抗裂型水泥稳定碎石配合比设计及路用性能研究

为了提高水泥稳定碎石的抗裂能力,选取广东省佛山地区花岗岩集料,通过大量室内试验进行了抗裂型水泥稳定碎石混合料的配合比设计和路用性能分析.首先,采用两级干捣试验根据骨架间隙率合理极小值获得了三档粗集料的最佳配比,并采用i法和CBR试验得到了CBR值最大的细集料密实级配.其次,采用7d无侧限抗压强度试验,确定了强度最大的粗细集料最佳配比,由此提出了骨架密实结构的抗裂型水泥稳定碎石混合料的设计级配及最佳水泥剂量.最后,通过路用性能检验,并与施工规范悬浮密实级配进行了对比,结果表明,设计级配的各项路用性能均明显优于规范级配.因此,所提出的骨架密实结构水泥稳定碎石混合料具有优良的抗裂性能,可应用于工程实际.     

水泥稳定炉渣碎石基层路用性能

为研究生活垃圾焚烧炉渣集料对水泥稳定碎石基层路用性能的影响规律,将0~9.5mm炉渣集料按照不同比例替代天然石料制备了水泥稳定炉渣碎石混合料,并测试了混合料的击实特性和无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、收缩特性及抗冻性.结果表明:炉渣集料掺量越高,混合料最佳含水率越大且最大干密度越小;水泥稳定炉渣碎石的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性均低于水泥稳定碎石;炉渣集料增加了试件的长期干缩变形,但降低了试件对失水率的敏感性,炉渣集料掺量不超过30%将减小试件温缩变形及对温度的敏感性.综合考虑,炉渣集料替代水泥稳定碎石中天然石料的质量分数宜在20%~30%.     

水泥稳定碎石基层在掺入乳化沥青后的性能影响

本文研究了水泥稳定碎石在掺入一定的乳化沥青后(即水泥稳定碎石 乳化沥青)对混合料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、回弹弯沉、反射性裂缝等的影响,试验表明,加入乳化沥青使水稳无侧限抗压强度、抗压回弹模量均有不同程度降低、回弹弯沉值变大、反射性裂缝减少,但水泥稳定碎石 乳化沥青基层更具有韧性,具有较好的路用性能。     

含砖粉碎料水泥稳定再生集料的力学性能

砖粉碎料的含量影响水泥稳定再生集料的力学性能.本文采用试验研究了水泥含量、砖粉碎料掺量和养护龄期对水泥稳定再生集料力学性能的影响,建立了这3种因素与无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量和抗冻性能的关系.试验结果表明,随着砖粉碎料掺量的减少,水泥稳定再生集料的最大干密度增大,其最佳含水量减小;随着水泥含量的减少,水泥稳定再生集料的最大干密度减小,其最佳含水量基本不变;不同龄期水泥稳定再生集料的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量和抗冻性能都随着砖粉碎料掺量的增加而降低,随着水泥含量的增加而增加;以水泥含量和砖粉碎料掺量为变量建立了含砖粉碎料水泥稳定再生集料的无侧限抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量计算公式.     

骨架密实型水泥稳定碎石基层的收缩性能

研究了3种级配水泥稳定碎石的无侧限抗压强度、干燥收缩性能和不同龄期的温度收缩性能.由强度试验确定了性价比优良的水泥用量为4.0%.骨架密实型级配的干燥收缩和温度收缩性能优于另外2种级配.研究结果表明,不同级配对混合料性能具有较大影响;在满足基层强度要求的前提下,控制细集料用量可以明显改善基层抗收缩性能.     

掺复合碱激发剂的矿渣水泥稳定碎石基层路用性能研究

为了克服矿渣水泥稳定碎石基层早期强度不足的问题,选择氢氧化钠与硅酸钠两种碱性激发剂对矿渣水泥的活性进行激发,根据单掺试验结果掺配出一种复合碱激发剂,并研究了该复合碱激发剂对水稳碎石基层无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗压回弹模量及干缩性能的影响。试验结果表明,掺入氢氧化钠或硅酸钠均能有效激发矿渣水泥的活性,二者的合理掺量分别为6%与4%,按此合理掺量复配而成的复合碱激发剂具有比单掺更优异的效果;该复合碱激发剂较好地提高了基层试块的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗压回弹模量,但对干缩性能产生了不利影响。     

成型方式对厚层水泥稳定碎石基层路用性能影响

基于室内模拟试验研究了不同成型方式(振动成型和标准静压成型)对整体大厚度水泥稳定碎石基层路用性能(力学性能、体积变形性能和抗冲刷性能)的影响。结果表明:大激励振动一次成型厚层水泥稳定碎石基层上部结构的无侧限抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量均大于其下部结构,其差异性随龄期增长而降低,且上部与下部结构的力学性能兼高于标准静压成型水泥稳定碎石基层;两种方式成型对水泥稳定碎石干缩、温缩及抗冲刷性能影响规律与力学性能相同。     

不同类型半刚性基层材料性能的试验与分析

采用石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石及水泥粉煤灰稳定碎石进行干缩试验,对比研究3种半刚性材料的累积干缩量、失水率、累积失水率和干缩系数4个性能指标;对3种半刚性材料进行温缩试验,通过温缩系数对比,分析其温缩特性;通过抗压回弹模量试验和抗弯拉回弹模量试验,对比研究了其力学特性;对3种半刚性材料进行疲劳试验和冲刷试验,对比分析其耐久性。研究结果表明：3种半刚性材料干缩性能的优劣顺序为：石灰粉煤灰稳定碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;温缩性能的优劣顺序为：水泥粉煤灰稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;抗冲刷性能的优劣顺序为：石灰粉煤灰碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石;水泥粉煤灰稳定碎石的抗疲劳性能优于水泥稳定碎石。     

细集料含量对二灰碎石混合料性能的影响

以工程实际常用的二灰和集料比为20：80的石灰粉煤灰稳定碎石混合料为研究对象，研究分析细集料含量对二灰碎石混合料的无侧限强度、抗压回弹模量和干缩性能的影响规律。结果表明，当2.36mm以下细集料含量在10％左右时，二灰碎石混合料可取得理想的强度性能和良好的抗收缩性能，即二灰材料替代细集料可以得到性能良好的二灰混合料，并可有效提高其抗水侵蚀能力。     

低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩规律分析

为了研究低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩性能规律,提高对低水泥掺量基层结构的认识,通过不同龄期与水泥掺量下的无侧限抗压强度、劈裂强度、加州承载比、抗压回弹模量和干燥收缩等试验,揭示了力学和收缩变化的规律,建立了强度和模量等四个力学参数随龄期和水泥掺量变化的对数增长预测模型,以及上述参数对应龄期之间的相互转化关系模型。研究结果表明龄期和水泥掺量对混合料力学和收缩性能影响显著,推荐水泥掺量在2.0%~2.5%范围内较为合适。     

矿料强嵌挤骨架密实级配的PFC2D数值试验研究

为了充分优化矿料级配,应用PFC2D构建了矿料密实度和加州承载比(CBR)的数值试验方法,在可靠性验证的基础上,分析了合成粗集料、合成细集料、粗细混合集料的密实度和CBR变化规律,提出了矿料强嵌挤骨架密实级配,并对其力学性能进行了室内试验验证.结果表明:19～31.5mm集料、9.5 ～ 19mm集料和4.75～ 9.5 mm集料3种规格粗集料的最佳质量比分别为70∶20∶10、60∶30∶10、60∶20∶20和50∶30∶20,2.36 ～4.75mm集料、0.6 ～2.36mm集料和0.6mm以下集料3种规格细集料的最佳质量比为38.5∶16.5∶45、33∶22∶45、36∶24∶40和30∶30∶40,粗细混合集料的最佳比例为65∶35;由矿料强嵌挤骨架密实级配组成的级配碎石的CBR值和抗压强度分别为规范级配的1.16倍和1.12倍以上,证明该级配具有良好的力学性能.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常设置在隧道路面下排出基岩上渗水。利用动三轴实验模拟基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型表征其力学特性,并采用非线性有限元分析了路面受力。结果表明,动三轴试验较好地模拟了级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映了级配碎石在隧道路面中应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石的动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面层底的最大拉应力减小率越小;为了兼顾到级配碎石层的排水渗透功能和强度,应严格控制级配,特别是0.075mm以下的含量宜控制在5％～7％,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间。     

水泥稳定碎石基层温缩性能试验及预估控制

针对水泥稳定碎石基层在温度变化时易产生温缩裂缝,且现有试验方法和评价指标无法对其进行有效控制的问题,采用不同级配和水泥剂量的水泥稳定碎石混合料进行温缩性能试验,得出混合料温缩性能与水泥剂量、级配、温度等因素之间的关系,建立并验证了温缩性能预估模型.试验结果表明,粗集料含量较多、水泥剂量较低时,混合料的温缩应变和温缩系数均较小;但温缩性能随水泥剂量增加而增长的幅度有限.结合有限元温缩应力分析和劈裂强度试验结果,对基层内的应力强度比进行分析,提出了相应的基于温缩的强度控制标准.研究结果将为设计和施工中预估并减少水泥稳定碎石基层温缩裂缝、确定基层合理强度提供参考.     

破碎砾石水泥稳定基层收缩性能

为研究破碎砾石水泥稳定基层的收缩性能以提高其适用性,通过逐级填充法确定配合比,探讨其抗冲刷性能和收缩性能.研究结果表明:增加水泥剂量可有效提高抗冲刷性能,干缩主要发生在早期,且失水率和干缩系数均随时间的延长而增大.2种破碎砾石水泥稳定基层(悬浮密实型和骨架密实型)的性能存在差异.对悬浮密实型,粗细集料比越大,7 d无侧限抗压强度越大;级配越粗,抗冲刷性能越强.对骨架密实型,在细集料含量不变的情况下,提高16 mm以上粗集料的含量可增强7 d无侧限抗压强度和抗冲刷性能.悬浮密实型的失水率、干缩系数、干缩应变和温缩系数均大于骨架密实型,且干缩应变变化率要高于失水率变化率.悬浮密实型的收缩性能整体上弱于骨架密实型.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力的影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常被设置在隧道路面下以排出基岩渗水.文中利用动三轴试验模拟了基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型以表征其力学特性,并采用非线性有限元法分析了路面受力.结果表明:动三轴试验可较好地模拟级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映级配碎石在隧道路面中的应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数的变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面底的最大拉应力变化率越小;为了兼顾级配碎石层的排水渗透功能和改善路面受力状态,应严格控制级配,特别是粒径0.075mm以下的含量宜控制在5%～7%,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间.     

二灰钢渣碎石路面基层材的设计与使用性能

通过实验室试验,研究了路面基层用石灰粉煤灰稳定钢渣碎石集料混合料的使用性能.试验结果及分析显示:二灰稳定钢渣碎石混合料无侧限抗压强度随钢渣质量分数增加而显著增加,掺钢渣可以减少二灰结合料的用量.钢渣碎石合成集料遇水累计膨胀率可以通过改变钢渣的掺量控制,必须在材料设计时予以考虑.钢渣可以提高二灰稳定材料间接抗拉强度与抗压回弹模量,集料中掺50%钢渣可以分别提高材料的抗拉强度与抗压回弹模量最高24%与21%,减小设计路面结构层厚度.钢渣可以减小二灰稳定材料总干缩系数,集料中掺50%钢渣可以减小材料的干缩系数最多27%,减缓路面基层由于失水导致的开裂.钢渣的存在对二灰稳定材料抗冲刷特性影响不大,材料设计时可以不必考虑.     

级配对水泥稳定再生集料强度影响

目的探究级配对水泥稳定再生集料强度的影响.方法在规范规定的级配上下限范围内均匀的选取5种级配,分别进行水泥稳定再生集料的无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验;通过灰色理论分析了级配各组分与强度的关联性,并拟合得到各级配分形维数与强度之间关系式.结果级配对无侧限抗压强度、劈裂强度影响明显,且随级配由上限到下限的变化强度呈现先增大后降低的趋势,并在中上级配时达到最大.通过灰色关联度分析发现4.75～9.5 mm粒径组和强度的关联性最大,大于4.75 mm的粒径与无侧限抗压强度关联性更好,而小于4.75 mm粒径与劈裂强度关联性更好.拟合得到级配分形维数与强度之间二次多项关系式.结论再生集料的最佳级配对应的分形维数为2.491 4,所得结果可为水泥稳定再生集料的级配设计提供参考.     

高寒地区水泥稳定碎石抗压强度特性研究

青藏高原寒冷地区特殊的气候环境对水泥稳定碎石半刚性基层性能有较大影响。文章通过标准养生条件与低温养生条件下的水泥稳定碎石混合料抗压强度试验,分析了水泥用量、养生龄期、养生温度对混合料抗压强度和回弹模量的影响。结果表明:标准养生条件下,养生龄期对水泥稳定碎石的无侧限抗压强度和抗压回弹模量有明显影响;7d以前强度增长缓慢,7~28d增长幅度较大,28d后强度增长趋于稳定;养生温度对混合料的无侧限抗压强度与抗压回弹模量的影响较大,0~5℃时,水泥用量较大(5%)的混合料的强度形成较快,5~10℃时不同水泥用量的混合料强度均增长显著,温度高于10℃时3d龄期强度增长幅度大于7d龄期。因此,养生温度高于10℃、水泥用量大于4%时,可满足青藏高原寒冷地区水泥稳定碎石基层的强度要求。     

骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计与路用性能

以最大密实度为原则,采用逐级填充方法研究了粗集料级配、粗集料与水泥粉煤灰砂浆最佳比例(质量比);以强度试验为基础,考虑经济性,研究了水泥粉煤灰最佳比例以及水泥粉煤灰与细集料比例.在此基础上,形成了骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计方法.研究结果表明:骨架密实型水泥粉煤灰碎石在后期强度、抗裂性能方面明显优于规范级配水泥稳定碎石;提出的骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计方法效果良好,具有优良的路用性能.     

低水泥剂量稳定级配碎石基层在沥青路面大修工程中的应用

目的利用低水泥剂量稳定级配碎石基层技术,解决传统半刚性基层收缩开裂引起反射裂缝及由此导致的路面病害问题.方法在对该种材料强度形成机理分析的基础上,通过室内试验研究低水泥剂量稳定级配碎石材料的强度和变形特性;并依托沈环北线(横道岭-台山堡)大修工程,对铺筑的低水泥剂量稳定基层进行现场检测.结果室内试验中,无侧限抗压强度试验的结果表明:当水泥掺量为2.5%时,低水泥剂量稳定级配碎石基层强度满足现行规范中对中、轻交通等级的要求;当水泥剂量为3.0%时,满足规范中对重交通等级的要求.回弹模量试验的结果表明:水泥剂量超过2.5%时,回弹模量呈快速增长;裂强度实验结果表明:水泥剂量超过2.5%时,该种材料的间接抗拉性能和常规半刚性基层材料接近.试验路检测证明,低水泥剂量稳定级配碎石基层沥青路面反射裂缝显著减少.结论低水泥剂量稳定级配碎石基层技术应用在辽宁省公路大修工程当中是可行的,中、轻交通等级下,推荐采用水泥剂量为2.5%;重交通情况下推荐水泥剂量为3%.