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聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂抗冲刷性能试验研究 　　摘要：通过抗冲刷试验,对不同纤维掺量的聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂的抗冲刷性能进行了试验研究,并与水泥灰土稳定砂进行了对比,并分析材料强度特性与抗冲刷性能的关系，最后对纤维的增强机理进行初步分析。结果表明,聚丙烯纤维的掺入显著提高了水土稳定砂的抗冲刷性能,同时短时间不如长时间的冲刷试验更能准确反映材料的抗冲刷性能;最后,推荐了一组经济合理的聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂的配合比 　　关键词：聚丙烯纤维；水泥灰土稳定砂；抗冲刷性能；机理分析 　　中图分类号：TQ325文献标识码： A 　　1 引言 　　信阳地区河砂资源丰富，因此该市交通部门将水泥灰土稳定砂应用于修建各种路面的基层结构。虽然水泥灰土稳定砂有着优越的工程特性及经济优势，但也暴露出一些缺点。该地区降雨充沛，由于雨水渗入冲刷而产生的卿泥现象是经常存在的，并随着交通量和汽车轴载的增加，基层强度大大降低，从而导致沥青路面过早破坏。聚丙烯纤维能解决工程结构中常见的变形问题，在静载和重复荷载的作用下，能改变应力分布和应力传播，从而改善土体的受力性能。综上因素，本文通过在水泥灰土稳定砂中掺入聚丙烯纤维，进行水泥灰土稳定砂抗冲刷性能的试验研究，对为以后的应用提供试验依据。 　　2 原材料及试验设计 　　2.1土 　　土为新县-东双河公路段开采的低液限粘土，其指标见表1。 　　 　　 　　2.2 河砂 　　采用本地的淮河的天然级配河砂，砂为中粗砂。颗粒分析见表2。 　　 　　 　　 　　 　　 　　2.3 其他 　　水泥为河南同力标号为32.5的普遍硅酸盐水泥，其指标见表3。石灰为当地生产，其具体技术指标见表4所示。纤维选用武汉汉森刚纤维有限责任公司生产的改性聚丙烯纤纤维，其指标见表5。 　　 　　 　　 　　2.4试验方案及方法 　　本研究对比分析水泥灰土稳定砂、掺聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂两种方案的抗冲刷性能。水泥灰土稳定砂混合料组成为：水泥:石灰:土:砂=6:4:26:64（下称“原方案”）；掺聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂混合料组成为：（1）6：4：26：64：0.03；（2）6：4：26：64：0.04；（3）6：4：26：64：0.05；（4）6：4：26：64：0.06；（5）6：4：26：64：0.07。 　　采用沙爱民教授提出的MTS材料试验平台，具体如下：为了固定试件，设计了一个能将试件固定住同时又能与MTS底座相连的盛水冲刷桶,利用材料试验系统MTS的压力头,以某一压力及加载频率对试件顶面进行反复加卸载,模拟实际基层水冲刷作用[3]。2.5 试件制备及养护 　　采用直径×高=150 mm×150 mm的圆柱体试件，按照必威体育精装版规范《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51—2009）成型，并标准养生，现有关于基层材料冲刷性能的研究,均是在材料处于较短龄期(如90d)时进行的,而实际路面建成使用的初期,由于路面结构完好,路表水或地下水难以渗入基层,基层冲刷不会发生。因此,为尽量模拟实际,有意选择养生龄期为180 d的试件进行试验。 　　2.6试验荷载及频率控制 　　对于沥青路面结构而言,标准车轮荷载下面层表面的单位压力约为0.7MPa,基层顶面的单位压力随面层厚度不同在0.5—0.7MPa间变化。当车辆超载时,基顶单位压力将超过0.7MPa,且随着荷载作用力的增加,基层材料的冲刷量有较大幅度增长;而当冲刷荷载作用力和作用次数不变时,频率的增加对冲刷量的影响不大[4]。因此,该试验取较高的冲刷荷载作用力0.7MPa和0.8MPa,同时考虑公路行车速度、交通量以及试验装置运作的稳定性,取荷载频率为15Hz。 　　3结果与分析 　　3.1抗冲刷性能试验结果分析 　　 　　 　　 　　荷载作用0.7MPa荷载作用0.8MPa 　　图1冲刷荷载频率为15hz时不同配比聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂及原方案的冲刷曲线 　　根据试验结果可知:1)各材料的冲刷量随冲刷时间的延长呈明显的增长趋势。对于聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂无论其纤维的多少,其抗冲刷性能与原方案相比均有大幅度的提高。幅度均在20%以上，同时随荷载作用力的增加，提高幅度更加明显。可见，聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂抵抗抗冲刷能力优于原方案[5]。2)对于聚丙烯纤维水泥灰土稳定砂，当冲刷荷载为0.7 MPa时,冲刷量随纤维掺量增加而减小;当冲刷荷载增大到0.8 MPa时,在冲刷的前期冲刷曲线斜率大,冲刷量增长较快,后期曲线斜率显著减小,冲刷量随时间延长趋于稳定。3)不同配比聚丙烯纤维灰土稳定砂冲刷曲线的分布规律相互间存在差异,尤其在短时间(30 min)和长时间(60 min)内不尽相同,由于实际路面交通量大,水泥灰土稳定