| 标题 | 水泥稳定冷再生基层材料疲劳性能试验研究 |
| 范文 | 陈刚 摘要： 本文通过室内疲劳试验对冷再生基层材料疲劳性能进行研究，以期为冷再生材料的应用提供技术支持。通过对A（旧料）、B（20%碎石）、C（40%碎石）和D（砂砾）四种基层材料的室内原材料试验，配合比设计以及完成疲劳试验，最终确定了四种基层材料的最佳水泥用量、最佳含水率，以及对比分析出四种材料的抗疲劳破坏性能：D型>C型>B型>A型。 Abstract： This paper studies the fatigue properties of cold-regenerated base materials through indoor fatigue tests， in order to provide technical support for the application of cold recycled materials. Through the test of indoor raw materials for A （old material）， B （20% crushed stone）， C （40% crushed stone） and D （gravel）， the mix design and the completion of the fatigue test， four kinds of final determinations were made. The optimum amount of cement for the base material， the optimum moisture content， and the comparative analysis of the fatigue resistance of the four materials： D type>C type>B type>A type. 关键词： 冷再生基层；配合比设计；疲劳试验 Key words： cold reclaimed base layer；mix ratio design；fatigue test 中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）20-0188-03 0 引言 随着公路事业的快速发展和国家对环保的高度重视，对冷再生基层材料的疲劳性能的全面系统研究将使旧料的使用更加的高效化，是公路发展建设中必经之路[1]。疲劳破坏是当前沥青路面破坏的主要形式之一，路面材料的抗疲劳性能是评价沥青路面耐久性的一个重要指标，因此本文将重点研究水泥稳定冷再生基层材料的抗疲劳性能，以期为再生材料的推广应用提供理论基础。 1 冷再生基层材料配合比设计 1.1 试验用原材料 1.1.1 结合料 本文试验所用水泥为沈阳地区生产的普通硅酸盐32.5水泥。 1.1.2 旧沥青混合料 在冷再生材料的混合料配合比设计中，旧料被当作是“黑色集料”使用。本文只对旧料进行了沥青含量和筛分试验，筛分结果如表1所示。 经过试验测得沥青含量为4.1%。 1.2 配合比设计 由表1可见，旧料级配符合规范要求[2]，所以在本文的研究中不对旧料级配做调整。本文设计了四种基层材料，对其疲劳性能进行测试：A型，未掺加碎石的冷再生基层材料；B型，碎石掺量为20%的冷再生基层材料；C型，碎石掺量为40%的冷再生基层材料；D型，掺入水泥砂砾的基层材料。材料类型如表2所示。 1.3 击实试验 为了疲劳试验的试件制作，先对表2所示的四种基层材料分别进行标准击实试验[3]，确定混合料的最佳含水量和最大干密度。根据工程实践拟定水泥掺量为4.0%、5.0%、6.0%，A型材料试验结果如表3所示。 由表3可得，综合质量、经济角度考虑，水泥参量采用5%的较为合理。水泥参量为5%的情况下，对四种材料分别进行击实试验，结果如表4所示。 由表4的可以看出，四种类型材料的抗压强度均满足规范要求[3]。 2 疲劳试验 2.1 试验方案 ①进行三种碎石掺加量时冷再生基层材料疲劳性能，研究碎石掺量对冷再生基层材料疲劳性能的影响； ②进行冷再生基层材料和常规半刚基层材料的对比试验，研究其疲劳性能之间的差距； ③在不同应力比下进行试验，研究不同荷载对冷再生基层材料疲劳性能的影响。 2.2 试验方法 疲劳试验的方法主要有重复弯曲疲劳试验、直接拉伸疲劳试验、间接拉伸疲劳试验和室内轮辙试验[4]。研究证明，在交通反复作用下的基层材料受力状况与梁的弯曲疲劳试验相似，因此，本文選取小梁四分点弯曲疲劳试验的方法。试验仪器为美国MTS810型疲劳试验机。[5] [6] 2.3 试件制作及养护 在试件制作的过程中，严格按照配合比控制，准确称量所需的用料，采用100t压力机静压成型。本文采用的试件尺寸为：长40cm、宽10cm、高10cm[3]。 试件龄期：90天；养生温度：20℃；湿度：90%。 2.4 加载波形和频率 本文选取正弦波荷载实行疲劳试验；疲劳试验的加载频率为10Hz。 2.5 应力比的选择 在进行疲劳试验时，应力比的大小对试验结果的影响很大。如果应力比过小，试验的持续时间较长，且试件不易发生破坏，试验可实施性不强；但如果应力比太大，试件会出现较早地破坏，从而导致疲劳曲线不完整。本文通过对以往成果的研究，为了使得S-N曲线处于直线阶段，应力比选取在0.55～0.85之间。本文预设的应力比为0.60、0.70、0.80。 2.6 静载弯拉强度试验 在本文的研究中，对四种材料分别都制作4个小梁试件进行抗弯拉强度试验。首先用万能机对一个试件进行加载至破坏，加载速度为2mm/min，所得试验结果作为其余3个试件的参考破坏荷载。后面3个试件破坏荷载的平均值即为最终破坏强度，但相对误差不得超过15%，超过者不得参加平均。若改用其中两个试件破坏荷载取平均值时，其相对误差不得大于7%。通过试验所得的静载弯拉强度值，结果如表5所示。 2.7 疲劳试验 为保证试验数据的准确性，在疲劳试验开始之前，需取最小荷载的2%对梁试件施加预压。疲劳试验中荷载输入数据如表6所示。 从MTS810疲劳试验机上获取疲劳试验结果见表7。 对四种材料疲劳试验采用的应力比和疲劳试验作用次数对数值进行拟合，得出曲线如图1所示。 由图1可以看出，四种材料的抗疲劳性能从强到弱为，D型>C型>B型>A型；应力比与疲劳寿命在同一对数坐标上呈现良好线性关系，随着应力比增加疲劳试验作用次数对数值逐步减小；四种材料的应力比与疲劳寿命对数拟合曲线回归方程分别为，A：y=-32.212x+32.765 R2=0.9121，B：y=-41.799x+40.087 R2=0.986，C：y=-41.799x+40.087 R2=0.9815，D：y=-38.103x+40.335 R2=0.9851。 3 结论 ①通过室内试验，确定了四种类型材料的水泥剂量均为5.0%，并由试验得出A、B、C和D四种类型的基层材料的最佳含水率分别为6.3%、6.1%、5.8%、6.0%。 ②通过静载抗弯拉强度试验，得到四种类型材料的抗弯拉强度依次为：D>C>B>A。 ③通过疲劳试验可以看出，四种材料的抗疲劳性能从强到弱为，D型>C型>B型>A型；应力比与疲劳寿命在同一对数坐标上呈现良好线性关系，随着应力比增加疲劳试验作用次数对数值逐步减小。 参考文献： [1]马静.水泥稳定冷再生基层沥青路面疲劳寿命研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2011. [2]JTG F41-2008，公路沥青路面再生技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008. [3]JTG E51-2009，公路工程无机结合料穩定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2015. [4]高爽，朱洪洲，唐伯明.沥青混合料疲劳性能影响因素研究综述[J].石油沥青，2008，22（2）：1-6. [5]李强，马松林，王鹏飞.沥青路面冷再生混合料疲劳性能[J]. 交通运输工程学报，2004，4（1）：7-10. [6]曾石发，徐江萍.冷再生基层疲劳性能研究[J].公路交通科技，2007，24（3）：39-42. |
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