聚丙烯纤维三灰稳定砂的路用性能试验研究

王士革　王芳　张宗领

【摘 要】本文为了改善三灰（水泥、石灰、粉煤灰）稳定砂基层材料路用性能，在其中掺加了适量的聚丙烯纤维。通过室内试验对比研究了掺加聚丙烯纤维的三灰稳定砂和普通三灰稳定砂不同龄期的路用性能指标。研究结果表明，聚丙烯纤维能够提高三灰稳定砂材料的抗裂能力，并改善其路用性能。

【关键词】三灰稳定砂；聚丙烯纤维；路用性能

0 引言

我国高速公路大多采用半刚性基层沥青路面，在使用过程中由于交通量的骤增，超载车辆越来越多，路面出现了许多裂缝。这些裂缝主要起因于半刚性基层的反射裂缝。所以，提高半刚性基层的抗裂性是解决高等级公路路面裂缝的有效途径。经理论及试验证明，掺加添加剂或加筋材料，进而改善半刚性基层材料各组成成分的性能均可提高半刚性基层的抗裂能力[1-3]。重庆大学的马银华等人研究了低掺量聚丙烯纤维水泥稳定粒料基层的抗冲击性能 [4]，研究成果表明，低掺量聚丙烯纤维水泥稳定粒料的抗冲击性能显著提高、韧性好，可延长道路的使用寿命。郑州大学的乐金朝、马清文、牛向飞等人通过室内试验、现场试验和追踪调查表明在水泥灰土稳定砂半刚性基层中掺加聚丙烯纤维可以明显减少裂缝病害[5]，另外又对粉煤灰在三灰稳定砂中的抗裂性能进行了试验分析，并得出了粉煤灰改善三灰稳定砂半刚性基层抗裂性能的微观机理[6]。由于我国新的交通状况对路基路面提出了更高的技术要求，故近年公路工程相关的设计规范和施工技术规范进行了一次较大的修订，许多技术标准有不同程度的提高。为适应相关新规范更高的要求，在三灰稳定砂中掺加聚丙烯纤维，通过试验研究其路用性能指标，具有实际的工程意义。

1 原材料及试验

1.1 原材料

试验用土为某高速公路信阳光山段挖掘的低液限粘土，该土锥入度与其含水量近似呈直线性关系。试验用砂的细度磨数为3.28，级配差，空隙率较大，其颗粒组成较好。试验用石灰为信阳光山县当地生产的消石灰，其技术指标满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中I级消石灰的标准[7]。试验用纤维为武汉生产的改性聚丙烯纤维，其直径为20-50μm，长度15mm，抗拉强度500Mpa。试验用水泥为河南省同力水泥有限公司标号为32.5的普遍硅酸盐水泥，其技术指标满足相应国家标准要求。试验用粉煤灰为信阳大唐华豫电厂生产的粉煤灰，其烧失量为10.62%，75μm筛通过率为76.8%。

1.2 试验方法

根据文献[6]的研究分析可知，水泥：石灰：粉煤灰：土：砂质量配合比为4.5：1.5：14：24：56时，该混合料具有较好的抗裂性能。本研究设计水泥：石灰：粉煤灰：土：砂：聚丙烯纤维的质量配合比为：①4.5：1.5：14：24：56：0.02；②4.5：1.5：14：24：56：0.03；③4.5：1.5：14：24：56：0.04；④4.5：1.5：14：24：56：0.05；⑤4.5：1.5：14：24：56：0.06。

本研究中所进行的击实试验、无侧限抗压强度试验、劈裂试验及干缩试验均按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）的规定进行。本研究所用试件均按最大干密度95%成型，并按规程标准养生[8]。

2 试验结果及分析

2.1 击实试验

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中的击实试验方法，测出混合料的最佳含水量为8.2%，最大干密度1.94g/cm3。

2.2 强度试验结果及分析

三灰稳定砂不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂强度试验结果见表1、图1。由表1及图1可知，掺纤维三灰稳定砂无侧限抗压强度与原方案相比未见明显增长，后期有所增加，但增加不显著。造成这种结果的主要原因是，在强度形成的初期，聚丙烯纤维与基体连接较弱且阻隔了水泥网状晶体的形成，并影响了基层材料整体性的形成；随着龄期的增长，聚丙烯纤维与三灰稳定砂基体连接逐渐增强，纤维和基体共同受力，其抗压强度增大。由表1及图2可知，当聚丙烯纤维掺量为0.04%时，三灰稳定砂试件劈裂强度最大，与原方案相比60天劈裂强度增长26.7%，从而确定了三灰稳定砂纤维丝的最佳掺入量为0.04%。

3 结论

按照“安全耐久、节约资源、环境和谐”的路基路面设计理念，充分考虑路面基层的功能要求，旨在提高高速公路半刚性基层的抗裂性能，在三灰稳定砂基层中加入聚丙烯纤维，不但提高了其劈裂强度，而且降低了三灰稳定砂各个龄期的干缩量。经试验研究得知：

1）三灰稳定砂聚丙烯纤维的最佳掺入量为0.04%；

2）掺加聚丙烯纤维三灰稳定砂具有较高的劈裂强度和较强抗收缩能力。

【参考文献】

[1]董苏波，王元纲，吴育琦，等.玻纤对二灰碎石基层的力学性能影响试验[J].苏州科技学院学报（工程技术版），2004，17（2）：30-33.

[2]黄煜镔，吕伟民，徐建达，等.减水剂对水泥稳定碎石物理力学性能的影响[J].建筑材料学报，2005，8（3）：311-315.

[3]黄煜镔，吕伟民，徐建达，等.减缩剂在水泥稳定碎石基层中的应用[J].同济大学学报（自然科学版），2005，33（8）：1047-1050.

[4]马银华，赵满喜，傅燕峰，等.低掺量聚丙烯纤维水泥稳定粒料基层抗冲击性能研究[J].中外公路，2008，28（2）：168-171.

[5]牛向飞，乐金朝，郭凤妍.聚丙烯纤维在水泥灰土稳定砂中的应用研究[J].路基工程，2011，（4）：129-134.

[6]马清文，乐金朝.粉煤灰在三灰稳定砂中的抗裂性能分析[J].路基工程，2010，（6）：98-100.

[7]JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则[S].

[8]JTG E51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[责任编辑：王伟平]