多元材料協(xié)同作用下煤矸石路面基層性能的試驗(yàn)與優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景在當(dāng)今社會(huì)，工業(yè)的飛速發(fā)展在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)峻的廢棄物處理問(wèn)題。煤矸石作為煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，產(chǎn)量極為可觀。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)煤矸石的年產(chǎn)生量高達(dá)數(shù)億噸，累計(jì)堆存量更是超過(guò)了70億噸，形成了2600余座矸石山，壓占土地面積約1.5萬(wàn)公頃。如此龐大數(shù)量的煤矸石長(zhǎng)期堆放，不僅占用大量寶貴的土地資源，還對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成了多方面的破壞，如土壤污染、水體污染以及生態(tài)系統(tǒng)的失衡。此外，煤矸石中的部分成分還可能引發(fā)自燃，釋放出有害氣體，對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，危害人體健康。因此，實(shí)現(xiàn)煤矸石的資源化利用已成為亟待解決的重要課題。與此同時(shí)，道路建設(shè)作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對(duì)路面基層材料有著持續(xù)且大量的需求。傳統(tǒng)的路面基層材料，如水泥穩(wěn)定碎石等，在生產(chǎn)過(guò)程中往往需要消耗大量的天然資源，并且會(huì)產(chǎn)生較高的能耗和碳排放。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，開(kāi)發(fā)新型、環(huán)保且性能優(yōu)良的路面基層材料成為了道路工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在這樣的背景下，將煤矸石應(yīng)用于路面基層材料中，既能有效解決煤矸石的處置難題，實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用，又能為路面基層材料的發(fā)展提供新的方向。此外，粉煤灰和礦粉作為常見(jiàn)的工業(yè)廢棄物，也具有潛在的路用價(jià)值。粉煤灰是煤炭燃燒后的細(xì)灰，富含硅、鋁等氧化物，具有火山灰活性；礦粉則是由礦石經(jīng)過(guò)粉磨等工藝制成，具有一定的膠凝性能。將它們與煤矸石進(jìn)行合理搭配，并添加纖維等增強(qiáng)材料，可以充分發(fā)揮各材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多元材料的協(xié)同效應(yīng)，有望制備出性能更優(yōu)的路面基層材料。這種多元材料協(xié)同應(yīng)用的趨勢(shì)，不僅符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，也為提高路面基層的性能和使用壽命提供了新的途徑。1.1.2研究意義本研究具有重要的環(huán)保意義。通過(guò)將煤矸石、粉煤灰和礦粉等工業(yè)廢棄物應(yīng)用于路面基層材料，能夠顯著減少這些廢棄物對(duì)環(huán)境的污染和土地資源的占用。煤矸石的大量堆積不僅占用土地，還可能導(dǎo)致土壤和水體污染，而將其用于路面基層，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的“變廢為寶”，降低了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)了資源的循環(huán)利用，符合綠色發(fā)展的理念，有助于推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，使用煤矸石等廢棄物作為路面基層材料的原料，成本相對(duì)傳統(tǒng)材料更為低廉。煤矸石、粉煤灰和礦粉來(lái)源廣泛且價(jià)格較低，能夠降低路面基層材料的生產(chǎn)成本。這對(duì)于大規(guī)模的道路建設(shè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可以節(jié)省大量的材料采購(gòu)費(fèi)用，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，減少對(duì)天然資源的依賴(lài)，也有助于降低因資源短缺或價(jià)格波動(dòng)帶來(lái)的成本風(fēng)險(xiǎn)，保障道路建設(shè)的可持續(xù)性。在技術(shù)層面，本研究致力于探索煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維等多元材料在路面基層中的協(xié)同作用機(jī)制，為開(kāi)發(fā)高性能的路面基層材料提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。通過(guò)研究不同材料的配比、纖維的種類(lèi)和摻量等因素對(duì)路面基層性能的影響，可以優(yōu)化材料的組成設(shè)計(jì)，提高路面基層的強(qiáng)度、耐久性、抗裂性等性能，從而延長(zhǎng)道路的使用壽命，減少道路維修和重建的頻率，提高道路的服務(wù)質(zhì)量和安全性。這對(duì)于推動(dòng)道路工程技術(shù)的進(jìn)步，提升我國(guó)道路建設(shè)的整體水平具有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)煤矸石在路面基層中的應(yīng)用研究開(kāi)展較早。美國(guó)在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始探索將煤矸石用于道路工程，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的煤矸石，其物理力學(xué)性能能夠滿足低等級(jí)道路基層的要求。他們通過(guò)對(duì)煤矸石進(jìn)行破碎、篩分等預(yù)處理，再與水泥等結(jié)合料混合，制備出水泥穩(wěn)定煤矸石基層材料，并對(duì)其強(qiáng)度、耐久性等性能進(jìn)行了測(cè)試分析。在一些礦區(qū)附近的道路建設(shè)中，這種材料得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果，不僅解決了煤矸石的堆放問(wèn)題，還降低了道路建設(shè)成本。在歐洲，德國(guó)和英國(guó)等國(guó)家也對(duì)煤矸石的路用性能進(jìn)行了深入研究。德國(guó)側(cè)重于研究煤矸石的成分特性對(duì)路面基層性能的影響，通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地煤矸石的礦物成分、化學(xué)組成進(jìn)行分析，建立了煤矸石成分與路用性能之間的關(guān)系模型。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了適合德國(guó)道路條件的煤矸石基層材料配合比設(shè)計(jì)方法。英國(guó)則更關(guān)注煤矸石基層材料的長(zhǎng)期性能，通過(guò)長(zhǎng)期的道路試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，研究煤矸石基層在不同氣候條件、交通荷載作用下的性能變化規(guī)律，為煤矸石在道路基層中的長(zhǎng)期應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。關(guān)于粉煤灰在路面基層中的應(yīng)用，美國(guó)和日本處于領(lǐng)先地位。美國(guó)早在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始將粉煤灰用于道路基層，通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，確定了粉煤灰與石灰、水泥等結(jié)合料的合理配比，開(kāi)發(fā)出了粉煤灰穩(wěn)定基層材料。這種材料具有良好的力學(xué)性能和水穩(wěn)定性，在多個(gè)州的道路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。日本則注重粉煤灰的資源化利用和環(huán)境保護(hù)，他們研究了粉煤灰在瀝青路面基層中的應(yīng)用，通過(guò)添加特殊的添加劑，改善了粉煤灰與瀝青的相容性，提高了瀝青路面基層的抗疲勞性能和耐久性。礦粉在路面基層中的應(yīng)用研究，國(guó)外主要集中在歐洲和北美。法國(guó)和加拿大等國(guó)家對(duì)礦粉在水泥穩(wěn)定基層中的作用進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)適量的礦粉可以提高水泥穩(wěn)定基層的強(qiáng)度和耐久性。他們通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)分析，揭示了礦粉在水泥水化過(guò)程中的作用機(jī)制，即礦粉中的活性成分與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的凝膠物質(zhì)，填充了水泥石的孔隙，從而提高了基層材料的密實(shí)度和強(qiáng)度。在纖維增強(qiáng)路面基層材料方面，美國(guó)、德國(guó)和澳大利亞等國(guó)家開(kāi)展了大量研究。美國(guó)研發(fā)了多種纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定基層材料，如聚丙烯纖維、聚酯纖維等，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證明了纖維的加入可以顯著提高基層材料的抗裂性能和韌性。德國(guó)則側(cè)重于研究纖維在瀝青路面基層中的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了纖維增強(qiáng)瀝青碎石基層材料，這種材料在抵抗反射裂縫方面表現(xiàn)出色，在德國(guó)的一些高等級(jí)公路建設(shè)中得到應(yīng)用。澳大利亞則針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝徒煌l件，研究了玄武巖纖維在路面基層中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維可以提高基層材料的耐高溫性能和抗磨損性能，適用于澳大利亞炎熱和重載交通的道路環(huán)境。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)煤矸石在路面基層中的應(yīng)用研究也取得了豐碩成果。許多學(xué)者對(duì)煤矸石的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究了煤矸石的活性激發(fā)方法和穩(wěn)定化處理技術(shù)。通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，提出了多種煤矸石基層材料的配合比設(shè)計(jì)方法。例如，有研究采用水泥和石灰對(duì)煤矸石進(jìn)行復(fù)合穩(wěn)定，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化配合比，制備出的水泥石灰穩(wěn)定煤矸石基層材料具有較高的強(qiáng)度和良好的水穩(wěn)定性，可用于二級(jí)及以下公路的基層。還有研究將煤矸石與其他工業(yè)廢棄物如鋼渣、礦渣等復(fù)合使用，開(kāi)發(fā)出了新型的多元復(fù)合基層材料，進(jìn)一步提高了煤矸石的利用率和基層材料的性能。在粉煤灰的應(yīng)用研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究了粉煤灰在水泥穩(wěn)定基層、二灰穩(wěn)定基層中的作用機(jī)制和最佳摻量。研究表明，粉煤灰的火山灰活性可以與水泥、石灰等結(jié)合料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)，從而提高基層材料的強(qiáng)度和耐久性。在實(shí)際工程中，粉煤灰常與石灰、水泥等組成二灰穩(wěn)定類(lèi)或水泥粉煤灰穩(wěn)定類(lèi)基層材料，廣泛應(yīng)用于各級(jí)公路的基層和底基層。一些地區(qū)還針對(duì)當(dāng)?shù)胤勖夯业奶匦?，開(kāi)展了粉煤灰基層材料的本地化研究，優(yōu)化了配合比設(shè)計(jì)，提高了材料的適用性和性能。國(guó)內(nèi)對(duì)礦粉在路面基層中的應(yīng)用研究主要集中在其對(duì)水泥穩(wěn)定基層性能的改善方面。研究發(fā)現(xiàn)，礦粉可以提高水泥穩(wěn)定基層的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，降低基層材料的收縮性。通過(guò)微觀分析發(fā)現(xiàn)，礦粉的加入細(xì)化了水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，減少了孔隙率，增強(qiáng)了水泥石與集料之間的粘結(jié)力。在實(shí)際工程中，礦粉常作為水泥穩(wěn)定基層的添加劑使用，與水泥、集料等混合制備基層材料，提高基層的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。在纖維增強(qiáng)路面基層材料的研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)多種纖維進(jìn)行了研究，包括聚丙烯纖維、聚酯纖維、碳纖維、玄武巖纖維等。研究表明，纖維的加入可以有效提高基層材料的抗裂性能、抗疲勞性能和韌性。例如，在水泥穩(wěn)定碎石基層中加入適量的聚丙烯纖維，可以顯著減少基層裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展；在瀝青路面基層中加入碳纖維，可以提高基層的抗疲勞性能和承載能力。一些研究還探討了纖維與其他添加劑如減水劑、膨脹劑等的復(fù)合使用效果，進(jìn)一步優(yōu)化了纖維增強(qiáng)基層材料的性能。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足國(guó)內(nèi)外學(xué)者在煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維在路面基層中的應(yīng)用研究方面取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處。在煤矸石的研究中，雖然對(duì)其基本性能和穩(wěn)定化處理技術(shù)有了一定了解，但不同產(chǎn)地煤矸石的性質(zhì)差異較大，缺乏針對(duì)不同性質(zhì)煤矸石的通用處理技術(shù)和配合比設(shè)計(jì)方法。此外，煤矸石在高等級(jí)道路基層中的應(yīng)用研究還不夠深入，其長(zhǎng)期性能和耐久性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。在粉煤灰和礦粉的研究中，雖然對(duì)它們?cè)诨鶎硬牧现械淖饔脵C(jī)制有了一定認(rèn)識(shí)，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，如何準(zhǔn)確控制它們的摻量，以達(dá)到最佳的性能和經(jīng)濟(jì)效益，還需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，粉煤灰和礦粉與其他材料的協(xié)同作用研究還不夠系統(tǒng)，缺乏全面的理論支持。在纖維增強(qiáng)路面基層材料的研究中，雖然對(duì)多種纖維的增強(qiáng)效果進(jìn)行了研究，但纖維的種類(lèi)繁多，性能差異較大，缺乏統(tǒng)一的纖維選擇標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法。此外，纖維與基層材料的界面粘結(jié)性能研究還不夠深入，如何提高纖維與基層材料之間的粘結(jié)力，充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用，也是需要解決的問(wèn)題。綜上所述，目前關(guān)于煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維在路面基層中的應(yīng)用研究仍存在一些空白和不足之處，需要進(jìn)一步深入研究，以推動(dòng)多元材料在路面基層中的協(xié)同應(yīng)用和發(fā)展。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究主要圍繞煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維在路面基層中的協(xié)同作用及性能優(yōu)化展開(kāi)，具體內(nèi)容如下：原材料性能分析：對(duì)煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維的基本物理性能、化學(xué)組成、礦物成分等進(jìn)行全面分析。測(cè)定煤矸石的顆粒級(jí)配、密度、吸水率、壓碎值等物理指標(biāo)，分析其化學(xué)組成中的硅、鋁、鐵、鈣等元素含量，以及礦物成分如黏土礦物、石英、長(zhǎng)石等的含量和特性。對(duì)粉煤灰的細(xì)度、燒失量、需水量比、化學(xué)成分等進(jìn)行檢測(cè)，明確其活性成分和火山灰活性指數(shù)。分析礦粉的比表面積、活性指數(shù)、流動(dòng)度比等性能指標(biāo)，了解其礦物組成和活性來(lái)源。研究纖維的種類(lèi)（如聚丙烯纖維、聚酯纖維、玄武巖纖維等）、長(zhǎng)度、直徑、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等基本性能，為后續(xù)的材料配合比設(shè)計(jì)和性能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。多元材料協(xié)同作用機(jī)制研究：通過(guò)微觀測(cè)試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）、X射線衍射儀（XRD）等，研究煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維在水化過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。分析粉煤灰和礦粉在水泥水化體系中的二次反應(yīng)機(jī)理，以及它們與煤矸石之間的相互作用，揭示多元材料之間的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制。探討纖維在基層材料中的增強(qiáng)增韌機(jī)理，研究纖維與基體材料之間的界面粘結(jié)性能，以及纖維對(duì)裂縫擴(kuò)展的抑制作用機(jī)制。通過(guò)宏觀力學(xué)性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合的方法，建立多元材料協(xié)同作用與路面基層性能之間的關(guān)系模型，為優(yōu)化材料配合比提供理論依據(jù)。配合比設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化：以煤矸石為主要骨料，粉煤灰和礦粉為活性摻合料，纖維為增強(qiáng)材料，采用正交試驗(yàn)、均勻試驗(yàn)等設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行多元材料路面基層配合比設(shè)計(jì)。研究不同材料摻量（如粉煤灰摻量、礦粉摻量、纖維摻量）、配合比（煤矸石與其他材料的比例）以及養(yǎng)護(hù)條件（養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)濕度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間）對(duì)路面基層材料的強(qiáng)度（無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度）、耐久性（抗凍性、抗?jié)B性、抗沖刷性）、抗裂性（干縮性能、溫縮性能）等性能的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，建立性能預(yù)測(cè)模型，優(yōu)化配合比，確定滿足不同道路等級(jí)和使用要求的最佳配合比方案，提高路面基層材料的綜合性能。路用性能評(píng)價(jià)與工程應(yīng)用研究：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)優(yōu)化后的多元材料路面基層進(jìn)行室內(nèi)路用性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，包括承載能力試驗(yàn)（CBR試驗(yàn)、抗壓回彈模量試驗(yàn)）、疲勞性能試驗(yàn)、抗滑性能試驗(yàn)等，全面評(píng)估其在實(shí)際道路使用條件下的性能表現(xiàn)。結(jié)合實(shí)際道路工程，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段鋪筑，監(jiān)測(cè)路面基層在施工過(guò)程中的壓實(shí)度、平整度、厚度等指標(biāo)，以及在通車(chē)后的性能變化情況，如彎沉值、裂縫發(fā)展、車(chē)轍深度等。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，驗(yàn)證多元材料路面基層的實(shí)際工程應(yīng)用效果，為其大規(guī)模推廣應(yīng)用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。同時(shí)，對(duì)工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益進(jìn)行分析評(píng)估，進(jìn)一步論證其應(yīng)用的可行性和優(yōu)勢(shì)。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性、全面性和可靠性，具體方法如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維在路面基層應(yīng)用方面的相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。通過(guò)文獻(xiàn)研究，確定本研究的創(chuàng)新點(diǎn)和研究重點(diǎn)，避免重復(fù)研究，提高研究的起點(diǎn)和水平。試驗(yàn)研究法：原材料性能試驗(yàn)：對(duì)煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維等原材料進(jìn)行物理性能、化學(xué)性能和礦物成分分析試驗(yàn)。采用篩分試驗(yàn)測(cè)定煤矸石的顆粒級(jí)配，用比重瓶法測(cè)定其密度，通過(guò)吸水率試驗(yàn)測(cè)定其吸水性，利用壓碎值試驗(yàn)測(cè)定其強(qiáng)度特性。對(duì)于粉煤灰，通過(guò)篩析法測(cè)定細(xì)度，灼燒法測(cè)定燒失量，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行需水量比和化學(xué)成分分析試驗(yàn)。礦粉的比表面積采用勃氏透氣法測(cè)定，活性指數(shù)和流動(dòng)度比按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。纖維的性能測(cè)試則根據(jù)其種類(lèi)和特性，采用相應(yīng)的試驗(yàn)方法測(cè)定其長(zhǎng)度、直徑、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等性能指標(biāo)。配合比設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)：根據(jù)原材料性能試驗(yàn)結(jié)果，采用正交試驗(yàn)、均勻試驗(yàn)等設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行多元材料路面基層配合比設(shè)計(jì)。按照設(shè)計(jì)好的配合比制備試件，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、抗凍性試驗(yàn)、抗?jié)B性試驗(yàn)、抗沖刷性試驗(yàn)、干縮試驗(yàn)、溫縮試驗(yàn)等，研究不同配合比和材料摻量對(duì)路面基層性能的影響規(guī)律。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。路用性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)：對(duì)優(yōu)化后的多元材料路面基層進(jìn)行室內(nèi)路用性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，包括承載能力試驗(yàn)（CBR試驗(yàn)、抗壓回彈模量試驗(yàn)）、疲勞性能試驗(yàn)、抗滑性能試驗(yàn)等。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采用專(zhuān)業(yè)的試驗(yàn)設(shè)備和儀器進(jìn)行試驗(yàn)，模擬實(shí)際道路使用條件，全面評(píng)估路面基層的路用性能。微觀測(cè)試分析法：運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)，分析水泥石與骨料之間的粘結(jié)情況、纖維與基體的界面結(jié)合狀態(tài)以及材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)等。通過(guò)壓汞儀（MIP）測(cè)試材料的孔隙分布特征，了解孔隙大小、孔隙率等參數(shù)對(duì)材料性能的影響。利用X射線衍射儀（XRD）分析材料的礦物組成和晶體結(jié)構(gòu)，研究水化產(chǎn)物的種類(lèi)和含量變化，揭示材料的水化反應(yīng)機(jī)理和微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。通過(guò)微觀測(cè)試分析，深入了解多元材料在路面基層中的協(xié)同作用機(jī)制，為宏觀性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。數(shù)據(jù)分析與建模法：對(duì)試驗(yàn)研究得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析，采用方差分析、回歸分析等方法，研究不同因素對(duì)路面基層性能的顯著性影響，建立性能與因素之間的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)模型分析，預(yù)測(cè)不同配合比和條件下路面基層的性能，為配合比優(yōu)化和性能調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)材料性能變化規(guī)律，提出合理的材料設(shè)計(jì)和施工建議。工程應(yīng)用驗(yàn)證法：結(jié)合實(shí)際道路工程，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段鋪筑。在試驗(yàn)段施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作，監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)，如壓實(shí)度、平整度、厚度等。在試驗(yàn)段通車(chē)后，定期對(duì)路面基層的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括彎沉值、裂縫發(fā)展、車(chē)轍深度等。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，驗(yàn)證多元材料路面基層在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，為其大規(guī)模推廣應(yīng)用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。同時(shí)，根據(jù)工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化材料配合比和施工工藝，提高工程質(zhì)量和效益。二、原材料性能分析2.1煤矸石性能2.1.1來(lái)源與基本特性本研究中的煤矸石取自[具體煤礦名稱(chēng)]，該煤礦位于[煤礦地理位置]，是一座具有多年開(kāi)采歷史的大型煤礦。煤矸石是在煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，其產(chǎn)量隨著煤炭產(chǎn)量的增加而不斷增多。從化學(xué)成分來(lái)看，煤矸石主要由硅、鋁、鐵、鈣、鎂等元素的氧化物組成，其中SiO?含量約為[X]%，Al?O?含量約為[X]%，F(xiàn)e?O?含量約為[X]%，CaO含量約為[X]%，MgO含量約為[X]%。此外，還含有少量的鉀、鈉、鈦等元素以及未燃盡的碳。這些化學(xué)成分的含量會(huì)因煤矸石的產(chǎn)地、煤層地質(zhì)條件以及開(kāi)采和洗選工藝的不同而有所差異。在礦物組成方面，煤矸石主要包含黏土礦物（如高嶺石、伊利石、蒙脫石等）、石英、長(zhǎng)石以及少量的方解石、黃鐵礦等礦物。其中，黏土礦物的含量較高，約占礦物總量的[X]%，其晶體結(jié)構(gòu)中含有大量的硅氧四面體和鋁氧八面體，具有較好的吸附性和離子交換性。石英和長(zhǎng)石是煤矸石中的主要造巖礦物，它們的硬度較高，對(duì)煤矸石的強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)。方解石和黃鐵礦等礦物的含量相對(duì)較少，但黃鐵礦中的硫元素在一定條件下可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，如在雨水的作用下可能會(huì)產(chǎn)生酸性廢水，污染土壤和水體。煤矸石的物理性質(zhì)也較為復(fù)雜。其顏色多為黑色、灰色或褐色，這主要取決于其中的碳含量和礦物組成。密度一般在2.2-2.8g/cm3之間，堆積密度約為1.3-1.8g/cm3。顆粒級(jí)配范圍較廣，從粗顆粒到細(xì)顆粒都有分布，其中粒徑小于0.075mm的顆粒含量約為[X]%，粒徑在0.075-4.75mm之間的顆粒含量約為[X]%，粒徑大于4.75mm的顆粒含量約為[X]%。煤矸石的吸水性較強(qiáng)，吸水率通常在5%-15%之間，這會(huì)影響其在路面基層中的使用性能，如含水量過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致基層材料的強(qiáng)度降低。此外，煤矸石的壓碎值一般在20%-40%之間，反映出其具有一定的強(qiáng)度，但與傳統(tǒng)的建筑集料相比，強(qiáng)度相對(duì)較低。2.1.2對(duì)路面基層性能的潛在影響煤矸石的強(qiáng)度特性對(duì)路面基層的強(qiáng)度有著重要影響。由于煤矸石的壓碎值相對(duì)較高，其自身強(qiáng)度有限，在路面基層中作為骨料時(shí)，需要與其他材料（如水泥、粉煤灰、礦粉等）配合使用，以提高基層的整體強(qiáng)度。如果煤矸石的強(qiáng)度過(guò)低，在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，可能會(huì)發(fā)生破碎，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)而影響路面的平整度和承載能力。因此，在選擇煤矸石作為路面基層材料時(shí)，需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，確保其滿足一定的強(qiáng)度要求。煤矸石的吸水性較大，這會(huì)使基層材料的含水量難以控制。在施工過(guò)程中，如果煤矸石的含水量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致基層材料的壓實(shí)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而影響基層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外，在路面使用過(guò)程中，含水量的變化會(huì)引起煤矸石的體積膨脹和收縮，長(zhǎng)期作用下可能會(huì)導(dǎo)致基層出現(xiàn)裂縫，降低路面的耐久性。為了減少煤矸石吸水性對(duì)路面基層性能的影響，可以采取一些預(yù)處理措施，如對(duì)煤矸石進(jìn)行晾曬、烘干等，降低其含水量；或者在基層材料中添加一些防水劑、減水劑等外加劑，改善基層材料的水穩(wěn)定性。煤矸石中的化學(xué)成分和礦物組成也會(huì)對(duì)路面基層的性能產(chǎn)生影響。其中的活性成分（如SiO?、Al?O?等）在一定條件下可以與水泥等膠凝材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)，從而提高基層材料的強(qiáng)度和耐久性。然而，煤矸石中含有的硫元素（主要以黃鐵礦等形式存在）在氧化和水解作用下會(huì)產(chǎn)生硫酸，可能會(huì)對(duì)基層材料中的水泥石和鋼筋等產(chǎn)生腐蝕作用，降低基層的使用壽命。此外，煤矸石中的黏土礦物含量較高，黏土礦物的親水性較強(qiáng)，會(huì)進(jìn)一步加劇基層材料的吸水性問(wèn)題，并且在一定程度上會(huì)影響基層材料的壓實(shí)效果。因此，在使用煤矸石作為路面基層材料時(shí)，需要對(duì)其化學(xué)成分和礦物組成進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的措施來(lái)抑制有害成分的影響，如通過(guò)添加堿性物質(zhì)來(lái)中和硫酸，或者對(duì)煤矸石進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的部分黏土礦物和有害雜質(zhì)。2.2粉煤灰性能2.2.1來(lái)源與基本特性本研究采用的粉煤灰取自[具體電廠名稱(chēng)]，該電廠是一座大型火力發(fā)電廠，以煤炭為主要燃料，在發(fā)電過(guò)程中，煤炭在鍋爐內(nèi)經(jīng)過(guò)高溫燃燒（1300-1500℃）后，從煙道排出的煙氣經(jīng)除塵器收集得到粉煤灰。從化學(xué)成分來(lái)看，粉煤灰是一種復(fù)雜的混合物，主要化學(xué)成分為SiO?、Al?O?和Fe?O?，這三種氧化物的總含量通常在70%以上。其中，SiO?含量約為[X]%，它是粉煤灰中含量最高的成分，在后續(xù)與其他材料的化學(xué)反應(yīng)中，起著重要的作用，其活性成分能夠參與火山灰反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)。Al?O?含量約為[X]%，它對(duì)粉煤灰的活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有重要影響，與SiO?協(xié)同作用，共同影響著粉煤灰在路面基層材料中的性能表現(xiàn)。Fe?O?含量約為[X]%，雖然其含量相對(duì)前兩者較低，但在一定程度上會(huì)影響粉煤灰的顏色和磁性等物理性質(zhì)，并且對(duì)粉煤灰的火山灰活性也有一定的促進(jìn)作用。此外，粉煤灰中還含有少量的CaO、MgO、K?O、Na?O、SO?等氧化物，這些微量元素雖然含量較少，但對(duì)粉煤灰的性能也有著不可忽視的影響。例如，CaO含量的高低會(huì)影響粉煤灰的水化活性，當(dāng)CaO含量較高時(shí)，粉煤灰可能具有一定的自硬性，能夠在一定程度上提高路面基層材料的早期強(qiáng)度；MgO的存在可能會(huì)影響粉煤灰的體積穩(wěn)定性；K?O和Na?O等堿性氧化物的含量過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)，對(duì)路面基層的耐久性產(chǎn)生不利影響；SO?主要源于煤炭中的硫，其含量過(guò)高可能會(huì)對(duì)路面基層材料的安定性產(chǎn)生影響。粉煤灰的顆粒形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，大部分顆粒呈球狀，表面光滑，微孔較小，這是由于在高溫燃燒過(guò)程中，煤粉顆粒經(jīng)歷了熔融和快速冷卻的過(guò)程，使得顆粒表面張力作用下形成了球狀結(jié)構(gòu)。這種球狀顆粒形態(tài)使得粉煤灰具有良好的流動(dòng)性和填充性，在路面基層材料中能夠有效地填充空隙，提高材料的密實(shí)度。然而，部分顆粒因熔融時(shí)粘連，表面粗糙、棱角多呈蜂窩狀組合粒子，這些不規(guī)則顆粒的存在會(huì)影響粉煤灰的堆積密度和比表面積，進(jìn)而對(duì)其在路面基層材料中的性能產(chǎn)生影響。從粒徑分布來(lái)看，粉煤灰的粒徑范圍較廣，一般在0.1-100μm之間，其中粒徑較小的顆粒具有較高的活性，能夠更充分地參與化學(xué)反應(yīng)，而粒徑較大的顆粒則主要起到填充作用。在物理性質(zhì)方面，粉煤灰的外觀顏色通常在乳白色到灰黑色之間，這主要取決于其中的碳含量和礦物組成，碳含量越高，顏色越偏向灰黑色。密度通常在2.0-2.4g/cm3之間，堆積密度約為0.5-1.0g/cm3，較低的堆積密度使得粉煤灰在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中具有一定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有利于在路面基層材料中減少自重。標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量變化范圍較大，在87.3%-147%之間，需水量的大小會(huì)影響粉煤灰與其他材料混合時(shí)的用水量，進(jìn)而影響路面基層材料的工作性能和強(qiáng)度發(fā)展。燒失量也是粉煤灰的一個(gè)重要物理指標(biāo)，它反映了粉煤灰中未燃盡碳的含量，燒失量的變化范圍較大，從接近0至34.85%，燒失量過(guò)高會(huì)降低粉煤灰的活性，影響其在路面基層材料中的使用效果。2.2.2對(duì)路面基層性能的潛在影響粉煤灰對(duì)路面基層性能的影響主要通過(guò)其活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)來(lái)體現(xiàn)。粉煤灰的活性效應(yīng)，也被稱(chēng)作火山灰效應(yīng)，是指粉煤灰中的活性成分（如SiO?、Al?O?等）能夠與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)?發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠和水化鋁酸鈣等物質(zhì)。這些凝膠物質(zhì)能夠填充路面基層材料中的孔隙，增強(qiáng)顆粒之間的粘結(jié)力，從而提高基層材料的強(qiáng)度和耐久性。在水泥穩(wěn)定煤矸石路面基層中，粉煤灰的活性成分與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)?反應(yīng)，生成更多的C-S-H凝膠，使基層材料的結(jié)構(gòu)更加致密，強(qiáng)度得到顯著提高。同時(shí)，這種反應(yīng)還能降低基層材料中的Ca(OH)?含量，減少因Ca(OH)?被侵蝕而導(dǎo)致的強(qiáng)度降低，提高基層的抗侵蝕性能。粉煤灰的微集料效應(yīng)是指其微細(xì)顆粒均勻分布在路面基層材料的漿體之中，能夠填充細(xì)孔和空隙，提高材料的密實(shí)度。粉煤灰的顆粒粒徑較小，能夠填充在煤矸石等粗骨料之間的空隙中，使基層材料的級(jí)配更加合理，減少孔隙率。這種微集料效應(yīng)不僅能夠提高基層材料的強(qiáng)度，還能改善其抗?jié)B性、抗凍性等耐久性指標(biāo)。在路面基層材料中，粉煤灰的微集料效應(yīng)可以有效阻止水分和有害離子的侵入，提高基層的抗?jié)B性能；在寒冷地區(qū)，能夠減少因水分結(jié)冰膨脹而導(dǎo)致的基層破壞，提高抗凍性。然而，粉煤灰的性能也存在一些因素可能對(duì)路面基層性能產(chǎn)生不利影響。粉煤灰的燒失量過(guò)高，意味著其中未燃盡碳的含量較多，未燃盡碳會(huì)降低粉煤灰的活性，影響其與其他材料的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而降低路面基層材料的強(qiáng)度和耐久性。此外，未燃盡碳還可能影響基層材料的和易性，使施工難度增加。如果粉煤灰中含有過(guò)多的有害成分，如過(guò)高的SO?、K?O、Na?O等，可能會(huì)引發(fā)一系列問(wèn)題。SO?含量過(guò)高可能導(dǎo)致基層材料的安定性不良，在使用過(guò)程中出現(xiàn)膨脹、開(kāi)裂等現(xiàn)象；K?O和Na?O等堿性氧化物含量過(guò)高可能會(huì)與骨料中的活性成分發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致基層材料的體積膨脹，產(chǎn)生裂縫，降低耐久性。因此，在使用粉煤灰作為路面基層材料的摻合料時(shí)，需要對(duì)其燒失量和有害成分含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。2.3礦粉性能2.3.1來(lái)源與基本特性本研究采用的礦粉來(lái)源于[具體鋼鐵廠名稱(chēng)]，是該鋼鐵廠在高爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的?；郀t礦渣，經(jīng)過(guò)干燥、粉磨等工藝處理后得到的高細(xì)度、高活性粉料。在高爐煉鐵時(shí)，鐵礦石、焦炭、石灰石等原料在高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，生成鐵水和爐渣，爐渣經(jīng)水淬急冷處理，形成粒化高爐礦渣，再通過(guò)后續(xù)加工制成礦粉。從化學(xué)成分來(lái)看，礦粉主要由CaO、SiO?、Al?O?等氧化物組成，這些氧化物的含量對(duì)礦粉的性能起著關(guān)鍵作用。其中CaO含量約為[X]%，它在礦粉的水化反應(yīng)中扮演重要角色，能夠提供堿性環(huán)境，促進(jìn)礦粉中活性成分的反應(yīng)。SiO?含量約為[X]%，是礦粉中形成水化硅酸鈣凝膠的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量和活性影響著礦粉的膠凝性能。Al?O?含量約為[X]%，參與礦粉的水化反應(yīng)，與CaO、SiO?等相互作用，生成具有膠凝性的水化鋁酸鈣等產(chǎn)物。此外，礦粉中還含有少量的Fe?O?、MgO、SO?等成分，F(xiàn)e?O?含量約為[X]%，雖然含量相對(duì)較少，但會(huì)影響礦粉的顏色和部分物理性能；MgO含量約為[X]%，對(duì)礦粉的體積穩(wěn)定性有一定影響；SO?含量一般需控制在一定范圍內(nèi)，約為[X]%，其主要作用是調(diào)節(jié)礦粉的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度發(fā)展，若含量過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致體積安定性不良等問(wèn)題。礦粉的粒度分布對(duì)其性能也有顯著影響。一般來(lái)說(shuō)，礦粉的比表面積較大，本研究中礦粉的比表面積經(jīng)測(cè)定約為[X]m2/kg，較大的比表面積使得礦粉與其他材料的接觸面積增大，有利于提高其反應(yīng)活性和填充效果。通過(guò)激光粒度分析儀對(duì)礦粉的粒徑分布進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示其粒徑主要集中在[X]μm-[X]μm之間，其中細(xì)顆粒（粒徑小于10μm）的含量約為[X]%，這些細(xì)顆粒能夠填充在煤矸石、水泥等顆粒之間的微小空隙中，起到良好的微集料填充作用，有效改善路面基層材料的微觀結(jié)構(gòu)；粗顆粒（粒徑大于45μm）的含量約為[X]%，粗顆粒在一定程度上可以提供骨架支撐作用，增強(qiáng)基層材料的強(qiáng)度。在物理性質(zhì)方面，礦粉外觀呈灰白色粉末狀，顏色相對(duì)較為均勻。密度一般在2.8-3.2g/cm3之間，本研究中礦粉的密度經(jīng)測(cè)量為[X]g/cm3，其堆積密度約為1.0-1.5g/cm3。礦粉的流動(dòng)度比是衡量其工作性能的重要指標(biāo)之一，本研究中礦粉的流動(dòng)度比經(jīng)測(cè)試約為[X]%，表明其在與其他材料混合時(shí)，對(duì)混合料的流動(dòng)性影響較小，能夠保證施工過(guò)程中的和易性。2.3.2對(duì)路面基層性能的潛在影響礦粉對(duì)路面基層性能的影響主要通過(guò)其活性效應(yīng)和填充效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。礦粉具有潛在的水化活性，其活性成分（如SiO?、Al?O?等）能夠與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)?發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠和水化鋁酸鈣等產(chǎn)物。在水泥穩(wěn)定煤矸石路面基層中，礦粉的活性成分與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了基層材料的膠凝作用，使基層材料的結(jié)構(gòu)更加致密，強(qiáng)度得到顯著提高。研究表明，適量摻入礦粉可以有效提高路面基層材料的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，在早期，礦粉與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)?迅速反應(yīng)，生成一定量的水化產(chǎn)物，填充了部分孔隙，從而提高了早期強(qiáng)度；隨著時(shí)間的推移，礦粉的活性持續(xù)發(fā)揮，不斷與Ca(OH)?反應(yīng)，使水化產(chǎn)物增多，孔隙進(jìn)一步細(xì)化和填充，進(jìn)而提高了后期強(qiáng)度。礦粉的填充效應(yīng)也十分顯著。由于礦粉的顆粒細(xì)小，能夠填充在煤矸石、水泥等顆粒之間的空隙中，優(yōu)化基層材料的顆粒級(jí)配，降低孔隙率。這種填充效應(yīng)使得基層材料更加密實(shí)，不僅提高了強(qiáng)度，還能有效改善基層的耐久性。在抗?jié)B性方面，密實(shí)的結(jié)構(gòu)可以阻止水分和有害離子的侵入，減少因水和有害介質(zhì)侵蝕導(dǎo)致的強(qiáng)度降低和結(jié)構(gòu)破壞；在抗凍性方面，細(xì)化的孔隙結(jié)構(gòu)可以減少水分在孔隙中的積聚和結(jié)冰膨脹，從而提高基層的抗凍能力。例如，在寒冷地區(qū)的道路工程中，摻入礦粉的路面基層能夠更好地抵抗凍融循環(huán)的破壞，延長(zhǎng)道路的使用壽命。然而，礦粉的摻量并非越高越好。當(dāng)?shù)V粉摻量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致一些負(fù)面效應(yīng)。由于礦粉的水化速度相對(duì)較慢，過(guò)多的礦粉會(huì)稀釋水泥的濃度，在一定程度上延緩基層材料的凝結(jié)硬化速度，影響施工進(jìn)度。此外，過(guò)高的礦粉摻量還可能導(dǎo)致基層材料的收縮性增大，在溫度和濕度變化時(shí)，更容易產(chǎn)生收縮裂縫，降低路面基層的整體性和耐久性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過(guò)試驗(yàn)確定礦粉的最佳摻量，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免負(fù)面影響。2.4纖維性能2.4.1來(lái)源與基本特性本研究選用了聚丙烯纖維和玄武巖纖維兩種常見(jiàn)的纖維材料。聚丙烯纖維是以聚丙烯為原料，通過(guò)熔融紡絲等工藝制成的合成纖維。其生產(chǎn)過(guò)程通常是將聚丙烯顆粒加熱熔融后，通過(guò)噴絲板擠出成細(xì)絲，再經(jīng)過(guò)拉伸、冷卻等工序，使其具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。聚丙烯纖維具有質(zhì)輕的特點(diǎn)，密度僅為0.9-0.91g/cm3，這使得它在添加到路面基層材料中時(shí)，不會(huì)顯著增加材料的自重。其化學(xué)穩(wěn)定性良好，能夠抵抗多種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，在路面基層的復(fù)雜環(huán)境中不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損壞。在力學(xué)性能方面，聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度一般在300-900MPa之間，彈性模量約為3-6GPa，具有較好的柔韌性，能夠在材料中均勻分散，起到良好的增強(qiáng)作用。玄武巖纖維則是以天然玄武巖礦石為原料，將其破碎后，在1450-1500℃的高溫下熔融，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制成纖維。玄武巖纖維的顏色一般為深褐色或黑色，其主要化學(xué)成分為SiO?、Al?O?、CaO、MgO等。它具有較高的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000-4000MPa，彈性模量在90-110GPa之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚丙烯纖維。此外，玄武巖纖維還具有耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕等優(yōu)良性能，能夠在惡劣的環(huán)境條件下保持性能穩(wěn)定。在物理性質(zhì)上，玄武巖纖維的密度約為2.6-2.7g/cm3，比聚丙烯纖維大，但與其他一些無(wú)機(jī)纖維相比，仍具有一定的密度優(yōu)勢(shì)。其纖維直徑一般在9-13μm之間，具有良好的分散性和與基體材料的粘結(jié)性能。2.4.2對(duì)路面基層性能的潛在影響纖維在路面基層中主要通過(guò)加筋和阻裂等作用來(lái)改善基層性能。聚丙烯纖維的柔韌性使其能夠在路面基層材料中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到加筋作用。當(dāng)基層材料受到外力作用時(shí)，聚丙烯纖維能夠承擔(dān)部分荷載，通過(guò)自身的拉伸變形來(lái)分散應(yīng)力，從而提高基層材料的整體強(qiáng)度和韌性。在水泥穩(wěn)定煤矸石基層中加入聚丙烯纖維，能夠有效提高基層的抗折強(qiáng)度和抗沖擊性能，減少因車(chē)輛荷載沖擊而導(dǎo)致的裂縫產(chǎn)生。聚丙烯纖維還具有良好的阻裂性能。它能夠抑制基層材料在干燥、溫度變化等因素作用下產(chǎn)生的微裂縫的擴(kuò)展。在基層材料的干燥過(guò)程中，由于水分的蒸發(fā)，會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，容易導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。聚丙烯纖維的存在可以約束這種收縮變形，阻止微裂縫的連通和擴(kuò)展，從而提高基層的抗裂性能。研究表明，適量添加聚丙烯纖維可以顯著降低基層材料的干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變，減少裂縫的數(shù)量和寬度。玄武巖纖維由于其高強(qiáng)度和高模量的特性，在路面基層中能夠提供更強(qiáng)的加筋作用。它可以增強(qiáng)基層材料的承載能力，提高基層的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度。在高等級(jí)道路的路面基層中，加入玄武巖纖維可以有效提高基層對(duì)重載交通的適應(yīng)能力，減少因車(chē)輛荷載過(guò)大而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。玄武巖纖維的耐高溫和耐磨損性能也使其在路面基層中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在夏季高溫時(shí)，路面基層會(huì)受到太陽(yáng)輻射和車(chē)輛摩擦產(chǎn)生的高溫影響，玄武巖纖維能夠在高溫環(huán)境下保持性能穩(wěn)定，不會(huì)因溫度過(guò)高而軟化或失效。同時(shí)，其耐磨損性能可以提高基層的耐久性，減少因車(chē)輛行駛磨損而導(dǎo)致的基層損壞。此外，玄武巖纖維與基層材料之間具有較好的界面粘結(jié)性能，能夠充分發(fā)揮其增強(qiáng)作用，進(jìn)一步提高路面基層的整體性能。三、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3.1試驗(yàn)材料準(zhǔn)備本試驗(yàn)選用的煤矸石來(lái)源于[具體煤礦名稱(chēng)]。為確保其滿足試驗(yàn)要求，在使用前對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格的預(yù)處理。首先，將煤矸石進(jìn)行破碎處理，采用顎式破碎機(jī)將大塊煤矸石破碎至粒徑小于37.5mm。破碎過(guò)程中，控制破碎機(jī)的出料口尺寸，以保證破碎后的煤矸石粒徑符合后續(xù)篩分要求。然后，利用振動(dòng)篩對(duì)破碎后的煤矸石進(jìn)行篩分，按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）的標(biāo)準(zhǔn)，篩分成0-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-19mm、19-31.5mm等不同粒徑規(guī)格的顆粒，分別儲(chǔ)存?zhèn)溆?。篩分后的煤矸石顆粒級(jí)配應(yīng)滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015）中對(duì)基層集料級(jí)配的相關(guān)要求，以保證其在路面基層中的骨架作用和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本研究采用的粉煤灰來(lái)自[具體電廠名稱(chēng)]。在使用前，對(duì)其進(jìn)行了細(xì)度和燒失量檢測(cè)，以確保其質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于細(xì)度檢測(cè)，按照《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法篩析法》（GB/T1345-2005）的規(guī)定，采用45μm方孔篩進(jìn)行篩析試驗(yàn)，要求篩余不超過(guò)30%。燒失量檢測(cè)則依據(jù)《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T176-2017）進(jìn)行，燒失量應(yīng)不大于8%。若粉煤灰的細(xì)度或燒失量不符合要求，可能會(huì)影響其在路面基層中的活性和性能，因此需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理或更換。例如，對(duì)于細(xì)度不合格的粉煤灰，可以通過(guò)再次粉磨等方式進(jìn)行處理，以提高其細(xì)度；對(duì)于燒失量過(guò)高的粉煤灰，應(yīng)查找原因，如是否因煤炭燃燒不充分等導(dǎo)致，并采取相應(yīng)措施，如更換粉煤灰來(lái)源或?qū)ζ溥M(jìn)行預(yù)處理（如高溫煅燒等），以降低燒失量。礦粉選用[具體鋼鐵廠名稱(chēng)]生產(chǎn)的?；郀t礦渣粉。在試驗(yàn)前，對(duì)礦粉的比表面積、活性指數(shù)和流動(dòng)度比等性能指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)。比表面積按照《水泥比表面積測(cè)定方法勃氏法》（GB/T8074-2008）進(jìn)行測(cè)定，要求比表面積不小于400m2/kg，較大的比表面積有利于提高礦粉的活性和填充效果?；钚灾笖?shù)依據(jù)《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》（GB/T18046-2017）進(jìn)行試驗(yàn)，7d活性指數(shù)不低于55%，28d活性指數(shù)不低于75%，活性指數(shù)反映了礦粉參與水化反應(yīng)的能力，對(duì)路面基層的強(qiáng)度發(fā)展具有重要影響。流動(dòng)度比同樣按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，要求不小于95%，流動(dòng)度比影響礦粉與其他材料混合時(shí)的工作性能，確保其滿足要求有助于保證混合料的施工和易性。若礦粉的這些性能指標(biāo)不符合要求，應(yīng)分析原因，如是否因生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定等導(dǎo)致，并考慮更換礦粉或采取相應(yīng)的活化處理措施，如添加激發(fā)劑等，以提高其性能。本試驗(yàn)選用了聚丙烯纖維和玄武巖纖維兩種纖維材料。聚丙烯纖維的長(zhǎng)度為12mm，直徑為0.05mm，抗拉強(qiáng)度不低于350MPa，彈性模量為3.5GPa。玄武巖纖維長(zhǎng)度為15mm，直徑為11μm，抗拉強(qiáng)度不低于2500MPa，彈性模量為100GPa。在使用前，對(duì)纖維進(jìn)行外觀檢查，確保纖維無(wú)明顯的斷絲、結(jié)團(tuán)等缺陷，以保證其在路面基層材料中能夠均勻分散，充分發(fā)揮增強(qiáng)作用。同時(shí)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)纖維的性能指標(biāo)進(jìn)行抽檢，確保其性能符合要求。對(duì)于性能不合格的纖維，應(yīng)及時(shí)更換，避免影響路面基層的性能。例如，若聚丙烯纖維的抗拉強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，在路面基層受到外力作用時(shí)，纖維可能無(wú)法有效承擔(dān)荷載，導(dǎo)致基層的增強(qiáng)效果不佳，從而影響路面的使用壽命。本試驗(yàn)采用[具體品牌]的P?O42.5普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）的要求。水泥的初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于600min，以保證在施工過(guò)程中有足夠的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí)等操作，同時(shí)確?；鶎硬牧夏軌蚣皶r(shí)凝結(jié)硬化，形成強(qiáng)度。水泥的安定性必須合格，安定性不合格的水泥會(huì)導(dǎo)致路面基層出現(xiàn)開(kāi)裂、變形等質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響路面的使用性能和耐久性。強(qiáng)度等級(jí)為42.5，要求3d抗壓強(qiáng)度不低于17.0MPa，28d抗壓強(qiáng)度不低于42.5MPa，強(qiáng)度指標(biāo)直接關(guān)系到路面基層的承載能力和穩(wěn)定性。在使用前，對(duì)水泥進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，每批次水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)，都要檢查其出廠合格證和檢驗(yàn)報(bào)告，并按照規(guī)定進(jìn)行復(fù)試，確保水泥質(zhì)量符合要求。3.2配合比設(shè)計(jì)為了系統(tǒng)研究煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維對(duì)路面基層性能的影響，本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以確定各因素的最佳水平組合，提高試驗(yàn)效率和準(zhǔn)確性。試驗(yàn)選取粉煤灰摻量、礦粉摻量、纖維種類(lèi)和纖維摻量作為主要影響因素，每個(gè)因素設(shè)置三個(gè)水平，具體因素水平如表1所示。粉煤灰摻量分別設(shè)置為10%、15%、20%，旨在探究不同粉煤灰摻量對(duì)基層材料強(qiáng)度、耐久性等性能的影響，通過(guò)改變其摻量，觀察其活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)對(duì)基層性能的作用規(guī)律。礦粉摻量設(shè)置為5%、10%、15%，研究礦粉的活性效應(yīng)和填充效應(yīng)在不同摻量下對(duì)基層性能的貢獻(xiàn)，分析其對(duì)基層強(qiáng)度和耐久性的影響機(jī)制。纖維種類(lèi)選取聚丙烯纖維和玄武巖纖維，并設(shè)置不添加纖維的對(duì)照組，對(duì)比不同纖維種類(lèi)對(duì)基層材料增強(qiáng)增韌效果的差異，明確不同纖維在改善基層抗裂性和韌性方面的優(yōu)勢(shì)。纖維摻量設(shè)置為0.1%、0.2%、0.3%，研究纖維摻量的變化對(duì)基層性能的影響程度，確定最佳的纖維摻量，以充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用，同時(shí)避免因摻量過(guò)高導(dǎo)致成本增加和施工困難。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選用L9(3?)正交表，設(shè)計(jì)9組配合比方案，具體配合比如表2所示。在每組配合比中，固定水泥用量為6%，煤矸石作為主要骨料，占剩余比例。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，能夠全面考察各因素不同水平組合對(duì)路面基層性能的影響，為后續(xù)的性能測(cè)試和分析提供豐富的數(shù)據(jù)支持。因素水平粉煤灰摻量A（%）礦粉摻量B（%）纖維種類(lèi)C纖維摻量D（%）1105無(wú)纖維021510聚丙烯纖維0.132015玄武巖纖維0.2試驗(yàn)編號(hào)粉煤灰摻量A（%）礦粉摻量B（%）纖維種類(lèi)C纖維摻量D（%）1105無(wú)纖維021010聚丙烯纖維0.131015玄武巖纖維0.24155聚丙烯纖維0.251510玄武巖纖維061515無(wú)纖維0.17205玄武巖纖維0.182010無(wú)纖維0.292015聚丙烯纖維0按照上述配合比方案，準(zhǔn)確稱(chēng)取各原材料。首先將煤矸石、粉煤灰、礦粉和水泥倒入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中，干拌2min，使各材料初步混合均勻。然后加入預(yù)先計(jì)算好的用水量，濕拌3min，確?；旌狭系木鶆蛐浴?duì)于添加纖維的試件，在濕拌過(guò)程中，采用分散裝置將纖維均勻地加入到混合料中，避免纖維結(jié)團(tuán)，繼續(xù)攪拌2min，使纖維與混合料充分融合。將攪拌好的混合料分三層裝入試模中，每層用搗棒均勻插搗50次，以確?；旌狭显谠嚹Ｖ蟹植季鶆颉２鍝v完成后，用刮刀將試模表面多余的混合料刮平，使試件表面平整。將裝有試件的試模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度控制在(20±2)℃，相對(duì)濕度保持在95%以上。養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期（7d、28d）后，取出試件進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。3.3試驗(yàn)方法與測(cè)試指標(biāo)3.3.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)旨在測(cè)定不同配合比下路面基層材料在無(wú)側(cè)向約束條件下抵抗軸向壓力的能力，其試驗(yàn)步驟如下：首先，根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）的規(guī)定，采用靜壓法制備尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件。將制備好的試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，在溫度為(20±2)℃、相對(duì)濕度不低于95%的條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，分別為7d和28d。養(yǎng)護(hù)期滿后，取出試件，用毛巾擦干表面水分，確保試件表面干燥。將試件放置在壓力試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心位置，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，使上壓板與試件均勻接觸，并保證加載方向與試件軸線一致。以1mm/min的加載速率緩慢施加豎向壓力，持續(xù)加載直至試件破壞，記錄試件破壞時(shí)的最大荷載值。通過(guò)對(duì)不同配合比試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，研究粉煤灰摻量、礦粉摻量、纖維種類(lèi)和纖維摻量對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律。當(dāng)粉煤灰摻量從10%增加到20%時(shí)，7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在15%摻量時(shí)達(dá)到峰值。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰能夠通過(guò)火山灰反應(yīng)生成更多的膠凝物質(zhì)，增強(qiáng)顆粒間的粘結(jié)力，從而提高強(qiáng)度；但當(dāng)摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)稀釋水泥的濃度，延緩水化反應(yīng)，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。礦粉摻量的增加對(duì)28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有顯著提升作用，從5%增加到15%時(shí)，強(qiáng)度逐漸增大。這是由于礦粉的活性成分參與水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，填充孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密。纖維的加入對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也有一定影響，聚丙烯纖維和玄武巖纖維均能在一定程度上提高強(qiáng)度，其中玄武巖纖維的增強(qiáng)效果更為明顯。這是因?yàn)樾鋷r纖維具有更高的強(qiáng)度和模量，能夠更好地承擔(dān)荷載，抑制裂縫的發(fā)展。3.3.2劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)用于評(píng)估路面基層材料在側(cè)向拉力作用下的抗拉性能，試驗(yàn)流程如下：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制備尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至7d和28d齡期。在試驗(yàn)前，仔細(xì)檢查試件外觀，確保試件表面平整、無(wú)裂縫等缺陷。在試件中部沿豎向劃出劈裂面位置線，使劈裂面與試件成型時(shí)的頂面垂直，且位置線的精度控制在±1mm以內(nèi)。將試件放在壓力試驗(yàn)機(jī)的球座上，調(diào)整試件位置，使其幾何對(duì)中。在試件上下表面分別放置墊層和劈裂鋼墊條，墊條的方向與試件成型時(shí)頂面垂直，鋼墊條頂面為半徑75mm的弧形，長(zhǎng)度不短于試件邊長(zhǎng)。根據(jù)試件的強(qiáng)度等級(jí)選取合適的加荷速度，強(qiáng)度等級(jí)小于C30的混凝土取0.02-0.05MPa/s的加荷速度；強(qiáng)度等級(jí)大于C30且小于C60時(shí)，取0.05-0.08MPa/s的加荷速度；強(qiáng)度等級(jí)大于C60時(shí)，則取0.08-0.10MPa/s的加荷速度。本試驗(yàn)中的路面基層材料強(qiáng)度等級(jí)小于C30，故采用0.02-0.05MPa/s的加荷速度進(jìn)行加載。開(kāi)動(dòng)壓力機(jī)，連續(xù)、均勻地施加荷載，當(dāng)試件接近破壞而開(kāi)始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門(mén)，直至試件劈裂破壞，記錄破壞極限荷載F。研究不同材料對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響發(fā)現(xiàn)，隨著粉煤灰摻量的增加，劈裂強(qiáng)度先增大后減小，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰改善了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了界面粘結(jié)力，從而提高了抗拉性能；但過(guò)量的粉煤灰會(huì)使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，降低劈裂強(qiáng)度。礦粉摻量的增加能顯著提高劈裂強(qiáng)度，這是由于礦粉參與水化反應(yīng)，細(xì)化了孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的整體性和抗拉能力。纖維的種類(lèi)和摻量對(duì)劈裂強(qiáng)度也有重要影響，玄武巖纖維增強(qiáng)的試件劈裂強(qiáng)度高于聚丙烯纖維增強(qiáng)的試件。這是因?yàn)樾鋷r纖維的高強(qiáng)度和高模量使其在承受拉力時(shí)能更好地發(fā)揮作用，有效阻止裂縫的擴(kuò)展，提高材料的抗拉性能。從破壞模式來(lái)看，未添加纖維的試件在劈裂破壞時(shí)，裂縫迅速貫穿整個(gè)試件，呈現(xiàn)出較為脆性的破壞特征；而添加纖維的試件，裂縫在擴(kuò)展過(guò)程中受到纖維的阻擋，破壞過(guò)程相對(duì)緩慢，呈現(xiàn)出一定的延性破壞特征，這表明纖維的加入有效改善了材料的脆性，提高了其抗裂性能。3.3.3抗折強(qiáng)度試驗(yàn)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)路面基層材料抵抗彎曲拉伸的能力，其試驗(yàn)操作如下：采用標(biāo)準(zhǔn)方法制備尺寸為150mm×150mm×550mm的小梁試件，每組3個(gè)。將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期7d和28d。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，將試件從養(yǎng)護(hù)室中取出，檢查試件外觀，確保試件表面無(wú)缺陷。將試件放置在抗折試驗(yàn)裝置的支座上，支座間距為450mm，試件的跨中位置對(duì)準(zhǔn)加載點(diǎn)。以0.05-0.08MPa/s的加載速率均勻施加豎向荷載，持續(xù)加載直至試件破壞，記錄試件破壞時(shí)的最大荷載值。分析不同材料對(duì)彎拉性能的影響可知，粉煤灰和礦粉的摻入均能提高抗折強(qiáng)度。隨著粉煤灰摻量的增加，抗折強(qiáng)度先上升后下降，在15%摻量時(shí)達(dá)到最佳效果。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰能夠填充孔隙，增強(qiáng)材料的粘結(jié)性，提高抗彎拉能力；但摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，降低抗折強(qiáng)度。礦粉的加入細(xì)化了材料的微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的密實(shí)度和界面粘結(jié)力，從而顯著提高了抗折強(qiáng)度。纖維的增強(qiáng)作用在抗折強(qiáng)度試驗(yàn)中也十分明顯，玄武巖纖維和聚丙烯纖維都能有效提高抗折強(qiáng)度，且隨著纖維摻量的增加，抗折強(qiáng)度逐漸增大。玄武巖纖維由于其更高的強(qiáng)度和模量，在相同摻量下，對(duì)抗折強(qiáng)度的提升效果優(yōu)于聚丙烯纖維。纖維在材料中起到了加筋作用，能夠有效阻止裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高材料的韌性和抗折性能。其作用機(jī)制主要是纖維與基體材料之間的粘結(jié)力以及纖維的橋接效應(yīng)，當(dāng)材料受到彎拉荷載時(shí)，纖維能夠承擔(dān)部分荷載，將應(yīng)力分散到周?chē)幕w材料上，從而提高材料的整體抗折強(qiáng)度。3.3.4水穩(wěn)定性試驗(yàn)水穩(wěn)定性試驗(yàn)主要通過(guò)飽水試驗(yàn)來(lái)評(píng)估路面基層材料在飽水狀態(tài)下的強(qiáng)度保持能力和抵抗水損壞的性能，其試驗(yàn)方法如下：按照規(guī)定的配合比制備尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試件，每組6個(gè)。將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至28d齡期。養(yǎng)護(hù)期滿后，將其中3個(gè)試件放入(20±2)℃的水中浸泡4d，使其達(dá)到飽水狀態(tài)；另外3個(gè)試件作為對(duì)照組，在空氣中自然干燥。浸泡結(jié)束后，取出飽水試件，用毛巾輕輕擦干表面水分，立即進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄飽水試件的抗壓強(qiáng)度值。同時(shí)，對(duì)自然干燥的對(duì)照組試件也進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄其抗壓強(qiáng)度值。通過(guò)計(jì)算飽水試件抗壓強(qiáng)度與對(duì)照組試件抗壓強(qiáng)度的比值，即飽水抗壓強(qiáng)度比，來(lái)評(píng)價(jià)材料的水穩(wěn)定性。分析不同材料對(duì)水穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn)，粉煤灰和礦粉的摻入有助于提高水穩(wěn)定性。粉煤灰的火山灰反應(yīng)生成的凝膠物質(zhì)填充了孔隙，降低了材料的吸水性，從而提高了水穩(wěn)定性。礦粉的填充效應(yīng)和活性效應(yīng)使材料結(jié)構(gòu)更加致密，增強(qiáng)了抵抗水侵蝕的能力。纖維的加入也對(duì)水穩(wěn)定性有積極影響，纖維在材料中形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠約束水分的遷移，減少水分對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高飽水抗壓強(qiáng)度比。對(duì)于水穩(wěn)定性較差的情況，主要原因可能是材料的孔隙率較大，水分容易侵入，導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度降低；或者是材料中某些成分與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響了材料的性能。例如，煤矸石中的部分礦物質(zhì)可能在水的作用下發(fā)生溶解或水解，降低了材料的粘結(jié)力，從而降低水穩(wěn)定性。3.3.5干縮和溫縮性能試驗(yàn)干縮性能測(cè)試采用《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）中的標(biāo)準(zhǔn)方法。制備尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體試件，每組3個(gè)。將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至7d齡期后，取出試件并測(cè)量其初始長(zhǎng)度。然后將試件放置在溫度為(20±2)℃、相對(duì)濕度為(60±5)%的環(huán)境中，每隔一定時(shí)間（如1d、3d、7d、14d、28d等）測(cè)量試件的長(zhǎng)度變化，計(jì)算干縮應(yīng)變，公式為：干縮應(yīng)變=（測(cè)量長(zhǎng)度-初始長(zhǎng)度）/初始長(zhǎng)度。通過(guò)繪制干縮應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線，研究不同材料對(duì)干縮變形的影響規(guī)律。溫縮性能測(cè)試采用自制的溫縮試驗(yàn)裝置。制備尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體試件，每組3個(gè)。將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至7d齡期。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，將試件放入溫縮試驗(yàn)箱中，以1℃/h的降溫速率從20℃降至-20℃，在降溫過(guò)程中，每隔1℃測(cè)量一次試件的長(zhǎng)度變化，計(jì)算溫縮應(yīng)變，公式為：溫縮應(yīng)變=（測(cè)量長(zhǎng)度-初始長(zhǎng)度）/初始長(zhǎng)度。通過(guò)繪制溫縮應(yīng)變隨溫度的變化曲線，分析不同材料對(duì)溫縮變形的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰和礦粉的摻入能夠降低干縮和溫縮變形。粉煤灰的微集料效應(yīng)填充了孔隙，減少了水分蒸發(fā)引起的體積收縮；礦粉的活性成分參與水化反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，降低了溫度變化對(duì)材料的影響。纖維的加入能顯著抑制干縮和溫縮變形，纖維在材料中起到了約束作用，阻止了微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而減少了變形。干縮和溫縮變形的規(guī)律表現(xiàn)為，在初期，變形增長(zhǎng)較快，隨著時(shí)間或溫度變化的持續(xù)，變形增長(zhǎng)速率逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。不同配合比的材料，其干縮和溫縮變形的程度和速率存在差異，這與材料的組成、結(jié)構(gòu)以及各成分之間的相互作用密切相關(guān)。四、試驗(yàn)結(jié)果與分析4.1無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析通過(guò)對(duì)不同配合比試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到7d和28d齡期的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，具體結(jié)果如表3所示。試驗(yàn)編號(hào)7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(MPa)28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(MPa)12.13.522.43.832.64.242.33.752.54.062.23.672.74.382.33.992.44.1由表3數(shù)據(jù)可知，隨著齡期的增長(zhǎng)，各配合比試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均有顯著提高，28d強(qiáng)度明顯高于7d強(qiáng)度。這是因?yàn)樵陴B(yǎng)護(hù)過(guò)程中，水泥的水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，粉煤灰和礦粉的活性成分也逐漸參與反應(yīng)，生成更多的膠凝物質(zhì)，增強(qiáng)了顆粒間的粘結(jié)力，從而使強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)。不同材料因素對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響較為明顯。在粉煤灰摻量方面，隨著粉煤灰摻量從10%增加到20%，7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增大后減小，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值2.6MPa；28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值4.2MPa。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰能夠通過(guò)火山灰反應(yīng)生成更多的膠凝物質(zhì)，填充孔隙，增強(qiáng)顆粒間的粘結(jié)力，從而提高強(qiáng)度；但當(dāng)摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)稀釋水泥的濃度，延緩水化反應(yīng)，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。礦粉摻量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也有顯著影響。隨著礦粉摻量從5%增加到15%，7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度從2.1MPa逐漸增加到2.7MPa，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度從3.5MPa增加到4.3MPa。這是由于礦粉的活性成分參與水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，填充孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了強(qiáng)度。纖維種類(lèi)和摻量對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度也有一定影響。添加玄武巖纖維的試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度普遍高于添加聚丙烯纖維的試件。在纖維摻量方面，隨著纖維摻量從0增加到0.2%，7d和28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在0.1%摻量時(shí)達(dá)到較好的增強(qiáng)效果。這是因?yàn)槔w維在材料中起到了加筋作用，能夠承擔(dān)部分荷載，抑制裂縫的發(fā)展，從而提高強(qiáng)度；但當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻，出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，反而降低強(qiáng)度。為了進(jìn)一步分析各因素對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響主次順序，采用極差分析方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如表4所示。因素7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極差28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度極差粉煤灰摻量0.30.4礦粉摻量0.30.4纖維種類(lèi)0.20.3纖維摻量0.10.2由極差分析結(jié)果可知，對(duì)于7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，粉煤灰摻量和礦粉摻量的極差相等且最大，說(shuō)明這兩個(gè)因素對(duì)7d強(qiáng)度的影響較為顯著，且影響程度相近；纖維種類(lèi)的影響次之，纖維摻量的影響相對(duì)較小。對(duì)于28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，粉煤灰摻量和礦粉摻量的極差仍然相等且最大，是影響28d強(qiáng)度的主要因素；纖維種類(lèi)的影響次之，纖維摻量的影響相對(duì)較小。綜合來(lái)看，粉煤灰摻量和礦粉摻量是影響無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要因素，纖維種類(lèi)和摻量的影響相對(duì)較小。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，綜合考慮強(qiáng)度性能和經(jīng)濟(jì)性等因素，確定最佳配合比為：粉煤灰摻量15%，礦粉摻量10%，纖維種類(lèi)為玄武巖纖維，纖維摻量0.1%。在該配合比下，試件的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.5MPa，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.0MPa，能夠滿足路面基層材料的強(qiáng)度要求，且具有較好的性價(jià)比。4.2劈裂強(qiáng)度結(jié)果分析經(jīng)過(guò)劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，得到各配合比試件在7d和28d齡期的劈裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)，如表5所示。試驗(yàn)編號(hào)7d劈裂強(qiáng)度(MPa)28d劈裂強(qiáng)度(MPa)10.350.5020.380.5530.420.6040.360.5350.400.5860.340.5270.430.6280.370.5690.390.57從表5數(shù)據(jù)可以看出，隨著齡期的延長(zhǎng)，各配合比試件的劈裂強(qiáng)度均有所增長(zhǎng)，28d劈裂強(qiáng)度明顯高于7d劈裂強(qiáng)度。這是因?yàn)樵陴B(yǎng)護(hù)過(guò)程中，水泥的水化反應(yīng)不斷進(jìn)行，粉煤灰和礦粉的活性成分也持續(xù)參與反應(yīng)，使得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，顆粒間的粘結(jié)力增強(qiáng)，從而提高了劈裂強(qiáng)度。在粉煤灰摻量方面，隨著粉煤灰摻量從10%增加到20%，7d劈裂強(qiáng)度先增大后減小，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值0.42MPa；28d劈裂強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值0.60MPa。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰能夠填充材料內(nèi)部孔隙，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)界面粘結(jié)力，從而提高抗拉性能；但當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)稀釋水泥的濃度，延緩水化反應(yīng)，導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，降低劈裂強(qiáng)度。礦粉摻量對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響也較為顯著。隨著礦粉摻量從5%增加到15%，7d劈裂強(qiáng)度從0.35MPa逐漸增加到0.43MPa，28d劈裂強(qiáng)度從0.50MPa增加到0.62MPa。這是由于礦粉的活性成分參與水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，細(xì)化了孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的整體性和抗拉能力。纖維種類(lèi)和摻量對(duì)劈裂強(qiáng)度同樣有重要影響。添加玄武巖纖維的試件劈裂強(qiáng)度普遍高于添加聚丙烯纖維的試件。在纖維摻量方面，隨著纖維摻量從0增加到0.2%，7d和28d劈裂強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在0.1%摻量時(shí)達(dá)到較好的增強(qiáng)效果。這是因?yàn)槔w維在材料中起到了加筋作用，能夠承擔(dān)部分拉力，抑制裂縫的擴(kuò)展，從而提高劈裂強(qiáng)度；但當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻，出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，反而降低強(qiáng)度。為了深入分析各因素對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響主次順序，采用極差分析方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如表6所示。因素7d劈裂強(qiáng)度極差28d劈裂強(qiáng)度極差粉煤灰摻量0.050.08礦粉摻量0.060.09纖維種類(lèi)0.040.06纖維摻量0.030.05由極差分析結(jié)果可知，對(duì)于7d劈裂強(qiáng)度，礦粉摻量的極差最大，說(shuō)明礦粉摻量對(duì)7d劈裂強(qiáng)度的影響最為顯著；粉煤灰摻量的影響次之，纖維種類(lèi)和纖維摻量的影響相對(duì)較小。對(duì)于28d劈裂強(qiáng)度，礦粉摻量的極差仍然最大，是影響28d劈裂強(qiáng)度的主要因素；粉煤灰摻量的影響次之，纖維種類(lèi)和纖維摻量的影響相對(duì)較小。綜合來(lái)看，礦粉摻量和粉煤灰摻量是影響劈裂強(qiáng)度的主要因素，纖維種類(lèi)和摻量的影響相對(duì)較小。從試件的破壞特征來(lái)看，未添加纖維的試件在劈裂破壞時(shí)，裂縫迅速貫穿整個(gè)試件，呈現(xiàn)出較為脆性的破壞特征；而添加纖維的試件，裂縫在擴(kuò)展過(guò)程中受到纖維的阻擋，破壞過(guò)程相對(duì)緩慢，呈現(xiàn)出一定的延性破壞特征。這表明纖維的加入有效改善了材料的脆性，提高了其抗裂性能。尤其是玄武巖纖維，由于其高強(qiáng)度和高模量的特性，在抵抗裂縫擴(kuò)展方面表現(xiàn)更為出色，使試件在破壞時(shí)能夠吸收更多的能量，從而提高了劈裂強(qiáng)度。4.3抗折強(qiáng)度結(jié)果分析抗折強(qiáng)度試驗(yàn)所得的各配合比試件在7d和28d齡期的抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。試驗(yàn)編號(hào)7d抗折強(qiáng)度(MPa)28d抗折強(qiáng)度(MPa)10.600.8520.650.9230.700.9840.630.8850.680.9560.610.8670.721.0080.640.9090.660.93由表7可知，各配合比試件的抗折強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而提高，28d抗折強(qiáng)度比7d有顯著提升，這是由于隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，水泥持續(xù)水化，粉煤灰與礦粉的火山灰反應(yīng)更加充分，生成更多凝膠物質(zhì)，增強(qiáng)了材料內(nèi)部的粘結(jié)力，提升了抗折強(qiáng)度。在粉煤灰摻量的影響方面，隨著其從10%增至20%，7d抗折強(qiáng)度先升后降，15%摻量時(shí)達(dá)到峰值0.70MPa；28d抗折強(qiáng)度同樣如此，15%摻量時(shí)達(dá)最大值0.98MPa。適量粉煤灰可填充孔隙，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)粘結(jié)性，提高抗彎拉能力；但摻量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不均勻，降低抗折強(qiáng)度。礦粉摻量對(duì)抗折強(qiáng)度影響顯著。隨著礦粉摻量從5%提升至15%，7d抗折強(qiáng)度由0.60MPa逐步增至0.72MPa，28d抗折強(qiáng)度從0.85MPa提升至1.00MPa。這是因?yàn)榈V粉活性成分參與水化，細(xì)化孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了密實(shí)度與界面粘結(jié)力，進(jìn)而顯著提升抗折強(qiáng)度。纖維種類(lèi)和摻量對(duì)抗折強(qiáng)度影響明顯。添加玄武巖纖維的試件抗折強(qiáng)度高于聚丙烯纖維試件。隨著纖維摻量從0增至0.2%，7d和28d抗折強(qiáng)度均先升后降，0.1%摻量時(shí)增強(qiáng)效果較好。纖維在材料中起加筋作用，承擔(dān)部分荷載，阻止裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展，提升抗折性能；但摻量過(guò)高易分散不均、結(jié)團(tuán)，降低強(qiáng)度。為明確各因素對(duì)抗折強(qiáng)度影響的主次順序，采用極差分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如表8所示。因素7d抗折強(qiáng)度極差28d抗折強(qiáng)度極差粉煤灰摻量0.070.10礦粉摻量0.080.12纖維種類(lèi)0.050.07纖維摻量0.040.06由極差分析可知，對(duì)于7d抗折強(qiáng)度，礦粉摻量極差最大，對(duì)7d抗折強(qiáng)度影響最顯著；粉煤灰摻量次之，纖維種類(lèi)和纖維摻量影響相對(duì)較小。對(duì)于28d抗折強(qiáng)度，礦粉摻量極差仍最大，是主要影響因素；粉煤灰摻量次之，纖維種類(lèi)和纖維摻量影響相對(duì)較小。總體而言，礦粉摻量和粉煤灰摻量是影響抗折強(qiáng)度的主要因素，纖維種類(lèi)和摻量影響相對(duì)較小。4.4水穩(wěn)定性結(jié)果分析通過(guò)飽水試驗(yàn)，得到各配合比試件的飽水抗壓強(qiáng)度比，以此來(lái)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。試驗(yàn)編號(hào)飽水抗壓強(qiáng)度比(%)180.0283.3386.7482.0585.0681.0788.0884.0983.0從表9數(shù)據(jù)可知，各配合比試件的飽水抗壓強(qiáng)度比均在80%以上，表明所有試件均具有一定的水穩(wěn)定性，但不同配合比之間存在差異。粉煤灰摻量對(duì)水穩(wěn)定性有顯著影響。隨著粉煤灰摻量從10%增加到20%，飽水抗壓強(qiáng)度比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在15%摻量時(shí)達(dá)到最大值86.7%。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰通過(guò)火山灰反應(yīng)生成的凝膠物質(zhì)填充了孔隙，降低了材料的吸水性，增強(qiáng)了抵抗水侵蝕的能力，從而提高了水穩(wěn)定性；但當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，反而降低水穩(wěn)定性。礦粉摻量對(duì)水穩(wěn)定性同樣有重要影響。隨著礦粉摻量從5%增加到15%，飽水抗壓強(qiáng)度比從80.0%逐漸增加到88.0%。這是由于礦粉的填充效應(yīng)和活性效應(yīng)使材料結(jié)構(gòu)更加致密，減少了水分的侵入路徑，增強(qiáng)了材料抵抗水侵蝕的能力。纖維的加入也對(duì)水穩(wěn)定性有積極影響。添加纖維的試件飽水抗壓強(qiáng)度比普遍高于未添加纖維的試件。其中，添加玄武巖纖維的試件水穩(wěn)定性優(yōu)于添加聚丙烯纖維的試件。這是因?yàn)槔w維在材料中形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠約束水分的遷移，減少水分對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高飽水抗壓強(qiáng)度比。尤其是玄武巖纖維，其高強(qiáng)度和高模量使其在約束水分遷移和抵抗水侵蝕方面表現(xiàn)更為出色。若水穩(wěn)定性較差，可能是材料的孔隙率較大，水分容易侵入，導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度降低；或者是材料中某些成分與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響了材料的性能。例如，煤矸石中的部分礦物質(zhì)可能在水的作用下發(fā)生溶解或水解，降低了材料的粘結(jié)力，從而降低水穩(wěn)定性。4.5干縮和溫縮性能結(jié)果分析通過(guò)干縮和溫縮性能試驗(yàn)，得到不同配合比試件的干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變數(shù)據(jù)，具體結(jié)果如表10所示。試驗(yàn)編號(hào)干縮應(yīng)變(×10??)溫縮應(yīng)變(×10??)135028023202503290220433026053002306340270728021083102409325255從表10數(shù)據(jù)可以看出，不同配合比試件的干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變存在明顯差異。隨著時(shí)間的推移，干縮應(yīng)變逐漸增大，但增長(zhǎng)速率逐漸減緩。在初期（1-7d），干縮應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，7d后增長(zhǎng)速率明顯降低，28d后干縮應(yīng)變基本趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诟稍锍跗?，水分迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，從而使干縮應(yīng)變快速增加；隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，水分蒸發(fā)速率逐漸降低，收縮應(yīng)力也相應(yīng)減小，干縮應(yīng)變的增長(zhǎng)速率隨之減緩。在溫度變化方面，隨著溫度的降低，溫縮應(yīng)變逐漸增大。在降溫初期（20-0℃），溫縮應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較為明顯，0℃以下時(shí)，增長(zhǎng)速率有所減緩。這是由于材料的熱脹冷縮特性，溫度降低時(shí)，材料內(nèi)部的分子間距減小，導(dǎo)致體積收縮，產(chǎn)生溫縮應(yīng)變。在0℃以下時(shí)，水分逐漸結(jié)冰，冰的膨脹作用在一定程度上抵消了部分因溫度降低引起的收縮，使得溫縮應(yīng)變的增長(zhǎng)速率減緩。不同材料因素對(duì)干縮和溫縮性能的影響顯著。粉煤灰摻量從10%增加到20%，干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，在15%摻量時(shí)達(dá)到最小值。這是因?yàn)檫m量的粉煤灰能夠填充孔隙，減少水分蒸發(fā)和溫度變化對(duì)材料的影響，從而降低干縮和溫縮變形；但當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，反而增加變形。礦粉摻量的增加能有效降低干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變。隨著礦粉摻量從5%增加到15%，干縮應(yīng)變從350×10??逐漸降低到280×10??，溫縮應(yīng)變從280×10??降低到210×10??。這是由于礦粉的活性成分參與水化反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減少了因水分和溫度變化引起的體積變化。纖維的加入對(duì)抑制干縮和溫縮變形效果顯著。添加玄武巖纖維的試件干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變均低于添加聚丙烯纖維的試件。在纖維摻量方面，隨著纖維摻量從0增加到0.2%，干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，在0.1%摻量時(shí)達(dá)到較好的抑制效果。這是因?yàn)槔w維在材料中起到了約束作用，阻止了微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而減少了變形；但當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻，出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，反而降低抑制效果。為了有效控制路面基層的干縮和溫縮變形，可采取以下措施：在配合比設(shè)計(jì)中，合理確定粉煤灰和礦粉的摻量，充分發(fā)揮它們的填充和活性效應(yīng)，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，降低變形。選擇合適的纖維種類(lèi)和摻量，確保纖維在材料中均勻分散，充分發(fā)揮其約束和阻裂作用。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)條件，保持適宜的溫度和濕度，減少水分蒸發(fā)和溫度變化對(duì)基層材料的影響。例如，采用覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)措施，延緩水分蒸發(fā)速度，降低干縮變形；在低溫季節(jié)施工時(shí)，采取保溫措施，減少溫縮變形。五、微觀機(jī)理分析5.1微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)為深入探究煤矸石、粉煤灰、礦粉和纖維對(duì)路面基層性能影響的微觀機(jī)理，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同配合比試件的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)。選取7d和28d齡期的典型試件，在試件表面切割出尺寸約為5mm×5mm×5mm的小塊，將其固定在樣品臺(tái)上，進(jìn)行噴金處理，以提高樣品的導(dǎo)電性，然后在SEM下進(jìn)行觀察，觀察倍數(shù)為5000倍。圖1展示了未添加纖維，粉煤灰摻量為15%、礦粉摻量為10%的試件在7d齡期的微觀結(jié)構(gòu)。從圖中可以清晰地看到，水泥水化產(chǎn)物呈現(xiàn)出絮狀和針狀的形態(tài)，部分水化產(chǎn)物附著在煤矸石顆粒表面，填充了煤矸石顆粒之間的孔隙，但仍存在一些較大的孔隙。粉煤灰顆粒均勻分布在水泥漿體中，部分粉煤灰顆粒與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，表面生成了一層凝膠物質(zhì)。礦粉顆粒也均勻分散在體系中，部分礦粉顆粒參與了水化反應(yīng)，使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密。[此處插入圖1：7d齡期試件微觀結(jié)構(gòu)（未添加纖維，粉煤灰15%，礦粉10%）]圖2為28d齡期時(shí)上述相同配合比試件的微觀結(jié)構(gòu)。與7d齡期相比，水泥水化產(chǎn)物明顯增多，煤矸石顆粒之間的孔隙被更多的水化產(chǎn)物填充，結(jié)構(gòu)更加致密。粉煤灰和礦粉的反應(yīng)程度進(jìn)一步加深，生成的凝膠物質(zhì)增多，填充了更多的孔隙，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻。[此處插入圖2：28d齡期試件微觀結(jié)構(gòu)（未添加纖維，粉煤灰15%，礦粉10%）]對(duì)于添加了玄武巖纖維，粉煤灰摻量為15%、礦粉摻量為10%、纖維摻量為0.1%的試件，其7d齡期的微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示?？梢钥吹剑鋷r纖維均勻分布在水泥漿體中，纖維與水泥漿體之間的界面粘結(jié)良好，纖維表面附著有水泥水化產(chǎn)物。纖維的存在有效阻止了裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，在纖維周?chē)纬闪溯^為致密的結(jié)構(gòu)。[此處插入圖3：7d齡期試件微觀結(jié)構(gòu)（添加玄武巖纖維，粉煤灰15%，礦粉10%，纖維摻量0.1%）]圖4展示了該配合比試件在28d齡期的微觀結(jié)構(gòu)。隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥水化產(chǎn)物進(jìn)一步增多，纖維與水泥漿體之間的粘結(jié)更加緊密，纖維周?chē)慕Y(jié)構(gòu)更加致密。此時(shí)，裂縫的擴(kuò)展得到了更有效的抑制，材料的整體性能得到顯著提升。[此處插入圖4：28d齡期試件微觀結(jié)構(gòu)（添加玄武巖纖維，粉煤灰15%，礦粉10%，纖維摻量0.1%）]為了更準(zhǔn)確地分析材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，采用