一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中三因素水平的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程材料技术领域，具体涉及一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中 三因素水平的确定方法。
【背景技术】
[0002] 水泥稳定碎石混合料因具有强度高、刚度大、整体性能优良、水稳性和抗冻性较好 等优点而成为我国高等级公路的首选基层材料。但是此类基层材料存在着易产生裂缝的致 命缺陷，进而易引发路面其它病害的产生。
[0003] 橡胶粉是一种高弹性材料，对收缩变形具有一定的抑制作用，在此基础上通过对 其力学性能进行验证，探讨其成型工艺，使其能达到完好的规范要求，从而应用于水泥稳定 碎石基层中。同时，橡胶粉中含有一定量的纤维，这些纤维也能有效地抑制和减少收缩变形 的产生。
[0004] 国内对于将橡胶粉加入到水泥稳定碎石基层中的研宄刚刚起步，目前研宄最多的 是将橡胶粉加入到水泥混凝土中。橡胶是有机物，水泥混凝土是无机的，两者结合曾使人们 对其相容性及耐用性产生顾虑。
[0005] Eldin和Khatib等人研宄表明，采用橡胶粉和橡胶块分别替代砂和石子制备的水 泥基材料，其韧性显著提高，此类材料不但可以承受部分弯曲应力，还能够阻止微裂缝的扩 展，同时延缓新裂缝的产生，表现出显著的延性破坏特征。F. Hernandez-Olivares基于对不 同体积含量橡胶粉的棱柱形试件进行循环载荷试验，认为橡胶水泥混凝土具有良好的抗疲 劳性能，将其作为路面材料是经济可行的。朱涵等人指出弯拉强度不小于5. 5MPa、抗压强度 不小于35MPa的橡胶水泥混凝土路面板在标准轴载的作用下，可达到50-100万次弯曲疲劳 循环，在任何温度下均不会出现车辙。何勇对将橡胶粉应用于水泥稳定碎石基层进行了研 宄，发现其力学性能变化规律，指出橡胶粉改性水泥稳定碎石的温缩性能和干缩性能可得 到大幅度提升。
[0006] 基于上述研宄成果可知，利用橡胶粉对水泥稳定碎石进行改性处理，可显著提高 水泥稳定碎石基层的韧性、抗裂性、抗疲劳强度以及抗冻性。但是，目前国内外对将橡胶粉 应用于水泥稳定碎石基层的研宄还处于起步阶段，对于橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中 各个参数的合理用量还没有系统的研宄，然而在各个参数中，橡胶粉添加量、橡胶粉粒径、 水泥剂量三因素的合理匹配关系起决定性作用，因此，开发一种确定橡胶粉改性水泥稳定 碎石混合料中三因素水平的方法具有积极的社会经济意义。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料 中三因素水平的确定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0008] 步骤一：确定橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中三因素的水平，利用正交试验设 计方法进行试验设计；
[0009] 步骤二：根据正交试验设计结果，设计橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的击实试 验；
[0010] 步骤三：根据橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的击实试验结果，分析三因素对橡 胶粉改性水泥稳定碎石混合料最大干密度的影响；
[0011] 步骤四：根据橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的击实试验结果，配制橡胶粉改性 水泥稳定碎石混合料，并对其进行无侧限抗压强度试验；
[0012] 步骤五：根据橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度试验结果，分析 三因素对橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度的影响；
[0013] 步骤六：根据橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度须满足设计规范 的要求，确定橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中三因素水平的匹配关系。
[0014] 橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料的力学性能受很多因素的影响，比如集料的颗粒 组成、橡胶粉粒径、橡胶粉添加量、水泥剂量、养护条件等，其中水泥剂量、橡胶粉粒径、橡胶 粉添加量是起决定作用的三个因素。本发明采用三因素三水平正交试验设计方法，通过无 侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验分析水泥剂量、橡胶粉粒径、橡胶粉添加量三因素 在不同水平下对橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料力学性能的影响，以橡胶粉改性水泥稳定 碎石混合料无侧限抗压强度为设计指标，确定水泥剂量、橡胶粉粒径、橡胶粉添加量三因素 之间的匹配关系，进而确定三因素的最佳水平值。
[0015] 优选的是，所述正交试验为三因素三水平正交试验。正交试验是具有效率高、速度 快、成本低的试验设计方法，但是试验次数较多。采用三因素三水平正交试验设计，按照正 交表安排试验，只需做九次试验即可，这样可大大减少工作量，而且能够确保试验结果的准 确性，同时能够从九次试验中找到三因素的最佳匹配关系。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，所述三因素为水泥剂量、橡胶粉粒径、橡胶粉添加 量。水泥剂量、橡胶粉粒径、橡胶粉添加量是影响橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料力学性能 最重要的因素，因此将其作为正交试验的三因素。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，所述水泥剂量的三水平为5. 0%、6. 0%、7. 0%。当水 泥剂量尚于7. 〇%时，会造成水泥的浪费，提尚了成本，而当水泥剂量低于5. 0%时，所制备 的水泥稳定碎石混合料的强度会过低。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述橡胶粉粒径的三水平为830 μπι、380 μπι、 180 μ m。 830 μ m，艮P 20 目；380 μ m，艮MO 目；180 μ m，艮P 80 目。当月交?半立830 μ m 时，橡胶粉粒径过粗，其与水泥稳定碎石混合料的结合不好，而当橡胶粉粒径小于180 μ m 时，橡胶粉粒径过细，会给加工带来困难。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，所述橡胶粉添加量的三水平为1.0%、1.5%、2.0%。 当橡胶粉添加量高于2.0%时，会造成橡胶粉的浪费，提高了成本，而当橡胶粉添加量低于 I. O %时，所制备的水泥稳定碎石混合料的强度会过低。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，步骤四中，对橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料进行 劈裂抗弯拉强度试验。
[0021] 在上述任一方案中优选的是，步骤五中，分析三因素对橡胶粉改性水泥稳定碎石 混合料劈裂抗弯拉强度的影响。
[0022] 在上述任一方案中优选的是，步骤四中，测试橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料在 不同龄期的无侧限抗压强度。
[0023] 在上述任一方案中优选的是，所述不同龄期为7天、28天、90天。
[0024] 在上述任一方案中优选的是，步骤四中，测试橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料在 90天的劈裂抗弯拉强度。
[0025] 在上述任一方案中优选的是，步骤五中，利用极差分析三因素对橡胶粉改性水泥 稳定碎石混合料无侧限抗压强度的影响。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，步骤五中，利用极差分析三因素对橡胶粉改性水泥 稳定碎石混合料无侧限抗压强度和劈裂抗弯拉强度的影响。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，步骤六中，橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料在7天 的无侧限抗压强度须满足设计规范的要求。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料作为路面基层 时，其压实度（试块成型所用压实度均为90%)及7天无侧限抗压强度必须满足《公路沥 青路面设计规范》（JTCD50-2006)中关于基层的规定。
[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料中三因素水 平的匹配关系为，满足轻交通规定时，水泥剂量5.0%、橡胶粉粒径180 μm、橡胶粉添加量 2. 0%〇
[0029] 在上述任一方案中优选的