水泥稳定集料分析毕业论文

摘要：针对芜宣高速公路半刚性基层水泥稳定碎石材料，通过大量的室内试验，测试分析了回弹模量、强度指标、干缩和温缩特性。结果表明，半刚性基层材料抗压模量和劈裂模量存在较大差异，动态模量约是静态模量的～6倍；抗压强度和劈裂强度之间也存在显著差别，同时回归了抗压强度、劈裂强度随龄期的增长规律，为今后的施工质量控制提供参考依据。 关键词：水泥稳定碎石 模量 强度 收缩性能 1、原材料及混合料组成 试验材料水泥采用安徽芜湖海螺集团生产的普硅325#（海螺牌）；集料采用芜宣高速公路实际使用的由芜湖荆山石料厂生产的石灰岩碎石，共分0～、～、～19、19～（方孔筛）四档规格。 混合料配合比试验级配如表1所示。对模量、强度试验采用配合比设计中3种级配进行比较；对于收缩性能试验，为了解水泥碎石在水泥小剂量范围变化的情况下收缩特性，采用推荐的级配2并分别取用3个不同水泥掺量（4%、5%、6%）进行分析比较。 试件制作与养护试件采用静压法成型，试件尺寸分为2种规格[1]，一种为Φ15×15cm圆柱体试件，进行抗压模量和劈裂模量、抗压强度和劈裂强度试验；另一种为10cm×10cm×40cm中梁试件，进行干缩和温缩试验，试件成型参数如表2所示。试件成型后用塑料袋密封，放置于标准养护室（温度为20±3℃，相对湿度90%以上）保湿养护。 2、回弹模量（静态、动态）试验半刚性基层模量是路面设计和分析中的一个重要参数，它反映了半刚性材料在荷载作用下的变形特性。 国内路面材料模量的测定多以静态实验为主，这种方法中试件受力状态与路面结构真实应力状态差异较大，不能真正反映路面材料实际的力学性质。本次实验采用MTS810材料实验系统，进行了半刚性基层抗压回弹模量（静态、动态）、劈裂模量（静态、动态）试验。 MTS试验系统具有比较完善的动态试验功能，可根据试验需要自行设定动载程式（波形、频率、加载序列、荷载间歇时间等）。系统加载由液压伺服系统控制，荷载频率不宜超过30Hz.国外研究表明路面材料的实际受力频率一般在10Hz左右，适合MTS试验系统的要求。 试验的荷载为试件抗压强度的30%并在试验中作适当调整，保证实验过程产生足够的弹性变形同时也可以与同类实验的研究成果相比较。按照《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97），水泥稳定碎石3个月后逐步趋于稳定，设计参数测定以3个月龄期为准。本次试验测定3个月龄期的模量值，试验结果如表3所示。 同一级配不同的水泥用量对模量的影响并不是很大，另外可知压缩试验的动态模量为静载条件下的回弹模量的～6倍；劈裂试验的动态模量为静态模量的3倍左右，显然动态模量和静态模量之间存在明显不同，采用何种模量参数进行路面结构分析，对疲劳寿命影响很大[2]，因此在路面设计中应对拟建道路实际所用材料的性能参数进行系统试验，以反映符合实际情况的参数值。 3、强度试验及增长规律本次试验测试了3种级配的抗压强度和劈裂强度，以资比较。对于推荐级配2，分别测试了6个龄期（7d、14d、28d、60d、90d、180d）的无侧限抗压强度和劈裂强度，平行试件3个，以分析强度随龄期的增长规律。 对于级配2，从各个不同龄期看，在本试验水泥用量4～6%的范围内，抗压强度和劈裂强度均随着水泥掺量增加而增加；抗压强度和劈裂强度之间存在着良好的关系，抗压强度与劈裂强度的比值均在～之间范围内变化。 4、室内收缩试验 干缩试验芜宣高速公路线路区内属长江水系，地表水系较发达，年降雨量较大，年平均湿度为80%，因而研究水泥稳定碎石基层的干缩试验尤为重要。关于半刚性基层材料的干缩特性目前还没有统一的测定标准，本次试验主要利用手持应变仪（精度）测量小梁在一定失水率下的收缩变形。 将级配2的三个不同水泥用量（4%、5%、6%）在室内制备试件，试件成型压力为500——550KN，试件经过7d保温保湿养护后取出，以20cm为标距，在试件的顶面安装测头，放在天然湿度下风干，本次试验室内温度始终保持在20℃左右。观测不同时间试件的重量和变形，直至含水量不再减小，试件体积基本维持不变为止。 本次干缩试验共测试了14d的变形，根据累积干缩应变计算干缩系数αd：αd = ∑Δεdi/∑Δεωi （公式1） 式中：∑Δεdi累计干缩应变（10-6）； ∑ΔεωI失水量。 温缩试验 1）本次试验采用同济大学道路与交通工程教育部重点实验室研制的JNZS-2001A路面材料胀缩试验仪测定。将养护14d的试件取出后，安装20cm的测头，然后放置于路面材料温缩试验仪中。 2）温度范围根据芜宣高速公路所经过地段的气候、水文资料，区内多年平均气温℃，多年平均最冷月气温℃～℃，极限最低温度为℃，多年平均月气温为27℃～℃，因此将温度控制范围划为25℃～-5℃，每5℃为一级，每级温度至少静置6h，可以认为试件内外温度达到一致。 3）温缩试验的起始温度为25℃。在设定温度下放置6h后将试件取出，用手持应变仪快速测定试件变形。然后将试件放回温缩仪中，使温缩试验仪密封，调至下一温度设定值，进行下一级试验。 4）根据公式（2）计算温度收缩系数αT，其中∑ΔεT为温度间隔Ti+1-TO条件下的试验变形，相同试件的温缩系数取平行试验的平均值。 αT =ΔεT/（Ti+1-T0） 公式（2） 式中：ΔεT 累计温缩应变（×10-6）；Ti+1 当前温度（℃）；T0起始温度（℃）。 从表7和图3中可以看到，水泥稳定级配碎石的温缩应变随温度的降低而逐渐增大，在25℃～-5℃温区之间，水泥掺量的变化对水泥碎石的温缩特性的影响并不明显。从总体看，半刚性基层材料的干缩应变与温缩应变相比，在正温度范围内由温度引起的应变相对要小得多。 5、结论 通过对芜宣高速公路水泥稳定碎石基层混合料的模量、强度、收缩性能的试验，建立了抗压强度、劈裂强度随龄期的增长规律方程，具有良好的相关性，可为今后工程施工质量的控制提供参考依据；半刚性基层材料通过不同的试验方法测得的弹性模量相差较大，静态模量和动态模量之间也存在着明显差别；强度指标也存在一定的差异，而路面结构的实际工作状态（力学模型、材料的性质）都与现行的静态力学体系有着较大的差距，因此研究动态荷载作用下的路面结构的动力特性和动力参数显得尤为重要。半刚性基层材料在温度或湿度的变化时会发生收缩，易产生开裂，当沥青路面面层较薄时，易形成反射裂缝，通过干缩和温缩特性的测试，为今后的施工提供重要的指导作用，也为路面开裂的进一步分析提供依据。 参 考 文 献 [1]中华人民共和国行业标准（JTJ057-94），公路工程无机结合料稳定材料试验规程，北京：人民交通出版社，1994 [2] 朱照宏，许志鸿。 柔性路面设计理论和方法，上海：同济大学出版社，1987 陈崇驹 毛菊良 丛林（同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海200092）

【摘 要】公路病害研究是一个系统的复杂的工程，随着公路建设的不断发展，交通运输量随之增多，车辆承载力也加大，同时对道路标准的要求也日渐提高。只有在实践中不断摸索研究，吸取经验，总结教训，才能不断提高公路质量。本文主要对水泥稳定碎石基层裂缝产生的原因及怎样防治进行了分析。 【关键词】水泥碎石;危害；裂缝原因；施工工艺；防治措施 1 水泥稳定碎石基层裂缝的现象及危害 水泥稳定碎石基层是一种半刚性结构。水泥稳定碎石基层易产生裂缝的问题是影响沥青混凝土路面早期破损的关键原因之一,也是许多科研人员一直想方设法研究解决的问题。这种裂缝是很有规律性的,一般在基层顶面横向每隔5 m～10 m一条,缝宽 cm～4 cm。出现较早时在水稳基层摊铺完成后一个月内就开始出现,有的在沥青混凝土路面通车后1～2个月内开始出现,这是由于水泥稳定基层裂缝反射上去造成的。 基层裂缝的危害有两个方面:（1）降低基层的整体强度;（2）发展后会形成反射裂缝,使沥青混凝土路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二种情况后,若不及时处理,雨水从裂缝内向下渗透,沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水,在车辆荷载反复冲击下,就会使沥青混凝土路面出现坑洞、碎裂、松散,造成沥青混凝土路面早期破损,影响其使用寿命和路面行车的质量及舒适度。 2 水泥稳定碎石基层裂缝产生的主要原因 集料的影响 集料的级配不佳、细粉料含量多是导致水稳基层产生裂缝不可忽略的因素之一。使用级配不佳的集料，粗、细集料集中现象普遍存在，其结构强度的均匀性较差，弯沉值的变异系数大，水稳基层悬空系数大。粗集料集中部位强度高，细集料集中部位强度低，且干缩系数大，在内应力或荷载外力作用下使水稳基层从强度较低断面处开裂。粒料小于 0．075 mm 的细粉料偏多，粉料不但本身含有塑性，而且集料本身不可避免地含有少量的土掺入，使塑性指数增大。矿料的细粉料含量和塑性指数是影响水稳基层干缩应变的主要因素之一，且干缩系数随细粉料的含量和塑性指数的增大而增大。细粉料过多和塑性指数过高的矿料铺筑的水泥基层产生裂缝的概率大。 水泥的品种及剂量影响 水泥作为唯一的一种稳定剂，其质量至关重要，它的矿物成份优劣及剂量大小是水稳基层是否产生收缩裂缝的主导因素。通常认为，各种类型的水泥都可用于稳定土，然而，实践证明，对同一种集料，水泥矿物成份是决定水稳集料强度高低的主要因素。经试验确定，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥则较差。特别是一些小厂生产的水泥，硅酸二钙和铝酸三钙含量较高，或者含有较高的有害杂质，会使水稳层的稳定性降低，产生过大的收缩，从而导致收缩裂缝的产生。 水稳集料的强度随水泥剂量的增加而增加，但过多的水泥用量虽然可以获得强度的增加，同时也会产生较大的收缩和较多的裂缝，在经济上也是不合理的。如果水泥用量过大，收缩量必将加大，产生收缩裂缝的可能性也随之增多。另外，不同批次生产的水泥，特别是不同厂家、不同标号的水泥混用，产生裂缝的可能性也是相当大的。 施工因素的影响 (1)混合料的拌和 如果混合料拌和不均，使局部粗、细集料集中，或局部水泥剂量过大，都可导致裂缝产生。 (2)混合料的运输、摊铺 混合料拌和后，未能及时运至施工现场; 或者因运输距离长、混合料在运输过程中未采取覆盖措施，使混合料的水分散失;以及摊铺段过长使混合料的水分蒸发过大，都可造成水稳基层表面失水干燥产生干缩裂缝。如果在运输过程中出现严重颠簸使混合料产生离析，或者摊铺不均时亦可产生粗、细集料集中现象而导致裂缝产生。 (3)含水量控制不佳 含水量是影响水稳基层产生初期收缩裂缝的重要因素。含水量过大，即会出现“波浪”、“弹软”等现象，影响混合料可能达到的密实度和强度，也会增大混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量大易产生车辙，平整度降低，必然造成开裂。此外，碾压时含水量愈大，竣工后干缩裂缝也将愈严重。 (4)碾压方法不当 压实成型是水稳基层施工中的重要工艺，影响压实效果的因素较多，诸如含水量、压实机械及方法等。如果在初压过程中压路机吨位过大、碾压速度过快，往往会产生施工裂缝。另外，过振碾压，易造成水稳层表面水泥浆大，从而增大了表面收缩性，同样亦可产生收缩裂缝。 养生的影响 水稳基层需保湿养生，使水泥充分水化，保证水稳强度不断增大，防止因失水过快而产生干缩裂缝。如不及时养生或养生期不足，则会发生混合料失水过快，水泥水化反应所需要的水分不足，而产生干缩裂缝。干缩裂缝多少与混合料失水率的大小有直接关系。 3 水泥稳定碎石基层裂缝防治措施 施工过程中的防治措施 控制水泥剂量与质量 （1）在保证设计强度的前提下，水泥剂量控制在4%～的范围内。 （2）尽量选择硅酸盐水泥，要求水泥的水化热小、干缩性小，抗压强度与抗折强度均能符合要求。 （3）加入缓凝减水剂、缓凝阻裂剂等外加剂，以延长水泥的初凝时间，或减少水化反应的需水量，改善水泥的性能。 控制含水量 （1）压实中含水量宜控制在最佳含水量±的范围之内，但应视具体施工条件选择。如气候炎热，水分挥发散失速度快，或运输路程较长，在运料过程中水分损失较多，含水量就要上调。选择的原则是在保证压实质量的情况下，尽量降低含水量。 （2）碾压过程中混合料表面出现干燥现象时，最好不要用洒水车喷水，防止水分喷洒过量，可采用压路机自身的间歇喷水装置少量补水。另外，在铺筑前准备阶段，洒水车不要在底基层上停车，以免造成停车处滴漏的水分过量。 选择集料 调整无机结合料集料的矿料级配，增加粗集料用量，减少细料的含量，提高混合料的内摩阻力，形成合理级配，使混合料尽可能形成嵌挤结构。 拌合 拌和应充分、均匀，质量稳定。 碾压 碾压要及时，压路机选型合理，可适当提高压实度，增强基层抗压强度，从而增大其抵抗内部收缩变形应力的能力。 养生 水稳基层施工完成后，应及时洒水养护，养生期不能小于7d,并且在养生期内要保持其表面湿润。养生期期满后，第2 d即洒布透层油保护。在铺筑沥青混凝土面层之前尽量封闭交通，以减少车辆荷载的影响，并尽快铺筑面层。在铺筑面层前要重视水稳基层的清扫工作，清除杂物，否则基层与面层之间结合不好，易产生薄弱点。 裂缝形成后的防治措施 检查裂缝分布情况：对基层进行全面检查，在路边标明裂缝位置，统计裂缝数量和总长度。（1）清扫基层：对裂缝两侧各1 m范围进行清扫、吹尘和清洗。（2）灌缝：清扫后，沿裂缝凿开约1 cm宽、2 cm深的沟槽，用森灭火鼓风机吹除裂缝内的灰尘，向裂缝内灌AH-70热沥青。（3）喷洒乳化沥青：在裂缝两侧1 m范围，按用量～㎏／㎡用量喷洒PC-2乳化沥青。布设土工布或玻璃纤维格栅：将土工布或玻璃纤维格栅平铺在裂缝两侧各1 m的范围内，用铁钉固定；对于土工布，应用小型压路机碾压。 4 结束语 修路筑桥为人民,优质服务创一流,道路交通建设随着经济建设腾飞而快速发展,对道路使用的耐久性和舒适性要求也越来越高,作为道路基层广泛采用的水泥稳定碎石,虽然产生裂缝因素很多,但只要在施工组织、质量控制和维护管理等方面多下功夫,认真细致地做好每一个环节,将可以大大减少基层裂缝,从而降低路面病害的产生。