大空隙改性水泥砼路面基层材料路用性能研究-

论文导读：循环试验）图1温缩试验（温度先升后降）图2温缩试验（温度先降后升）从温缩试验结果可以看出，PCPB较普通混凝土与相近强度的水泥砼的体积变化较缓和，对温度的变化表现出更强的体积稳定性，这与PCPB的较大空隙率为体积伸缩预留了足够的空间，因此体积基本趋于稳定这一事实相符。说明无论从理论上还是在实际工程应用中
摘 要：我国高等级公路中多采用半刚性基层，但该类基层在外界温、湿度以及车辆荷载变化时,容易导致开裂，从而导致路面出现反射裂缝，影响路面的使用性能。本文结合大孔隙改性水泥混凝土基层（简称“PCPB”）在HB-LZ高速中的应用情况，结合室内试验数据，对该类基层的物理力学性能进行研究，以期为该类基层的应用奠定基础。
关键词：半刚性基层，反射裂缝，PCPB，力学性能
2095-2104（2012）

1 简介
大孔隙聚合物改性水泥混凝土路面基层（简称“PCPB”），是由单一粒径、均匀颗粒的集料与聚合物改性水泥结合后，形成的一种具有稳定结构的排水式（透水性好）混凝土结构体系。
PCPB克服了半刚性基层温缩性大和排水性差的缺点，打破半刚性基层在国内几乎是唯一选择的局面，寻求一种新型结构，既能保持半刚性基层结构的各种优良性能，又能克服其抗温缩、干缩能力差和排水性能差的基层结构。
从实际应用效果来看，PCPB空隙率高达18%～33%，可以有效地解决路面结构内部的排水问题，从而降低路面水损害的程度，同时由于其较大的空隙率为伸缩预留了足够的空间，因此具有较高的体积稳定性。但是，由于采用单一粒径并增大了材料内部的空隙，在强度形成机理及耐久性上往往表现出与传统密实性材料的较大差异。
本文结合室内试验结果，从材料的物理特性和力学性能两个方面进行试验检测，从而评价PCPB基层的路用性能，判断其是否适宜作为路面结构层使用。
2 试验方法及结果

2.1 试验方法

本次试验将PCPB制成150mm×150mm×150mm以及150mm×150mm×550mmmm的两组试块，标准养护28d后进行温缩试验、收缩试验、疲劳试验以及抗压强度检测。

2.2 试验结果

本次试验将PCPB（图中 所示）与同水泥用量普通混凝土（图中 所示）、同强度普通混凝土（图中 所示）分别进行比较，得出PCPB与传统的水泥混凝土基层的区别：

2.1 温缩实验（冻融循环试验）

图1 温缩试验（温度先升后降）
图2 温缩试验（温度先降后升）
从温缩试验结果可以看出，PCPB较普通混凝土与相近强度的水泥砼的体积变化较缓和，对温度的变化表现出更强的体积稳定性，这与PCPB的较大空隙率为体积伸缩预留了足够的空间，因此体积基本趋于稳定这一事实相符。说明无论从理论上还是在实际工程应用中，PCPB都表现出了极强的优越性与适用性。

2.2 收缩实验

图3 收缩试验
从收缩试验结果看，PCPB在恒温恒湿(温度为20℃±2℃，相对湿度为90%±5%)的条件下，试件移入试验室的第一天起体积呈膨胀趋势，随着龄期的增长，在第四天时体积基本停止膨胀，随后体积开始收缩当达到第五天龄期时出现收缩速率最大值，此后体积变化渐趋于平稳，最终收缩率在10%以下。而普通砼在恒温恒湿的标准收缩试验条件下，随龄期增长，收缩率逐渐增大，一般在60d后收缩率变化逐渐趋于缓慢。14d龄期后，大孔隙砼的收缩率趋于稳定，但普通砼的收缩率仍然在持续增长。21d时PBPB体积基本稳定，不再变化，但普通砼与相近水平的水泥砼体积仍呈收缩趋势。45d龄期时，大孔隙砼的收缩率仅为同水泥用量普通混凝土的3.6%，为相近强度水平普通混凝土的

2.4%。因此大孔隙水泥混凝土较普通混凝土在相同龄期具有更小的体积收缩率。

2.3疲劳实验：

图4 PCPB疲劳试验
图5同水泥用量普通水泥混凝土疲劳试验
图6同强度普通水泥混凝土疲劳试验
根据上述疲劳试验数据和疲劳方程进行回归计算，得出大孔隙混凝土的疲劳方程并与其他类型混凝土的疲劳方程做出比较。
由疲劳方程，分别计算系数 的值，计算结果如下：
1#(大孔隙结构混凝土)：

2#（同水泥用量普通混凝土）：

3#（同强度普通混凝土）：

分别计算1#、2#、3#回归公式的相关系数，︱ ︱=0.97603，︱ ︱=0.93775，︱ ︱=0.84495。相关系数值都比较接近1可见，这三组数据都有很好的线性相关性，说明回归方程的线性合理性源于：免费论文查重站www.7ctime.com
。由回归方程可看出，PCPB的斜率明显大于其它两组试件斜率，表明其抗疲劳能力优于其它两种结构。
从疲劳试验表（应力比—lgNf）可以看出，在考察相同应力比的条件下，将PCPB与两种不同强度等级的普通混凝土的抗折疲劳循环次数相比较，PCPB在各个不同应力比下的抗折疲劳循环次数均比普通砼高，其主要原因有以下几点。PCPB采用单一粒径骨料，粒料间呈点状连接从而使线状受力改为点状受力，由此形成多孔网状骨架结构层。应力分散由密实板体的射线分散改为折线分散，外部应力分散线分为无数次拆射应力线分散传递，由于折线分散，方向各不相同，力在分散过程中相互碰撞衰减，从而表现了优异的抗折和抗疲劳性能。
3 应力分析

3.1 材料参数

1）面层：面层弹性模量为1400Mpa；
2）基层：普通半刚性基层为1500Mpa，PCPB基层模量为10000Mpa；
3）垫层：垫层弹性模量为700Mpa；
4）土基：土基弹性模量为50Mpa；
5）泊松比：面层为0.2，基层和垫层为0.15，土基为0.35。
实验中采用100kN标准轴载。

3.2 力学计算

采用BISAR软件，对路面结构各层的弯拉应力、弯拉应变、剪应力、剪应变等进行计算，并对PCPB及半刚性基层进行比较：
3.

2.1 同路面结构组成下，路面结构各层受力分析

表1 PCPB与半刚性基层结构受力比较

（注：路面结构组成：14cm面层/30cm基层/20cm垫层）
由此可以看出在路面厚度相同的情况下，同厚度的PCPB比普通的半刚性基层所产生的应变小很多，从而减少了由于基层应变而导致的路面反射裂缝，提高了水、温稳定性。
3.

2.2 不同路面结构组成下，路面结构各层受力分析

表2 PCPB与半刚性基层结构受力比较

（注：PCPB路面结构组成：10cm面层论文导读：养护费用，提高了经济效益。4结语PCPB是以单一粒径粒料为骨料的大空隙无砂改性水泥砼基层结构。其中改性剂激活了石料和水泥中的分子活性，使其相对于半刚性基层具备了一定的韧性并且具有较高的强度刚度及体积稳定性，通过点装连接、分散传力，在解决了水损害及温缩等不利因素的情况下，其使用性能没有降低，通过实验与理
/38cm基层/20cm垫层；半刚性基层路面结构组成：18cm面层/30cm基层/20cm垫层）
实验表明，在材料总厚度不变的情况下，运用PCPB可以适当减少沥青混合料的用量，此实验中用8cm的PCPB基层代替8cm的沥青混合料，并且基层底的抗弯拉、抗剪能力没有削弱反而有一定程度的改善，尤其是应力降低明显。由此可以得可看出，在不影响使用性能的情况下用具有一定厚度的低廉的PCPB代替较昂贵的沥青混合料，可大幅降低工程成本。
通过以上分析，PCPB作为一种新型路面基层应用于道路路基，不仅可以节省费用，而且其抗弯拉、抗剪性能还能得到一定的改善，并能在一定程度上解决改善早期水损的坏问题，同时节省后期养护费用，提高了经济效益。
4 结语
PCPB是以单一粒径粒料为骨料的大空隙无砂改性水泥砼基层结构。其中改性剂激活了石料和水泥中的分子活性，使其相对于半刚性基层具备了一定的韧性并且具有较高的强度刚度及体积稳定性，通过点装连接、分散传力，在解决了水损害及温缩等不利因素的情况下，其使用性能没有降低，通过实验与理论分析，PCPB的成功运用降低了应力，减少了应变。可以看出无论在物理还是力学方面，其性能都具有无可比拟的优越性，可以做为路面基层使用。通过实际应用也表现出了巨大的经济适用性，具有推广发展的潜力。

5 参考文献
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孙家伟，王崇涛.排水基层多孔混凝土的物理力学性质[J].公路，2006，(8):341-345.
[3]郑木莲.多孔混凝上排水基层研究.[0].长安大学博士论文.2004
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