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。     

水泥稳定碎石强度影响因素

为了揭示水泥稳定碎石强度形成机理及影响因素,分别采用静压成型方法和振动试验方法成型试件,通过室内试验,研究试件成型方式、水泥剂量、级配类型和密实度对水泥稳定碎石强度的影响规律。结果表明:成型方法对试件结构尤其是矿料级配及矿料排列影响很大,振动法成型试件28 d后强度接近于静压法的2.54倍;水泥剂量(质量分数)对初始强度影响效果不明显,水泥剂量小于5%时,对水泥稳定碎石极限强度影响显著,水泥剂量超过5%时,水泥剂量增加1%时极限强度提高不超过10%;骨架密实型水泥稳定碎石比悬浮密实型初始强度约增大19%,后期强度约增大10%;试件密度提高1%,水泥稳定碎石强度至少提高11%;龄期28 d前水泥稳定碎石强度增长较为显著,龄期达到28 d时,水泥稳定碎石强度可达到极限强度的75%以上。     

水泥粉煤灰稳定碎石强度增长特性

为了评价水泥粉煤灰稳定碎石强度增长特性,通过不同龄期无侧限抗压强度试验和劈裂试验,研究了不同粉煤灰掺量下水泥粉煤灰稳定碎石强度变化情况.结果表明:粉煤灰的掺入,对水泥稳定碎石早期抗压强度和劈裂强度都有影响,掺量越大早期强度越低;掺加粉煤灰对长期强度有利,就提高长期强度而言,粉煤灰最佳掺量约为10%;由于7d抗压强度不足以反映掺粉煤灰的水泥稳定碎石强度特性.建议采用7～90 d强度增长率作为评价其强度潜能,在实际工程中应适当降低其7 d强度要求.     

石灰-粉煤灰-水泥稳定碎石的力学性能试验

石灰-粉煤灰-普通硅酸盐水泥稳定碎石是一种常用的路面基层材料,但其早期强度较低,用作路面的维修养护材料时不能快速开放交通.为提高稳定碎石的早期强度,将其中的普通硅酸盐水泥用等质量的硫铝酸盐水泥替换,通过无侧限抗压强度试验(UCT)和劈裂拉伸强度试验(STS)对比了两种不同水泥综合稳定碎石的无侧限抗压强度(UCS)和劈裂拉伸强度(STS),并对无机结合料掺量、水泥掺量及级配对稳定碎石强度的影响开展了试验研究.结果表明,稳定碎石的UCS和STS随水泥含量的增加、养护龄期的增长而增大;养护龄期1 d的石灰-粉煤灰-硫铝酸盐水泥稳定碎石的UCS可达2.28 MPa,达到了路面基层开放交通的规定,且后期强度没有出现降低.论文为路面基层的快速维修养护提供了一种新材料.     

三灰碎石快速养生试验及微结构观测对比

为了解决目前公路工程设计和施工周期长的问题,以高温养生作为三灰碎石快速养生的方法,通过试验和电镜扫描技术(SEM),对高温养生、标准养生条件下试样的微结构进行观测对比分析,得到2种养生条件下材料的强度增长关系,从而可用短龄期的高温养生结果确定标准养生龄期180 d的强度.结果表明:通过高温养生可以将养生龄期缩短为25 d左右;可以改善三灰碎石的微结构,提高其早期强度;能快速确定三灰碎石的设计参数和施工配合比设计的主要控制指标.     

水泥稳定碎石混合料早期强度评价

水泥稳定类材料作为高等级公路的半刚性基层材料在我国得到了广泛的应用,在进行下一道施工工序之前,为避免水泥稳定材料早期损伤,必须要养生一段时间(通常为7d).现场采用土壤刚度仪进行强度试验,室内采用无侧限抗压强度试验对水泥稳定碎石混合料养生期间的强度增长情况进行综合评价,试验结果表明,水泥稳定碎石混合料强度在1~3d养生期间强度增长最快,4~7d强度增长速度明显放缓.可以得出结论:对于水泥稳定碎石混合料这种典型的半刚性基层材料,养生3~4d后,就可以考虑开放交通,进行下一步施工,从而节省工期,减少成本.     

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.     

低温环境下水泥稳定碎石基层施工车辆轴载控制

低温环境下半刚性基层强度形成缓慢,造成养护时间增加,进而使工期大大延长,工程成本增加。为尽早开放交通,研究了低温环境下水泥稳定碎石基层施工期间车辆轴载对基层结构的影响,并得到了施工期间车辆的控制轴载。首先对低温养护环境下掺加早强剂的水泥稳定碎石材料进行室内力学性能试验,得到养护温度、早强剂掺量以及养护龄期等因素对劈裂强度与压缩模量的影响,其次通过使用KENPAVE软件对材料进行力学分析,比较层底最大拉应力与抗弯拉强度,最后得出施工车辆轴载控制。研究结果表明:在低温养护环境下,早强剂掺量越大,水泥稳定碎石材料的劈裂强度与压缩模量越大;在低温条件下,对于分层不连续摊铺施工方案,底基层养护7、14 d后,施工车辆对底基层产生的层底拉应力均大于抗拉弯强度;对于连续摊铺施工方案,通过数据计算得出回归方程,为施工过程中施工车辆轴载的控制提供了依据。     

振动搅拌水泥稳定碎石的强度及其形成机理

为揭示振动搅拌技术对水泥稳定碎石强度的影响及作用机理,进行了基于传统搅拌和振动搅拌技术的水泥稳定碎石无侧限抗压强度和间接拉伸强度试验,并开展了扫描电镜下的细观作用机理分析.结果 表明:振动搅拌技术可提高水泥稳定碎石的无侧限抗压强度和间接抗拉强度,降低变异系数,提高均匀性,缩短强度稳定时间,对低水泥剂量下强度的改善效果更明显;在龄期为7,28 d时,振动搅拌水泥稳定碎石的水化物明显较多,且分布更均匀,在混合料内部形成了大量韧性较好的网状结构,有利于提高强度;在龄期为90 d时,钙矾石晶体成柱状并嵌入集料内部,使结构更致密,强度更高.     

石灰粉煤灰水泥稳定碎石的力学性能研究

石灰粉煤灰水泥稳定碎石是一种常用的路面基层材料.选用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥综合稳定碎石,通过无侧限抗压强度试验和冻融循环试验对比了两种水泥综合稳定碎石的无侧限抗压强度(UCS)和抗冻性能,并对无机结合材料掺量、水泥掺量及碎石的级配对稳定碎石强度的影响开展了研究.结果表明,稳定碎石的UCS随水泥掺量的增加、养护龄期...     

聚丙烯纤维与TG固化剂对水泥石灰土强度及稳定性的影响

为提高水泥石灰综合稳定土的基层性能,选用聚丙烯纤维、TG土壤固化剂改良水泥石灰土。根据水泥和石灰含量、聚丙烯纤维掺量、TG固化剂剂量对水泥石灰土无侧限抗压强度的影响规律,从而确定水泥和石灰含量均为4%,聚丙烯纤维和TG固化剂掺量分别取0.2%、0.02%。在此基础上,研究了纤维与固化剂对水泥石灰土劈裂强度、收缩性、水稳定性及冻稳定性的影响。试验结果表明:经聚丙烯纤维与TG固化剂复合固化的水泥石灰土强度及稳定性提高效果最显著,优于高石灰掺量的水泥石灰土。     

可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能影响的试验研究

为研究可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能的影响，开展水泥胶砂试验及无侧限抗压强度、抗折强度、干缩、温缩路用性能试验，并通过XCT、SEM微观试验分析胶粉的作用机理。试验结果表明：胶粉应用于低剂量水泥基材料时，对强度和抗裂性具有显著的提升效果。考虑水泥稳定碎石的抗压强度、抗折强度及韧性，5%胶粉用量最优。5%胶粉水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度提高9.8%、抗折强度提高9.6%、弯曲韧性提升21.0%。掺入胶粉后，水泥稳定碎石的7 d、28 d干缩系数分别降低41.5%、34.0%，温缩系数降低17.1%，收缩性能得到显著改善。XCT图像分析显示，加入胶粉改变了水泥胶砂的孔隙特征，减少了大孔的数量，孔隙率和平均孔径是影响胶砂强度的主要因素。SEM结果显示胶粉可以增强水泥稳定碎石的界面粘结，优化其孔隙结构，并且与水泥水化产物联结形成弹性空间网络结构，是水泥稳定碎石韧性和收缩性能提升的主要原因。     

粉煤灰水泥土力学特性试验研究

针对上海苏州河区域的软土特点,将粉煤灰和水泥作为固化材料加固饱和软黏土,研究粉煤灰对水泥土力学特性的影响.通过无侧限抗压强度试验,研究了不同粉煤灰掺量、水泥掺量以及不同龄期对水泥土强度和变形特性的影响;通过Matlab数据拟合,提出了水泥粉煤灰固化土的强度预测方法.随着龄期的增长和粉煤灰掺量的增加,固化土的应力应变关系由塑性破坏转变成脆性破坏.当粉煤灰掺量过高时,水泥土中易发生耦合反应,影响固化效果.因此,水泥掺量与粉煤灰掺量比例为1∶1,且粉煤灰最佳掺量为14%~18%.     

赤泥的掺入对水泥土电阻率与强度性能的影响

通过在水泥固化土中掺入不同量的赤泥来研究赤泥的固化效果和固化过程中土体的微观结构变化,分别测试固化土的电阻率和无侧限抗压强度。通过在水泥土中掺入不同量的赤泥,制备成不同赤泥掺量的固化土试样,测试不同电流频率和养护龄期下的固化土电阻率,分析固化过程中土体的微观结构变化;同时测试了不同养护龄期下固化土无侧限抗压强度,分析赤泥在水泥土中的固化效果;并且找出了最佳的赤泥掺入量,可供从事利用赤泥固化土研究的相关人员借鉴参考。     

HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响研究

针对水泥稳定全深式冷再生混合料的泌水、施工操作时间短、黏结力不足等诸多问题,通过在水泥胶砂试件中添加羟丙基甲基纤维素醚(HPMC),研究HPMC对水泥胶砂试件抗折及抗压强度的影响;进而探讨在再生混合料中掺入HPMC的可行性,重点研究了不同掺量的HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响。研究发现:HPMC由于引气作用会降低水泥水化后水泥胶砂试件的抗折及抗压强度;水泥在HPMC溶于水后的分散液中进行水化,与水泥先水化再掺入HPMC相比,水泥胶砂试件抗折及抗压强度有所增大。掺入HPMC,对水泥稳定全深式冷再生材料的无侧限抗压强度有削弱作用;再生混合料具有一定黏聚性能不易离析,且在常温及高温下保水性能较好,基本无泌水现象。     

水泥稳定三峡库区风化砂回弹模量试验及模型评估

以水泥稳定三峡库区风化砂的回弹模量值为研究对象,在风化砂中分别掺入3%、5%、7%、9%的水泥制作试样,然后各自养护7、14、21、28、35、56、70d,开展室内回弹模量试验。试验结果表明:掺水泥能显著提高风化砂的回弹模量值。在相同的养护龄期下,随着水泥掺量的增加,回弹模量值逐渐增大,增长的幅度先大后小,二者呈现良好的对数函数关系;在相同的水泥掺量下,随着养护龄期的增长,回弹模量值也逐渐呈线性增大,且在最初养护的28d内,回弹模量值的增长占整个测试期内的95%左右。通过回归分析,分别建立了水泥掺量与回弹模量值之间、养护龄期与回弹模量值之间的数学模型,再通过补充试验,进一步验证了所建数学模型的正确性及精确度。     

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。     

温度对含碳纤维水泥水化及抗压强度的影响

为了研究温度对含碳纤维水泥水化及其强度的影响,首先将制备好的含碳纤维水泥净浆倒入40mm×40mm×40mm立方体模具中,振密实后分别放入低温(10℃),常温(25℃),高温(100℃)环境下养护至规定龄期(3,7,28d),通过XRD和SEM研究水泥水化过程,对比分析在不同养护温度条件下含碳纤维混凝土的抗压强度。研究结果表明,随着养护温度的增加,C-S-H凝胶和C-H的形成速率增加,从而提高了混凝土的抗压强度;在一定温度范围内提高养护温度,可加速含碳纤维混凝土水化过程。     

聚丙烯纤维对高寒地区水稳基层冷再生混合料性能的影响

为了改善高寒地区水泥稳定冷再生混合料的抗冻和抗干缩性能,提高水泥稳定冷再生技术在市政道路中的应用效果。研究了聚丙烯纤维对水泥稳定冷再生混合料的低温抗冻性、抗干缩开裂能力、抗拉和抗压强度性能的影响。聚丙烯纤维在水泥稳定碎石中起到加筋作用,增强了水泥稳定冷再生混合料的强度、韧性和抗裂性。综合分析得出在标准养护条件下,振动成型法成型的水泥稳定再生混合料的聚丙烯纤维最佳掺量为0.9 kg/m³,最佳纤维长度为12 mm。结合包头等高寒地区全年的气候情况,设计了具有代表性的不同养护条件,研究高寒地区环境对聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料性能的影响。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料在恶劣养护条件下仍能保持较高的力学性能,在确保混合料抗压强度、抗拉强度、抗冻性满足规范要求的情况下,聚丙烯纤维的加入可以减少0.5%的水泥用量。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料有效地解决了高寒地区低温、低湿度和昼夜温差大导致水泥稳定冷再生基层易发生的强度不足和开裂等病害,延长了冬季可施工时间。