的其他矿物粘结在一起外，并形成一个胶体加晶体的空间网络结构，这个坚固的空间网络是二灰混合料强度形成的结构原因。
　　2二灰稳定碎石的收缩机理和抗裂性能
　　随着二灰碎石基层的普遍使用和不断深入的研究，在工程实践中已取得了许多成熟的经验和可喜的成果，但也存在一些急待解决的问题，尤为突出的是二灰碎石基层的缩裂问题。处于自然气候条件下的二灰碎石在经历温度和湿度变化时，会产生一定量的收缩。在收缩比较严重的情况下，往往基层表面会出现有规律的横向裂缝，并进一步发展到面层形成反射裂缝，从而危及道路的使用寿命，因此必须重视二灰碎石的干温缩性能。
　　二灰碎石基层材料的温度收缩是指不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相在降温过程中相互作用的结果，从而使二灰碎石混合料产生体积收缩。其温度收缩裂缝可分为两种，一是在较大温度差下收缩应变超过极限拉应变时出现的裂缝;二是在温度差的反复作用下而形成的温度疲劳性开裂。
　　半刚性材料因内部水分的蒸发而发生体积收缩的现象叫干燥收缩，其基本原理是由于随混合料内部水分的蒸发而发生的毛细管张力作用、吸附水和分子间力作用、矿物晶体或凝胶体层间水作用和碳化收缩作用等四个过程而引起了整体宏观体积的收缩变化。
　　                  
　　
　　图1试件收缩试验
　　
　　　　　　
　　由表1所示：二灰稳定碎石混合料的收缩系数随温度的升高总体呈现下降趋势，局部有升高，因为采用较多粗集料，形成骨架密实结构，细集料及二灰形成的二灰砂浆能够起到很好的填充作用，使得收缩系数不是很大；收缩系数随养护天数的增加而增大初期增长较快，后期较为缓慢，因为随着反应生成物的不断增多，再续反应较为困难，而新生物质收缩系数相对较大，使得收缩系数前期增长快后期较慢。
　　3结论
　　石灰粉煤灰稳定碎石是由石灰、粉煤灰、集料和水四部分按一定配比组合而成。从其材料组成来看，碎石是其中含量最多的部分，一般要占材料干重的75%～85%左右，随着集料含量的增加，材料的比表面积和混合料的最佳含水量也随之降低，在石灰粉煤灰稳定碎石的使用过程中碎石发生收缩的可能性最小，一般认为碎石的掺入对水泥粉煤灰混合料的收缩起抑制作用。在可能情况下，应尽量加大集料的用量，减少裂缝的产生。当然，集料的增加会增加施工的难度，还会降低二灰稳定碎石基层混合料的强度。
　　所以，减少混合料中富余的石灰、粉煤灰是减缓收缩、减少裂缝的最有效方法，即形成空间密实骨架结构，使得多余的灰浆填充其中。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]岳卫民.水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计方法及路用性能研究，硕士学位论文，长安大学，2006.
　　[2]王宏畅，黄晓明，傅智.半刚性基层材料路用性能的试验研究[J].公路交通科技，2005，22（10）：45-49.
　　[3]刘子忠，曹志强.半刚性基层裂缝分析及防治措施[J].公路，2006，7：315-317.