花岗岩风化料在鲁东滨海地区广泛分布,水泥稳定花岗岩风化料是该区域常用的道路半刚性底基层材料。为了提高水泥稳定花岗岩风化料的材料性能,通常掺加含量(质量分数,下同)10％～40％不等的粗集料。沿海地区降水受海洋气溶胶的支配,其中富含Cl^-、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等离子,海洋生物代谢过程排放的NO和有机硫化物也使降水中的NO₃^-、${\text{SO}}_4^{2 - }$富集^{[1, 2, 3, 4]};在滨海降水和海水入侵环境下,区域土壤富含Cl^-、${\text{SO}}_4^{2 - }$^[5];此外,我国北部滨海地区冬季降雪频繁,降雪量大,道路上氯盐类融雪剂使用量大^[6]。在大气降水和地下水作用下,区域内道路路面材料、结构长期受到可溶盐的影响,路面材料性能衰减,结构强度降低,路面结构层间结合弱化^[7],导致路面结构病害发生。研究区域内路面材料、特别是具有区域特点的水泥稳定花岗岩风化料在可溶盐腐蚀环境下的材料特性,对于优化该类材料设计、缓解区域内路面结构早期损坏具有重要意义。

国内外针对水泥混凝土、沥青混凝土在可溶盐环境下的腐蚀机理及破坏特征开展了大量研究,并且提出了应对可溶盐腐蚀的有效防治方法,但对可溶盐环境下半刚性基层材料性能研究却相对较少。MCDONLD D B和PERENCHIO W F的研究表明,沥青混凝土在氯盐类溶液浸泡的干湿循环、温差、荷载循环的协同作用,造成混凝土内部氯盐溶液失水结晶膨胀,进而导致混凝土承载力降低、路面结构层的破损^[8];Robert Cody等在相同的试验条件下,对比分析了受不同氯盐类物质浸蚀后沥青混凝土路面的剥蚀和开裂变化^[9];长安大学对氯盐在静水和动水作用下对沥青混合料性能的影响进行了研究^[10];中国建筑科学研究院马孝轩等的调查发现,在土壤可溶盐腐蚀性介质的作用下,混凝土在地面以上30cm内干湿交替部位会发生严重的盐结晶侵蚀破坏,俗称“烂根”^[11]。高江平等通过室内试验研究了硫酸盐对半刚性材料收缩性能的影响,发现在半刚性材料中掺加少量硫酸盐,由于结晶膨胀抵消了材料失水收缩,可有效地降低半刚性材料干缩开裂,但硫酸盐含量过大则会造成材料膨胀开裂^[12];包龙生等研究了材料中氯离子含量对水泥石灰海排灰稳定碎石混合料路用性能的影响,结果表明,氯离子含量过大会抑制材料强度的增长,干缩系数增大,抗冻性能显著降低^{[13, 14]};裴向军等的研究表明,活化粉煤灰可以抑制硫酸盐重结晶引起的水泥土膨胀^[15];傅小茜等对硫酸盐侵蚀环境下水泥土的力学性能进行了研究,结果表明,硫酸盐溶液对水泥土的无侧限抗压强度、弹性模量产生显著的劣化作用^[16];另有研究认为,硫酸盐对水泥稳定砂砾后期强度的形成有抑制作用,抗压强度随龄期的延长不增反降^[17]。沙爱民、薛兴喜、杨万里等通过试验研究了粗集料含量对水泥稳定碎石、水泥稳定花岗岩风化料材料性能的影响规律,以及不同胶结料的花岗岩风化料的路用性能^{[18, 19, 20, 21, 22, 23]},上述研究均未对可溶盐水环境下水泥稳定花岗岩风化料的材料性能进行系统地分析。

本研究通过室内试验,分析了标准养生、浸水养生、可溶盐溶液养生条件下3种粗集料含量的水泥稳定花岗岩风化料的力学性能、抗冻性能、抗冲刷性能等材料特性,提出了力学性能优越、水温稳定性好、耐腐蚀性强的水泥稳定花岗岩风化料的配合比,为滨海水泥稳定花岗岩风化料底基层材料的配合比设计提供依据。

可溶盐对水泥稳定半刚性基层材料的腐蚀机理类似于混凝土材料,主要分为化学腐蚀和物理腐蚀。化学腐蚀主要是可溶盐与水泥水化物发生化学反应而导致破坏;物理腐蚀是指可溶盐结晶对其产生破坏。

(1)氯盐腐蚀。氯盐腐蚀是沿海混凝水泥稳定类腐蚀破坏最重要的原因之一。氯盐可来自于外部的海水、海雾、融雪盐。水泥稳定类材料中的Ca (OH)₂、3CaO·2Al₂O₃·3H₂O 等起反应,生成易溶的CaCl₂和带有大量结晶水、比反应物体积大几倍的固相化合物。盐类结晶均会产生一定的结晶压,且随温度升高结晶压也会增大^[24],造成材料的膨胀破坏^[25]。

(2)硫酸盐腐蚀。硫酸盐也是破坏水泥稳定类材料的一个重要因素,与氯盐的腐蚀机理类似,硫酸盐进入水泥稳定类材料后,与某些成分反应,生成物能够吸水而使体积膨胀,当膨胀应力达到一定程度时就会造成结构的破坏。这种腐蚀作用在不同条件下又有两种表现形式:E盐破坏和G盐破坏。

E盐破坏即钙钒石膨胀破坏,或称高硫铝酸钙膨胀破坏,生成物的体积是反应物的1.5倍或更多,呈针状结晶,引起很大的内应力,其破坏特征是在表面出现几条较粗大的裂缝。G盐破坏即石膏膨胀破坏,当溶液中${\text{SO}}_4^{2 - }$的体积浓度大于1000mL／L时,${\text{SO}}_4^{2 - }$可与Ca (OH)₂反应生成石膏晶体,生成的CaSO₄·2H₂O体积增大为原来的1.24倍,导致水泥稳定类材料及水泥硬化浆体因内应力而破坏,其破坏特征是构筑物表面没有粗大裂纹但遍体溃散^[25]。

(3)镁盐的腐蚀。镁盐渗入水泥稳定类材料中将和Ca(OH)₂发生反应,大量的Ca(OH)₂与镁盐反应后,碱度降低,水化硅酸钙和水化铝酸钙便易与呈酸性的镁盐起反应,生成的Mg(OH)₂还能与铝胶、硅胶缓慢反应,结果使水泥的粘结力减弱,导致水泥稳定类材料强度降低^[25]。

可溶盐随着溶液的流动进入水泥稳定类材料的孔隙中,对结构物产生由外到内的破坏。其与水泥水化物反应生成的可溶物进入溶液中,会使结构物表面产生明显的颗粒感,见图1;另一方面可溶盐本身以及化学反应的生成物产生的结晶体会在结构物表面及孔隙中产生堆积,并且其体积数倍于反应物,晶胀作用可使结构物表面产生粗大的裂缝,如图2。在北方近海环境下,路面裂隙的发育将加速含盐水的入渗,进一步加剧水泥稳定半刚性材料的腐蚀,同时加速路面结构的水损坏,路面结构功能迅速恶化。

图1(Fig.1)

图1 试件表面出现颗粒及结晶体 Fig.1 Particle and crystal appeared on the specimen surface

图2(Fig.2)

图2 晶胀作用下试件开裂 Fig.2 The specimen cracking under crystal expansion

设计3种不同粗集料含量(质量分数,下同)的水泥稳定花岗岩风化料,结合料为32.5号普通硅酸盐水泥,集料组成包括20～30mm花岗岩碎石、20～10mm花岗岩碎石、花岗岩风化料,材料各项技术指标均满足相关规范要求,具体配比见表1。

表1(Table 1)

表1 水泥稳定花岗岩风化料级配组成Table 1 The gradation composition of cement stabilized weathered granite material 配比编号 水泥含量／％ 花岗岩碎石含量／％ 风化料含量／％ 20~30mm 10~20mm A 4.5 12 8 80 B 4.5 20 10 70 C 4.5 26 14 60

表1 水泥稳定花岗岩风化料级配组成 Table 1 The gradation composition of cement stabilized weathered granite material

试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51—2009),制备150mm×150mm圆柱形试件,分别进行7、28、90d无侧限抗压强度,90d劈裂试验,90d抗压回弹模量试验,28d冻融试验,28d抗冲刷试验。试件压实度为97％。每个试验分标准养生、浸水(清水)、浸溶液(NaCl浓度为2mol／L,MgSO₄浓度为0.5mol／L的混合溶液)3组对比试验。具体试件养生方式见表2。

美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials,ASTM)的ASTM C452和ASTM C1012主要是通过测试试件的膨胀率来判断水泥砂浆硫酸盐侵蚀破坏的程度。我国的《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》(GB／T 749—1965) 和《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》(GB／T 2420—1981) 是通过测试不同龄期试件在侵蚀盐溶液中的抗折强度与在清水中的抗折强度之比,即抗蚀系数,来评定或比较水泥的抗硫酸盐侵蚀性能,这些方法基本能够满足盐溶液对混凝土化学侵蚀的评价要求。本试验针对路面结构材料的特点,从无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性能、抗冲刷性能5个方面,对水泥稳定花岗岩风化料的抗腐蚀性能进行分析,其中无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量采用抗腐蚀系数作为评价指标。

试验中相同龄期、相同材料的某一指标的浸水养生的测定值与标准养生的测定值的比值为该种材料的某一指标的抗软化系数K_r。

相同龄期、相同材料的某一指标的浸溶液养生的测定值与浸水养生的测定值的比值为该种材料的某一指标的抗腐蚀系数K_f。

表2(Table 2)

表2 试件养生方式Table 2 The curing methods of specimens 试件类型 7d 28d 90d 标准 浸水 浸溶液 标准 浸水 浸溶液 标准 浸水 浸溶液 1 6d 6d 27d 6d 6d 89d 6d 6d 标准 — 标准 标准 标准 标准 标准 标准 标准 养生 养生 养生 养生 养生 养生 养生 养生 2 1d — 1d 1d 22d 22d 1d 84d 84d 浸清水 浸溶液 浸清水 浸清水 浸溶液 浸清水 浸清水 浸清液

表2 试件养生方式 Table 2 The curing methods of specimens

3种配比的水泥稳定花岗岩风化料7、28、90d无侧限抗压强度试验结果见表3~表5 及图3~图6。

表3(Table 3)

表3 不同养生条件下3种材料的无侧限抗压强度Table 3 Unconfined compressive strength of three kinds of material under different curing methods 配比编号 养生方式 抗压强度／MPa 7d 28d 90 A 标准 2.1 3.1 4.0 浸水 — 2.5 2.7 浸溶液 1.6 1.5 0.7 B 标准 2.4 3.6 4.8 浸水 — 3.1 3.9 浸溶液 2.3 2.5 2.1 C 标准 2.6 3.7 5.1 浸水 — 3.4 4.4 浸溶液 2.5 3.0 2.8

表3 不同养生条件下3种材料的无侧限抗压强度 Table 3 Unconfined compressive strength of three kinds of material under different curing methods

表4(Table 4)

表4 3种材料的抗软化系数Table 4 Softening-resistance coefficients of three kinds of material 配比编号 抗软化系数 7d 28d 90d 抗软化系数 系数增量 抗软化系数 系数增量 抗软化系数 系数增量 A — — 0.806 — 0.675 — B — — 0.861 0.055 0.813 0.138 C — — 0.919 0.058 0.863 0.050

表4 3种材料的抗软化系数 Table 4 Softening-resistance coefficients of three kinds of material

表5(Table 5)

表5 三种材料的抗腐蚀系数Table 5 Corrosion-resistance coefficients of three kinds of material 配比编号 抗腐蚀系数 7d 28d 90d 抗腐蚀系数 系数增量 抗腐蚀系数 系数增量 抗腐蚀系数 系数增量 A 0.762 — 0.600 — 0.259 — B 0.958 0.196 0.806 0.206 0.538 0.279 C 0.962 0.004 0.882 0.076 0.636 0.098

表5 三种材料的抗腐蚀系数 Table 5 Corrosion-resistance coefficients of three kinds of material

图3(Fig.3)

图3 A配比水泥稳定花岗岩风化料无侧限抗压强度 Fig.3 Unconfined compressive strength of A gradation cement stabilized weathered granite material

图4(Fig.4)

图4 B配比水泥稳定花岗岩风化料无侧限抗压强度 Fig.4 Unconfined compressive strength of B gradation cement stabilized weathered granite material

图5(Fig.5)

图5 C配比水泥稳定花岗岩风化料无侧限抗压强度 Fig.5 Unconfined compressive strength of C gradation cement stabilized weathered granite material

图6(Fig.6)

图6 3种水泥稳定花岗岩风化料不同龄期的抗腐蚀系数 Fig.6 Corrosion-resistance coefficient of the different ages of three kinds of cement stabilized weathered granite material

分析表3~表5;图3~图6可得试验结果如下:

(1) 随着龄期的增长,3种材料在标准养生、浸水养生条件下的无侧限抗压强度均呈现增长趋势。而在可溶盐养生条件下,粗集料含量20％的材料表现最差,无侧限抗压强度一直呈下降趋势,90d的抗腐蚀系数仅为0.259;粗集料含量30％、40％的两种材料明显优于粗集料含量20％的材料,其强度呈现初期增加后期下降的趋势,其90d的抗腐蚀系数均为粗集料含量20％材料的2倍以上。随着龄期的增长,3种材料的抗软化系数、抗腐蚀系数均呈现降低趋势,其中抗腐蚀系数下降显著。说明长期的水环境,特别是存在腐蚀介质的水环境对材料抗压强度的形成极为不利;对于材料的无侧限抗压强度,粗集料含量增加至30％以上,材料的抗腐蚀能力显著增强,腐蚀条件下早期强度略有增加,但后期强度仍会降低。

(2) 随着粗集料含量的增加,相同养生和龄期条件下水泥稳定花岗岩风化料的无侧限抗压强度呈现增长趋势,粗集料含量由20％增加到30％,材料的抗压强度增加显著;粗集料含量由30％增加到40％,抗压强度增幅较小。随着粗集料含量的增加,同龄期的水泥稳定花岗岩风化料的抗软化系数、抗腐蚀系数均呈现增长趋势。与粗集料含量由30％增加到40％相比,粗集料含量由20％增加到30％时,除28d龄期的抗软化系数外,材料抗软化系数、抗腐蚀系数增长幅度更大,一般为粗集料含量由30％增加到40％增幅的3倍左右。说明粗集料含量的增加,不仅能够提高水泥稳定花岗岩风化料的抗压强度,而且能够改善材料的水稳定性,增强其抗可溶盐腐蚀的能力;较粗集料含量由30％增加到40％,粗集料含量由20％增加到30％时材料的抗压强度增加、抗软化和耐腐蚀性能的改善更为显著。

劈裂强度(90d)试验结果见表6~表7与图7~图8。

表6(Table 6)

表6 不同养生条件下3种材料的劈裂强度Table 6 Three kinds of material cleavage strength under different curing methods 配比编号 劈裂强度／MPa 标准 浸水 浸溶液 A 0.42 0.25 0.07 B 0.40 0.30 0.12 C 0.39 0.32 0.21

表6 不同养生条件下3种材料的劈裂强度 Table 6 Three kinds of material cleavage strength under different curing methods

表7(Table 7)

表7 三种材料的劈裂强度抗软化及抗腐蚀系数Table 7 Cleavage strength softening-resistance and corrosion- resistance coefficient of three kinds of material 配比编号 抗软化系数 系数增量 抗腐蚀系数 系数增量 A 0.595 — 0.280 — B 0.750 0.155 0.400 0.120 C 0.821 0.071 0.656 0.256

表7 三种材料的劈裂强度抗软化及抗腐蚀系数 Table 7 Cleavage strength softening-resistance and corrosion- resistance coefficient of three kinds of material

图7(Fig.7)

图7 不同养生条件下水泥稳定花岗岩风化料劈裂强度随粗集料含量变化趋势 Fig.7 Cement stabilized weathered granite material cleavage strength variation trend under different curing methods with coarse aggregate content changing

图8(Fig.8)

图8 水泥稳定花岗岩风化料劈裂强度损失系数随粗集料含量变化趋势 Fig.8 Cement stabilized weathered granite material cleavage strength loss coefficient variation trend with coarse aggregate content changing

分析表6~表7与图7~图8可得如下结论:

(1)长期的水环境,特别是存在腐蚀介质的水环境对材料劈裂强度的形成极为不利。

(2)标准养生条件下,随粗集料含量的增加,水泥稳定花岗岩风化料的劈裂强度呈缓慢降低的趋势。这是因为半刚性材料的抗拉强度主要取决于无机结合料的胶结作用,在粗集料少的情况下,混合料比表面积更大,无机结合料可以更好地发挥胶结作用。

(3)在浸水、盐溶液养生条件下,随着粗集料含量的增加,水泥稳定花岗岩风化料的劈裂强度近乎线性增加,特别是在盐溶液环境下劈裂强度增加更为显著:粗集料含量每增加10％,劈裂强度增加约1倍。随着粗集料含量的增加,劈裂强度抗软化系数、抗腐蚀系数也显著增大;与粗集料含量由30％增加到40％相比,粗集料含量由20％增加到30％,材料的抗软化系数增幅较大而抗腐蚀系数增幅较小。说明粗集料含量的增加,能够显著改善材料在水、盐溶液环境,特别是在盐溶液环境下的抗拉性能,这对于以拉应力为主要控制指标的基层材料至关重要;粗集料含量由20％增加到30％,材料在水环境下的抗拉性能改善更明显;而粗集料含量由30％增加到40％,材料在可溶盐腐蚀环境下抗拉性能的改善更为显著。

抗压回弹模量(90d)试验结果见表8~表9与图9~图10。

表8(Table 8)

表8 不同养生条件下3种材料的抗压回弹模量Table 8 Compression rebound modulus of three kinds of material under different curing methods 配比编号 抗压回弹模量／MPa 标准 浸水 浸溶液 A 892 583 39 B 1067 837 234 C 1208 989 645

表8 不同养生条件下3种材料的抗压回弹模量 Table 8 Compression rebound modulus of three kinds of material under different curing methods

表9(Table 9)

表9 3种材料的抗压回弹模量抗软化及抗腐蚀系数Table 9 Compression rebound modulus softening-resistance and corrosion-resistance coefficient of three kinds of material 配比编号 抗软化系数 系数增量 抗腐蚀系数 系数增量 A 0.654 — 0.067 — B 0.784 0.130 0.280 0.213 C 0.819 0.035 0.652 0.372

表9 3种材料的抗压回弹模量抗软化及抗腐蚀系数 Table 9 Compression rebound modulus softening-resistance and corrosion-resistance coefficient of three kinds of material

图9(Fig.9)

图9 不同养生条件下水泥稳定花岗岩风化料抗压回弹模量随粗集料含量变化趋势 Fig.9 Cement stabilized weathered granite material compression rebound modulus variation trend under different curing methods with coarse aggregate content changing

分析表8、表9与图9、图10试验数据可得如下结论:

(1) 在相同养生条件下,随着粗集料含量的增加,水泥稳定花岗岩风化料的抗压回弹模量均呈现增大的趋势;标准养生、浸水养生条件下,随粗集料含量增加,抗压回弹模量增长规律基本相似:粗集料含量每增加10％,抗压回弹模量增加200MPa左右。盐溶液养生条件下,粗集料含量20％的材料抗压回弹模量仅为39MPa;随粗集料含量增加,材料的抗压回弹模量显著增加,粗集料含量由20％增加至30％,抗压回弹模量增加了195MPa,粗集料含量由30％增至40％,抗压回弹模量增加了411MPa,增长更为显著。

图10(Fig.10)

图10 水泥稳定花岗岩风化料抗压回弹模量损失系数 Fig.10 Compression rebound modulus loss coefficient variation trend of cement stabilized weathered granite material with coarse aggregate content changing

(2) A材料的抗压回弹模量抗腐蚀系数很低,仅为0.067。随着粗集料含量的增加,水泥稳定花岗岩风化料的抗软化系数、抗腐蚀系数也逐渐增大。粗集料含量由20％增至30％、40％,抗压回弹模量抗软化系数由0.654增至0.784、0.819,而抗压回弹模量抗腐蚀系数由0.067增至0.280、0.652,抗腐蚀系数的增长更为显著。

上述结果表明,长期水环境和盐溶液环境下,水泥花岗岩风化料的刚度均呈下降趋势,其结构支撑能力减弱;粗集料含量的增加对提高花岗岩风化料底基层结构的支撑能力是有利的;在长期水环境下,将粗集料含量由20％增加到30％,对提高材料刚度的效果更为显著;在长期盐溶液环境下,粗集料含量过低(小于20％)的水泥稳定花岗岩风化料结构支撑能力极差,较高的粗集料含量(40％)对提高材料的抗压回弹模量效果更为显著。

为研究风化料的抗冻性能,对3组材料进行了不同条件下的冻融试验,见图11、图12。

3种养生条件下试件28d冻融试验结果见表10、表11。

分析表10、表11的数据可知:

3种养生条件下,冻融循环后试件抗压强度均不同程度的降低,其中浸水养生条件下冻融后试件抗压强度的降低程度与标准养生条件差别不大,而在可溶盐养生环境下冻融后试件抗压强度的降低十分显著;粗集料含量的增加有利于提高水泥稳定花岗岩风化料的抗冻性能,与粗集料含量由30％增加到40％相比,粗集料含量由20％增加到30％对于改善水泥稳定花岗岩风化料的抗冻性能效果更为显著。

图11(Fig.11)

图11 标准养生试件冻融循环后外观 Fig.11 Specimen appearance under standard curing condition after freeze-thaw cycles

图12(Fig.12)

图12 腐蚀养生试件冻融循环后外观 Fig.12 Specimen appearance under corrosion curing condition after freeze-thaw cycles

表10(Table 10)

表10 不同养生条件下3种材料冻融循环前后的无侧限抗压强度Table 10 Unconfined compressive strength of three kinds of material before and after freeze-thaw cycles under different curing methods 配比编号 标准 浸水 浸溶液 对比试件强度Rc／MPa 5次冻融循环后试件强度RDC／MPa 对比试件强度Rc／MPa 5次冻融循环后试件强度RDC／MPa 对比试件强度Rc／MPa 5次冻融循环后试件强度RDC／MPa A 3.1 2.7 2.5 1.8 1.5 0.6 B 3.6 3.4 3.1 2.7 2.5 1.2 C 3.7 3.5 3.4 3.1 3.0 1.5

表10 不同养生条件下3种材料冻融循环前后的无侧限抗压强度 Table 10 Unconfined compressive strength of three kinds of material before and after freeze-thaw cycles under different curing methods

表11(Table 11)

表11 不同养生条件下3种材料冻融循环后的无侧限Table 11 Compressive strength loss of three kinds of material unconfined after freeze-thaw cycles under different curing methods 配比编号 5次冻融后试件的无侧限抗压强度损失BDR／％ 标准 浸水 浸溶液 A 87.10 72.00 40.00 B 94.44 87.10 48.00 C 94.59 91.18 50.00

表11 不同养生条件下3种材料冻融循环后的无侧限 Table 11 Compressive strength loss of three kinds of material unconfined after freeze-thaw cycles under different curing methods

不同养生条件下水泥稳定花岗岩风化料试件抗冲刷试验结果见表12、表13。

试件冲刷30min后的试验结果表明:

(1) 随着粗集料含量的增加,在标准养生、浸水养生条件下,3种材料冲刷试验后的质量损失P逐渐减小;与粗集料含量由30％增加到40％相比,粗集料含量由20％增加到30％时,试件质量损失降幅更大,抗冲刷性能提升更明显;

表12(Table 12)

表12 不同养生条件下三种材料的冲刷物质量Table 12 Three kinds of material scouring object mass under different curing methods 配比编号 标准养生 浸水养生 浸盐溶液养生 试件质量m0／g 冲刷物质量mf／g 试件质量m0／g 冲刷物质量mf／g 破坏时的加载循环次数 备注 A 6009.8 1.88 6041.8 2.39 500 此组在试验 B 6131.7 1.38 6147.2 1.65 2400 过程中试件 C 6115.8 1.29 6126.9 1.45 3000 破碎。

表12 不同养生条件下三种材料的冲刷物质量 Table 12 Three kinds of material scouring object mass under different curing methods

表13(Table 13)

表13 不同养生条件下3种材料冲刷后的质量损失Table 13 Three kinds of material mass loss after scouring under different curing methods 配比编号 P／％ 标准养生 浸水养生 浸盐溶液养生 A 0.031 0.040 — B 0.023 0.027 — C 0.021 0.024 —

表13 不同养生条件下3种材料冲刷后的质量损失 Table 13 Three kinds of material mass loss after scouring under different curing methods

(2) 经可溶盐腐蚀养生的试件在抗冲刷试验过程中均发生破碎,未完成30min的抗冲刷试验。但随着粗集料含量的增加,试件破碎时的加载循环次数逐渐增大,特别是粗集料含量由20％增加到30％时,试件所能承受的循环加载次数增加了1900次,抗冲刷性能提高显著。

上述结果表明,将水泥稳定花岗岩风化料中粗集料含量由20％增加到30％,对于提高材料的抗冲刷性能效果显著。

本研究通过不同粗集料含量、不同养生条件下的水泥稳定花岗岩风化料的材料性能试验,对粗集料含量对风化料抗可溶盐腐蚀性能进行了研究,得到如下结论:

(1) 长期的水环境和可溶盐腐蚀环境对水泥稳定花岗岩风化料强度、刚度的形成和水温稳定性是不利的,特别是存在腐蚀介质的水环境会导致材料性能的迅速衰减;

(2) 粗集料含量过低(小于20％)的水泥稳定花岗岩风化料强度和刚度偏低,水温稳定性差,抗冲刷能力低,特别是在长期水环境和可溶盐腐蚀环境下,材料表现出极差的物理力学性能;

(3) 随粗集料含量的增加,除标准养生条件下水泥稳定花岗岩风化料的劈裂强度略有降低外,增加水泥稳定花岗岩风化料中粗集料的含量,对于改善该类材料的物理力学性能,特别是改善长期水环境和可溶盐腐蚀环境下的材料性能效果显著;

(4) 水泥稳定花岗岩风化料中粗集料含量由20％增加到30％,对于改善各种环境下材料的抗压性能和水温稳定性,以及长期水环境下材料的抗拉性能和刚度的效果更为显著;粗集料含量由30％增加到40％,对于改善材料在可溶盐腐蚀环境下的抗拉性能和刚度的效果更为显著;

(5) 综合不同环境下水泥稳定花岗岩风化料的材料性能,建议在可溶盐环境较严重的区域,水泥稳定花岗岩风化料底基层材料采用40％的粗集料含量,而在其他区域可采用30％的粗集料含量。

目前对于可溶盐腐蚀环境下花岗岩区路面材料性能的研究很少,上述研究结论对于分析寒冷滨海花岗岩区道路病害机理、优化水泥稳定花岗岩风化料材料设计、减少道路路面结构病害具有理论和工程意义。为了全面分析区域内沥青路面的病害机理,应进一步研究可溶盐腐蚀与冰冻环境下沥青面层以及水泥稳定花岗岩基层材料的工程特性。