（道路与铁道工程专业论文）水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计方法及路用性能研究.pdf

攘要 目蓖，按照二灰稳定薅石秘水泥稳定碎石豹经验来指导水泥粉煤灰稳定碎石的醚 合比及集料级配设计，会造成施工过程中的盲目用料或施工质量麓，因而制约了水泥 粉燃灰稳定碎石在我潮路面基层中的应用。 为了改善水泥粉煤灰稳定碎石的路用性能，使粗集料( 4 7 5 m m 3 1 5 m m ) 能够 形成骨架结构，本文通过小型压路极压实试验和摇捣试验研究了不闫粒径糨集辩混合 后的空隙率。并以此为基础，确定了糯集料的级配，使混合后的粗集料达到最小空隙 塞。 以抗压强度为指标，兼考虑工程的经济性，比选出来较为合理的水泥与粉煤灰的 比弼。逶过k 法计算嘲缨集科( o 0 7 5 m m 4 7 5 珏雌) 豹级配，并透过力学性能试验， 优选出了两组k 值和结合料与细集料的比例，最后运用体积法得出水泥粉煤灰砂浆与 粳集料的比铡，使之形成骨架密实结构，最终确定出水泥耪煤灰稳定碎虿豹配合绻。 在单因素试验的基础上，运用两因索等重复试验的方差分析方法确定了影响水泥 粉煤灰移浆强度指标的主要因素，并穆各因素对试验指标影响的显著性进行了验证。 在配合比设计的基础上，研究了骨架密实型水泥粉煤灰稳定碎石的力学性能、稳 定性能( 水稳性和冰冻稳定性) 、收缩性能和疲劳性能，并透过对眈试验分析了不问 级配设计方法对路用性能的影响。 最后，憨结出配合比和集精级配对混合耩性麓影响的变化规律并提出相应的建 议。相信这些结论和建议会为水泥粉煤灰稳定碎石作为种主要的路面基层材料类型 逡入相关藏范做准备，并对其在路面结构中的潞用性能作进一步评价及推广使用打下 基础。 关键词：水泥粉煤灰稳定碎石级配设计水泥粉煤灰砂浆振动压路机 方差分析骨架密实型结构路用性能 a b s t r a c t a tp r c s e m ，“a l w a y sd i r e c t i o n sm en l i x m r er a t i oa 1 1 da g 群e g a t e 铲a d eo fc e m e n t m y a s hb o u n dm a c a d 锄m i x t u r ea c c o r d i n gt ot h ee x p o r i e n c eo fl i m e - n ya s hb o u n dm a c a 出_ i 工l o rc e m e n tb o u n dm a c 稚鼬m i x t l l r e 王ti sh a 砖t oa v o i dw a s t i n gm a 把r i a la n dl 如i a l i 蒯o no f 也ec o n s t m c tq u a l i 够t h e r e b yi tm a d em ea p p l i c a t i o n so fc e m e m - n ya s hb o u n dm a c a d a i 工l m i x t u r eb a s ei sn o te x t e n s i v ei nr o a ds u r f a c es 锄c t h r eo fc o u n t 辑l no r d e rt oi m p r o v et h e p a v e m e n tp e “b 加1 a n c eo fc e m e m - n y a s hb o u n dm a c a d a mm i x t u r e a n dm a k ec o a r s e a g g r e g a t e sf o m ls k e l 。t o n ，曲ep 婶e rc o n f i m lm er a t eo fv o i d so ft h em i x e da g 盯e g a t e sb y 弼em e t h o do fc o m p a c t i n gb ys m a l l s i z e dr o a dr o l l 。ra n dp l u g d i s t l l r b i n gt e 鞋o nt h eb a s i s o fw 1 1 i c h ，m eg r a d eo fc o a r s ea g g r e g a t e si sc o n f i m l e d t h i sr a t eo fv o i d so ft 1 1 em i x e d a g g r e g a t e si sm 诬i m 燃 f i r s t l y ，t h er a t i oo fc e m e n tt of l y a s hi sc o n f i r m e db yt 】! ! l eu n c o 幽n e ds t r e n g t l li n d e x s e c o n d l y ，t h eg r a d eo f ：e i n ea g 拶e g a t e si sc a l c u l a t o db yt h ekm e t h o d t h j r d l y ，m er a t i oo f 珏n ea g g f e g a t e st o 像ec 锄e n t 一娃ya 矗i sc o 戡e db y 落e 饽s to fu n c 。商n c ds t f 锄g 搬， f o u r t h l y ，t l l es u i t e dr a l i oo fc o a r s ea g g r e g a t e st oa s h n ya s hm o r t a ri sc o i 衄e db yt h e v 0 1 u m em e 搬o d a tl a s t ，吐l ep r o p o i t i o no fc e m e n t f l ya s hs t a b i l i z e da g 掣e g a t e s 面x t u r ei s c o n f i n e d o nt h eb a s i so fs i n g l ef a c t o rt e s t ，v 盯i a n c ea n a l y s i ss t i l d yo fm of a c t o r sr e p e a t i n gi s p r e s e n t e do nt h es u i t 。dc o m p d s i n go fc c m e 珏t 一玛7a s hm o n a lt h e b e s te x p e 西雏。n t a lp 嘲。c t i s8 d e c t e dj n 也ee x p e r i m e m s i i n u l t a i l e o u s l y ，t h ed i s t i n c te 腩c to fe v e r yf h c t o ri ss t u d j e d i n t h e p a p e l i nt h i st e x t ，b a s c do nt h 。c e m e n t - 丑ya s hs t a b i l i z e da g 笋e g a t e sm i x t l e 如s i g n ，t h e p a v e m e mb e h a v i o ra n dp e r f b 衄a n c eo fd e s i g n e d 蚵x r u r ei ss t u d i e da n dc o n 廿a s t e d 谢t hm e 武x t u w h i 吐i s 他c o m m e n d e db yt h ed e s i g 珏s p e c 难c a t i o 矬o f 迢b w a ya 警h 菇tp a v e m 喇， i 1 1 c l u d i n gm e c h a n i c a lp e r f o m l a n c e ，s t a b l e n e s s ，m ea n t i - c r a c kp e r f o r n l a n c e a i l d f 酞i g u e p e r | o 廿n a n c e h 1 ed i f f b r e n to f “d e s i g n si s 趣a l y z e db yp a v 锄e n tb e h a v i o r b a s e do nm es c i e n t 釜ct e s t s ，t b ep a p e rs u m su p 也er e g u l a f i n e s 也a tt h e 蕊x n 鹏r a t i o a 1 1 da g g r e g a t 。g r a d ei n i _ 1 u e n c et h ep r o p e r 哼o f m em i x t u r e ，e x p l o r et h e i ri n h e r e mb a s i sa n d p f o p o s es o m e a t i v es u g g e s i i ( n s 1 ti sb e l i e v e d 谯a tt h e s ec o n e l u s i o na i l ds u g g e s t i o nc a 芏1 b ep r e p a r e df o rt b em i x t u r ef i r s t l yc o m i n gi n t om er e l a t i v es 伽d a r da sak i n do fm a i nr o a d b a s em a t e r i a lt y p e ，a 1 1 dm a k ef b l l n d a t i o nf o ri t se x t e n s i v eu s i n ga n df u r t h e ra s s e s s m gi t s p r o p e r t yi n a ds u r f a c es t n l c t u f e k e yw o r d s ：c e n l e n t f l ya s hs t a b m z e da g 静e g a e s ；g r a d a t i o nd e s i g n ；c e r n e n t f l y 协ga s h m o r t a r ；r o a dr o l l e ro fv i b r a t i n g ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ；m ea i l m y s i s o f v a r i a l l c e ；s k e l e t o n d e n s i t y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均纛在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：幺乒乒 汐序月胡 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归瘸 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离梭后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：髻乒房 铷签名：v 姓 矛 年譬旯隔 d b 年p 月硼 第一章绪论 1 1 课题提出及研究意义 为适应和促进国民经济发展，我国在近二十年开展了大规模的交通基础设施建 设，给广大人民群众的日常生活和生产带来了极大的方便，产生了巨大的经济和社会 效益。截止到2 0 0 5 年底，我国的公路总里程达1 9 2 万公里，位居世界第四位，高速 公路通车总里程突破3 5 万公里，仅次于美国，跃居世界第二位。有资料表明我国已 修筑的高速公路9 0 使用了水泥稳定碎石和二灰稳定碎石这两种半刚性材料做基层。 这两种材料之所以在我国甚至在世界范围内被广泛地应用，主要有以下几个原因： ( 1 ) 车辆轴载增加和交通量的增大对路面的承载能力要求越来越高，而作为半刚 性材料的水泥稳定碎石和二灰稳定碎石都具有很高的抗压强度和刚度，还具有较高的 抗弯拉强度，且它们都具有强度随龄期而不断增长的特性，因此以半刚性材料为基层 的沥青路面通常具有较小的变形和较强的荷载扩散能力。 ( 2 ) 水泥稳定碎石基层和二灰稳定碎石基层刚度大、整体性强，使得其上沥青 面层所受弯拉应力较小，从而提高了沥青面层抵抗行车荷载疲劳破坏的能力。 ( 3 ) 当采用以优质的级配碎石和级配砾石作为基层材料时，基层表现出良好的 路用性能。但是，随着建筑业对原材料的需求，优质石料的来源日益减少，而采用水 泥和二灰这两种水硬性无机结合料稳定碎石时，就可以使用质量较差的石料，甚至可 以就地取材。这样就可以避免大量远运优质石料。 ( 4 ) 半刚性基层材料与以前使用的路面基层材料相比有着更大的灵活性和适应 性，例如：水泥类半刚性基层材料7 d 的无侧限抗压强度可以随着水泥剂量的变化达 到1 m p a 6 m p a 。 除具有以上优点外，二灰类半刚性基层材料的广泛使用还有利于我国环保事业 的发展，既变废为宝，又减少了环境污染，具有很大的社会效益。 虽然水泥稳定碎石和二灰稳定碎石都具有其它基层材料无法比拟的优点和广阔 的使用前景，但是在道路的实际使用过程中还是出现了不少问题。其中主要表现在： ( 1 ) 水泥稳定碎石基层干缩较大、易开裂；水泥初、终凝时间无法调整，影响 工程质量。水泥的延迟时间是按国家规范标准执行的，作为固结砂石的建筑材料不可 能为固化碎石而调整初、终凝时间。在生产实践中，有很多工程由于各种条件限制， 施工时要求有足够的延迟时间来完成各个工序，而水泥与碎石拌和后，为了保证固化 体的强度不受损失，要求在3 4 h 的延迟时间内完成养生前的各个工序，因此，水泥 稳定碎石可能无法满足这种施工时的要求，施工质量往往受到影响。 ( 2 ) 二灰稳定碎石强度形成缓慢，早期强度低，往往影响施工进度：同时二灰 稳定碎石基层对养生条件要求比较苛刻。 ( 3 ) 在交通荷载和环境的双重作用下，这两种结构形式的路面都会出现不同程 度的开裂，并且基层裂缝还会反射到沥青面层，破坏路面整体结构。裂缝的存在不仅 使车辆行驶质量下降，而且也破坏了路面结构的整体性和连续性，并在一定程度上导 致结构强度的削弱( 如裂缝处弯沉增大、路面回弹模量降低等) 。在路面面层出现裂 缝后，道路表面水不可避免地通过面层上的各种缝隙而渗入各结构层中，而且由于蒸 发困难，进入结构层的水分往往难以及时的排出，这些停留在面层与基层之间的水分 使得基层局部变得潮湿以至于接近饱和。这样在行车荷载反复作用下会导致路面强度 大大降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青路面破碎，加速沥青 路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。 因此，就如何克服水泥稳定碎石基层和二灰稳定碎石基层自身的缺点进行了研 究，提出了一种较新的半刚性基层水泥粉煤灰稳定碎石基层。将研究方向确定为 水泥粉煤灰稳定碎石，主要出于以下几方面的考虑： ( 1 ) 水泥粉煤灰稳定碎石相对于水泥稳定碎石而言增大了混合料的密实性，又 有可能减少初期基层的于缩和温缩： ( 2 ) 水泥粉煤灰稳定碎石可以克服石灰粉煤灰稳定碎石初期强度偏小的缺陷； ( 3 ) 我国的某些省份已经开始使用水泥粉煤灰稳定碎石，但在使用过程中缺乏 相应的理论指导施工。 水泥粉煤灰稳定碎石是以水泥作为粉煤灰的活性激发剂，并掺有一定比例的碎 石而形成的路面基层材料。在水泥粉煤灰稳定碎石中，粉煤灰可以改善拌和物的和易 性，增加后期强度，提高极限拉伸值：集料颗粒通过相互问摩擦、嵌挤作用形成了混 合料的骨架，水泥粉煤灰填充于骨架空隙之内，遇水发生水化反应，生成硅酸钙、水 化铝酸钙等胶凝物质，这些胶凝性化合物将各个大小骨料粘结成整体，从而构成了水 泥粉煤灰稳定碎石的强度。这种混合料与石灰粉煤灰稳定碎石相比，具有早强、高强、 能提前开放交通、在较低温度条件下其强度仍有较大增长的特点。水泥粉煤灰稳定碎 石在路用性能、经济性和环保方面的优势决定了其广阔的应用前景。 因此，本文研究针对我国修筑半刚性基层沥青路面的实际情况，通过各项室内 试验，提出经济适用的骨架型集料级配，确定了水泥和粉煤灰的添加比例。并从理论 上分析水泥粉煤灰稳定碎石路用性能的改善机理，总结出路用性能良好的路面基层混 合料的组成设计、施工工艺和养生措旖。这对更好的应用水泥粉煤灰稳定碎石基层， 有效的防止裂缝出现和路面破坏有重要的实用价值，其成果对完善半刚性基层材料的 组成也有重要的理论意义，同时也为交通部路面基层施工规范的修订提供一定的理论 和实践依据。 1 2 国内外研究概况 水泥粉煤灰稳定碎石作为一种新型的筑路材料，国外文献中几乎没有看到这方 面的研究资料；国内在工程应用领域还不多见，其研究工作也刚刚开始。我国的公路 工作者从不同研究思路和侧重点对水泥粉煤灰稳定类材料开展了路用性能研究，得出 了部分对设计和施工有益的结论。 一、重庆交通学院的杨锡武等人对水泥粉煤灰稳定碎石进行过一定研究，其中 包括： 1 水泥粉煤灰稳定类设计参数方面 杨锡武等用整层试槽、电测法和劈裂试验等研究了水泥( 石灰) 粉煤灰稳定碎石 的抗压回弹模量、弯拉回弹模量、劈裂回弹模量和强度等设计参数，并讨论了不同测 试力学模型对设计参数的影响，试验结果如表1 1 所示。 不同类型混合料对比试验结果表1 - 1 抗压叵弹模量( 衅a ) 弯拉回弹模量劈裂模量 混合料类型配合比 ( i p a )( 衅a ) 7 d1 4 d3 0 d 6 0 d 9 0 d 9 0 d9 0 d 水泥粉煤灰碎石4 ：1 6 ：8 05 6 17 6 2 9 2 4 1 0 8 0 1 2 9 41 3 2 7 4 1 5 9 9 石灰粉煤灰碎石 8 ：2 2 ：7 0 9 6 1 2 11 3 2 2 1 9 2 4 61 3 1 3 2 他们从以上试验结果得出了2 点结论： ( 1 ) 由于水泥粉煤灰稳定碎石中水泥的水化凝胶作用，混合料相对于二灰稳定 碎石而言早期强度得到了极大提高，这对缩短工期，提前开放交通，增强半刚性基层 的抗疲劳能力是很有利的； ( 2 ) 水泥粉煤灰稳定碎石的弯拉模量值与二灰稳定碎石相近，但弯拉强度却大 于二灰稳定碎石，因此，其抗裂性比二灰稳定碎石好。 2 关于结合料各成分的比例范围和集料的最佳含量方面 试验结果如表1 2 所示。 不同配比的水泥粉煤灰稳定碎石的强度试验结果 表卜2 配合比 c ：f 击实结果抗压强度( 仲a ) ( 水泥：粉煤灰：碎石) ( 水泥：粉煤灰) w ( ) r ( g c m 3 ) 7 d3 0 d9 0 d 7 5 ：2 2 5 ：7 0 1 ：31 9 51 2 6 25 9 490 21 2 7 l 5 ：2 5 ：7 01 ：51 9 41 2 4 63 5 45 6 08 0 2 3 7 5 ：2 6 2 5 ：7 01 ：71 9 31 2 3 01 9 83 2 14 5 3 3 ：2 7 ：7 0l ：91 9 31 2 2 51 4 3 2 5 2 2 9 1 2 5 ：2 7 5 ：7 01 ：1 11 9 11 2 2 11 3 01 6 82 1 3 以上试验结果显示，结合料中水泥与粉煤灰的最佳比例是c ：f = 1 ：3 1 ：5 。接着 他们按c ：f = 1 ：3 ，集料含量由7 5 8 5 变化，测定不同龄期的抗压强度和劈裂强度， 确定出集料的最佳比例范围是7 5 8 0 。 3 水泥粉煤灰稳定碎石成型延迟时间方面 通过室内试验和试验路施工测试，研究了这种路面基层混合料的最长延迟时间， 并用x 衍射方法进行了分析证明，得出了3 点重要结论： ( 1 ) 水泥粉煤灰稳定碎石的成型延迟时间越短越好，最长不超过2 4 h 为宜； ( 2 ) 对水泥比例大的混合料基层成型延迟时间应严格控制，宁早勿迟； ( 3 ) x 射线衍射分析表明，水泥粉煤灰稳定碎石中水泥水化进程减慢。 二、长安大学公路学院对水泥粉煤灰稳定碎石的级配和路用性能进行了一定的 研究，其中包括： 1 张嘎吱等人针对水泥粉煤灰稳定碎石基层材料配合比设计、路用性能特点等 方面进行了研究，得出了如下结论： ( 1 ) 水泥粉煤灰稳定碎石用作基层时，结合料与集料最佳比例是：1 3 ：8 7 1 7 ：8 3 ；当水泥粉煤灰稳定碎石用作底基层时，结合料与集料的最佳比例范围是： 1 3 ：8 7 1 8 ：8 2 ： ( 2 ) 提出了水泥粉煤灰稳定碎石作为基层时的强度标准为2 4 ( m p a ) ，作为底 基层时强度标准为1 5 2 ( m p a ) ； ( 3 ) 提出了一种全新的级配组成结构：悬浮骨架一密实结构； ( 4 ) 通过温度应力对不同类型的半刚性基层稳定性的分析，得出了水泥稳定碎 石基层的温度应力最大，水泥粉煤灰稳定碎石基层次之，石灰粉煤灰稳定碎石基层最 4 小。 2 徐江萍等研究分析了水泥粉煤灰稳定碎石的强度特点及规律，其中包括强度 与集料含量的关系和强度与集料级配类型的关系。试验结果如表1 3 和表1 4 所示。 不同骨料含量对水泥粉煤灰稳定碎石强度的影响( 水泥：粉煤灰= 1 ：2 )表卜3 7 d 抗压强度2 8 d 抗压强度 骨料含量( ) 月( m p a ) c v ( )r c ( m p a )r ( ，i p a )c v ( ) r c ( 口a ) 7 03 、4 57 o 3 0 6 5 6 6 9 2 4 8 1 7 52 。9 46 1 2 6 4 5 1 3 6 8 4 5 5 8 02 、6 71 5 42 o4 8 2l o 24 0 1 8 5 25 3 9 92 1 24 7 38o4 1 l 级配类型对水泥粉煤灰稳定碎石强度的影响表卜4 级配 击实结果 7 d 抗压强度2 8 d 抗压强度 类型 w ( ) p ( g ，c m )r ( m p a ) c v ( ) r c ( m p a ) r ( m p a ) c v ( ) r c ( m 甲a ) 连续 级配 1 051 9 834 57 o30 65 6 69 24 8 1 间断 9 52 0 43 9 69 63 3 45 8 57 751 1 级配 从以上试验结果得出了3 点结论： ( 1 ) 水泥粉煤灰稳定碎石的7 d 、2 8 d 抗压强度平均比二灰稳定碎石高4 8 ，且 集料固定不变时，水泥：粉煤灰= 1 ：2 时强度最高； ( 2 ) 胶结料不变时，水泥粉煤灰稳定碎石的强度随集料增加呈下降趋势； ( 3 ) 水泥粉煤灰稳定碎石使用间断级配时强度高于连续级配。 三、交通部科学研究院的萧赓等人对水泥粉煤灰稳定类的路用性能和微观结构 进行了分析研究。 1 关于水泥粉煤灰稳定类路用性能方面，经过试验得出了7 点结论，即： ( 1 ) 水泥的含量对水泥粉煤灰稳定碎石的早期强度起重要作用： ( 2 ) 掺加粉煤灰对于水泥粉煤灰稳定碎石的早期强度是不利的； ( 3 ) 适量的粉煤灰在水泥粉煤灰稳定碎石中具有填充空隙的作用，改善了碎石 的级配，提高了密实度，对水泥粉煤灰稳定碎石强度所起的作用甚至比早期的化学反 应更重要； ( 4 ) 水泥粉煤灰稳定碎石的最终强度远高于不加粉煤灰的混合料，模量则低于 不加粉煤灰的混合料； ( 5 ) 集料比例对收缩有重要影响，集料比例越大，收缩应变越小； ( 6 ) 掺加粉煤灰后，水泥粉煤灰稳定碎石的早期收缩应变有所增加，但其最终 值与不加粉煤灰差别不大，稍有减小趋势； ( 7 ) 在粉煤灰剂量相同的情况下，随着水泥剂量的增加，水泥粉煤灰稳定碎石 收缩应变增大。 2 就微观结构方面，利用x 射线和扫描电子显微镜，分析了水泥粉煤灰稳定碎 石微观结构形成过程，揭示了其强度形成机理，得出了4 点结论： ( 1 ) 由于粉煤灰的稀释作用，水泥粉煤灰稳定类中水泥的水化程度明显滞后于 不掺加粉煤灰的情况，而且粉煤灰的加入减少了水泥颗粒在拌和时快速絮凝的倾向， 益于强度的均匀增长； ( 2 ) 随着龄期的增长，水泥的水化反应和二次火山灰反应不断进行，水化产物 经历了由无定形凝胶向低结晶度，最终到高结晶度的发展过程，对应的宏观力学特性 不断增长； ( 3 ) 火山灰反应不断消耗水泥水化产物c a ( o d 2 ，这会进一步促进水泥的水化 反应，宏观力学特性表现为水泥粉煤灰稳定碎石的后期强度将高于不加粉煤灰的情 况； ( 4 ) 9 0 d 龄期的水泥粉煤灰稳定碎石中仍有清晰可见的未水化粉煤灰和c 3 s ， 说明这种材料的后期强度仍有发展潜力。 四、东南大学的俞建荣等探讨了以粉煤灰替代部分水泥的粉煤灰水泥稳定粒料 的路用性能，其试验结果如表1 5 所示。 水泥粉煤灰稳定碎石对比试验结果表卜5 混合料配合比 抗压强度( m 甲a )抗压回弹模量( m p a ) 粉煤灰：水泥：集料 7 d2 8 d 9 0 d 1 8 0 d9 0 d1 8 0 d 4 5 ：1 5 ：9 4 02 2 4 3 6 4 4 9 86 0 1 1 5 2 0 1 1 7 8 2 6 3 9 ：2 o ：9 412 8 44 0 55 6 05 7 81 5 8 9 11 8 7 7 4 3 2 ：2 5 ：9 4 33 6 34 8 96 0 66 3 21 7 2 5 41 8 9 7 4 2 6 ：3 o ：9 4 4 3 7 65 3 4 7 2 2 8 6 81 8 9 0 12 0 8 6 3 1 9 ：3 4 ：9 4 73 7 0 5 _ 3 9 7 7 09 5 52 0 3 3 52 1 8 6 o 从以上试验结果得出了3 点结论： ( 1 ) 在水泥和粉煤灰总剂量不变的情况下，随着粉煤灰含量的相对降低，混合 料的抗压强度增加，当达到一定程度时抗压强度基本上不再变化，其中以7 d 、2 8 d 、 9 0 d 龄期表现最为明显； ( 2 ) 适当比例的水泥粉煤灰稳定碎石不但早期强度接近相同剂量的水泥稳定碎 石，而且后期强度的增长幅度也大大超过了后者； ( 3 ) 不同水泥粉煤灰比例的混合料强度指标均随龄期的增长而增长，但强度的 发展速度并不一致。另外，他们的干缩试验结果显示，适量的粉煤灰替代部分水泥的 混合料的干缩性能良好。 以上的研究方法和结论对提高水泥粉煤灰稳定碎石的路用性能无疑起到了积极 的作用，但是由于材料、施工条件等各方面的差异，具体经验往往不能生搬硬套，有 必要对水泥粉煤灰稳定碎石路面基层的经济合理的材料组成和施工工艺进行系统研 究。 1 3 本文研究内容及技术路线 通过室内试验和理论分析，系统开展水泥粉煤灰稳定碎石组成设计和路用性能研 究；对水泥粉煤灰稳定碎石的路用性能的形成过程和机理进行较全面系统的研究分 析，以此为基础，提出了水泥粉煤灰稳定碎石的配合比；最后通过试验路给予验证， 并进一步完善材料组成设计方法，同时进行施工工艺的研究。 以往按照二灰稳定碎石和水泥稳定碎石的经验来指导水泥粉煤灰稳定碎石的配 合比及集料级配设计，难免会造成效果不佳。通过本文的研究可为路面设计时提供一 种可供选择的类型，避免施工过程中的盲目用料，减少以施工质量不稳定为代价的摸 索过程，并为水泥粉煤灰稳定碎石作为一种主要的路面基层材料类型进入规范作准 备，为其推广使用打下基础。整个研究过程如图l 所示： 制定研究方案 r 混合料组成设计 原 1 粗集料( 4 7 5 m m ) 级配设计 路 材2 细集料( o 8 ，则混合料中细料太多，影响混合料的稳定性；i f 。；( 3 ，1 0 0 ) = 2 7 1 ，可知，在o 0 5 水平上应拒绝原假设h 。，即认为水泥粉 煤灰与细集料比例的变化对混合料的抗压强度具有显著影响，其影响规律可以直观的 反映在相同t 因素水平下抗压强度的折线图( 见图3 8 ) 。在因素r 的影响下，随着水 泥粉煤灰与细集料比例的变化，也即随着细集料含量的增加，7 d 龄期的抗压强度随 之降低。 图3 8 相同t 因素水平下7 d 强度变化图 同样，f ，= 6 0 6 f 。；( 4 ，1 0 0 ) = 2 4 8 ，即在q = 0 0 5 水平上拒绝原假设h 。，亦认 为级配的变化对混合料的抗压强度具有显著影响，可以直观的从相同r 因素水平下抗 压强度随集料级配变化的折线图( 见图3 9 ) 看出其影响规律。根据级配的变化，强度 在水平t 3 处达到最大值，也即是级配c 达到极值，随着集料的变粗，强度逐渐降低。 图3 9 相同r 因素水平下7 d 强度变化图 在n = o 0 5 上，f r 。t = 3 0 4 4 f 。j ( 1 2 ，1 0 0 ) = 1 8 6 ，即拒绝原假设h 。，即认为因 素r 与因素t 的交互作用对混合料的7 d 龄期的抗压强度具有显著影响。也即是说， 混合料中水泥粉煤灰与细集料比例和细集料级配对混合料的强度具有显著交互影响 作用。 由图3 8 、图3 9 可以看出，在相同t 因素水平和相同r 因素水平的影响下，7 d 龄期的抗压强度分别出现大致统一的规律。这主要是因为最初的7 d 内水泥的水化速 度最快，所以水泥的早期强度发展最快。而混合料的早期强度主要与之有关，所以随 着水泥粉煤灰含量的增加相同的级配类型的试件强度随之增大。另一方面，水泥粉煤 灰结合料发生离子交换及团粒化作用和硬凝反应以及水泥的碳酸化作用来提供额外 的粘结强度，增强了整个粘结料基体的整体性。所以在相同配合比因素下，强度极值 出现在级配c 处( 集料偏细) ，随着集料变粗，强度呈下降走势。这两种作用的发挥同 时在初期又受水泥粉煤灰与细集料比例和级配的交互影响。总之，从7 d 龄期混合料 试验结果的方差分析可以知道，水泥粉煤灰与细集料的比例和细集料级配对强度具有 显著影响，并呈现一定的规律性，且二者对强度的作用存在交互影响。 因此为了更好的研究细集料对粗集料的填充作用，根据7 d 强度结果，结合单因 素的分析，选用两组比例进行填充试验，优选结果见表3 1 8 。 优选结果表3 1 8 i 水泥粉煤灰：细集料 1 ：lm x 值 o 6 5。6 。 3 4 粗集料与水泥粉煤灰砂浆的组合设计 按照前述的设计思想，在水泥粉煤灰稳定碎石中，以粗集料形成骨架嵌挤，使其 空隙率最小，以水泥粉煤灰砂浆填充骨料的空隙，形成密实结构，使整体混合料获得 最大的密实度。振动压路机的使用，可以使粗集料形成嵌挤骨架结构，所以，粗集料 与砂浆的适宜配比组成是：一体积的水泥粉煤灰稳定碎石中，可含有一松方体积的粗 集料；压实后密实的水泥粉煤灰砂浆完全填充到粗集料骨架结构的空隙中。采用体积 法计算水泥粉煤灰砂浆的用量。试验中采用如下方法确定水泥粉煤灰砂浆与主骨料的 比例。 一、水泥粉煤灰稳定碎石配合比的计算 通过试验确定了粗集料在不同状态下的密度后，可以计算出粗集料在不同状态下 对应的空隙率的大小。因为水泥粉煤灰砂浆是填充粗集料空隙的，因此水泥粉煤灰砂 浆的用量可以通过体积法计算确定，然后可以反求出水泥粉煤灰稳定碎石中各组成材 料的配比。 1 、集料密度的测定 测定粗集料各档粒径的视密度( 见表3 1 9 ) ，并根据级配组成计算得出粗集料 的平均加权视密度( 见表3 2 0 ) 。 视密度测定值表3 1 9 粒径( m m ) 1 99 547 5 视密度( g c m 3 ) 2 7 9 7