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        二灰鋼渣混合料路用性能試驗(yàn)

        2011-06-02 08:01:56張海賓于明明李小建

        張海賓,于明明,李小建

        (1.西藏自治區(qū)交通運(yùn)輸廳 重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目管理中心,西藏拉薩 850000;2.長安大學(xué) 公路學(xué)院,陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司,北京 100142)

        二灰鋼渣混合料路用性能試驗(yàn)

        張海賓1,于明明2,李小建3

        (1.西藏自治區(qū)交通運(yùn)輸廳 重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目管理中心,西藏拉薩 850000;2.長安大學(xué) 公路學(xué)院,陜西西安 710064;3.中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司,北京 100142)

        為了研究二灰鋼渣混合料的路用性能,進(jìn)行了3種配比的二灰鋼渣混合料抗凍性能、干縮性能、抗沖刷性能試驗(yàn),并與二灰碎石類集料對(duì)比分析。結(jié)果表明:二灰鋼渣的抗凍性能優(yōu)于二灰碎石,而其干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石;配比為5∶15∶80的二灰鋼渣抗凍性能、抗干縮性能、抗沖刷性能均最優(yōu)。

        二灰鋼渣;抗凍;干縮;抗沖刷

        鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)品,是鋼鐵行業(yè)的主要固體廢棄物之一[1]。長期以來大量的鋼渣堆積,不但占用大量寶貴的土地資源,而且嚴(yán)重污染環(huán)境[2]。同時(shí),隨著我國新時(shí)期公路建設(shè)的快速發(fā)展,有的地區(qū)公路建設(shè)中出現(xiàn)了嚴(yán)重的集料缺乏現(xiàn)象。因此,隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)筑路材料的需求,國內(nèi)外礦渣作為集料在道路方面已十分普遍,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3-4]。但目前一般是鋼渣簡單地取代道路混合料(二灰碎石)中的碎石,將其用做路基回填材料直接應(yīng)用到道路中,然而并沒有對(duì)其性能進(jìn)行深入的探討和系統(tǒng)的研究。二灰鋼渣混合料的強(qiáng)度和剛度要大于同齡期的二灰碎石[5],但半剛性基層在劇烈的干濕交替和氣溫作用下容易產(chǎn)生裂縫。

        1 二灰鋼渣抗凍性能研究

        1.1 試驗(yàn)方案

        為了探討對(duì)二灰鋼渣混合料的路用性能[6],筆者選擇3種配比的二灰鋼渣混合料,方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的二灰鋼渣配比分別為 6∶19∶75、5∶15∶80和4∶11∶85,3 種方案的二灰比均為 1∶3。分別進(jìn)行抗凍性、收縮性[7]、抗沖刷等試驗(yàn),并與相同配比的二灰碎石混合料進(jìn)行對(duì)比分析。

        1.2 試驗(yàn)方法

        二灰鋼渣的抗凍性能,用5~10次凍融循環(huán)后的軟化系數(shù)來評(píng)價(jià)。但是現(xiàn)行基層規(guī)范中并無凍融試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),所以凍融試驗(yàn)既要結(jié)合道路實(shí)際情況,又要考慮試驗(yàn)進(jìn)行的速度,達(dá)到加速性的目的。筆者結(jié)合實(shí)際條件,將試驗(yàn)中的冰凍溫度設(shè)為-20℃,冰凍時(shí)間20 h,然后將試件放入20℃溫水中,融化時(shí)間4 h,如此反復(fù)循環(huán)5次,通過測定凍融前的強(qiáng)度值和凍融后的強(qiáng)度值,來確定軟化系數(shù)。

        1.3 凍融試驗(yàn)結(jié)果分析

        不同配合比凍融前和凍融后的抗壓強(qiáng)度見圖1,不同配合比凍融循環(huán)的軟化系數(shù)見圖2。

        圖1 不同配比的抗壓強(qiáng)度Fig.1 Compressive strength of different proportions

        圖2 不同配比的軟化系數(shù)Fig.2 Ssoftening coefficients of different proportions

        從圖1可以看出方案Ⅱ無論是凍融前,還是凍融后,其強(qiáng)度都是最高的;方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ凍融后強(qiáng)度分別降低15%、14%和19%,而且方案Ⅱ凍融后強(qiáng)度降低也是最少的。從圖2可以看出方案Ⅱ的軟化系數(shù)較其他兩個(gè)方案都大。

        結(jié)合圖1和圖2,說明二灰鋼渣混合料方案Ⅱ的凍融穩(wěn)定性是最好的。

        而有資料表明與方案Ⅱ相同配比的二灰碎石,其規(guī)范級(jí)配和骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的軟化系數(shù)為69%、71%,說明二灰鋼渣混合料的凍融穩(wěn)定性較二灰碎石類好。

        2 二灰鋼渣干縮性能研究

        2.1 試驗(yàn)方法

        按JTJ 057—94《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定,對(duì)3種配比的二灰鋼渣混合料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。干縮試驗(yàn)[8]在最佳含水量和最大干密度下采用靜力壓實(shí)法制備試件,壓實(shí)度97%,試件規(guī)格為100 mm×100 mm×400 mm。試件成形后放入養(yǎng)生室進(jìn)行養(yǎng)護(hù),7 d后取出,平放在試驗(yàn)室操作臺(tái)上讓它自然干燥,即可進(jìn)行干縮數(shù)據(jù)的測定。每組進(jìn)行8個(gè)平行試驗(yàn),其中4個(gè)測定干縮變形,4個(gè)測定失水量,試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

        用千分表測量自然干燥后不同齡期試件的干縮量,在測量干縮量的同時(shí),用敏感天平測定另一組試件的水分蒸發(fā)損失量,直至試件含水量不再減少為止。

        式中:εd為干縮應(yīng)變,10-6;αd為干縮系數(shù),10-6;ΔL為含水量損失時(shí),試件整體收縮量,10-3mm;ΔW為干縮試件的平均失水率,%。

        2.2 干縮試驗(yàn)結(jié)果分析

        由圖3可以看出,干縮系數(shù)隨失水率的變化而變化,當(dāng)失水率在3.0% ~7.0%之間時(shí),二灰鋼渣混合料的干縮系數(shù)減小較少,而失水率大于7.0%時(shí),則干縮系數(shù)增大較快。原因在于,初始時(shí)含水量較大,蒸發(fā)的是自由水分,干縮受影響較小,所以失水率在7.0%以內(nèi)時(shí),干縮系數(shù)比較穩(wěn)定;隨著水分的繼續(xù)蒸發(fā),開始損失部分結(jié)合水,這時(shí)收縮增大,干縮系數(shù)也開始增大。

        圖3 干縮系數(shù)與失水率關(guān)系Fig.3 The relationship between shrinkage coefficients and water loss rate

        由圖4干縮系數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系可見,開始時(shí)干縮系數(shù)隨時(shí)間增加而增大,20 d后,含水量很小,干縮應(yīng)變趨于穩(wěn)定,上下變化不大。

        圖4 干縮系數(shù)隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.4 The relationship of shrinkage coefficients variation with time

        表1為二灰鋼渣各方案干縮參數(shù)對(duì)比。表2是與方案II(5∶15∶80)相同配比的規(guī)范級(jí)配和骨架密實(shí)二灰碎石干縮試驗(yàn)結(jié)果。

        表1 二灰鋼渣各方案干縮參數(shù)對(duì)比Table 1 Parameter comparison of each scheme of lime-fly ash slag

        表2 二灰碎石的干縮試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Shrinkage test results of ash broken stone

        由表1和表2可看出,二灰鋼渣混合料方案II最大干縮量和平均干縮量都是最小的,方案I因?yàn)槎液枯^多,所以干縮量最大?;旌狭项愋蛯?duì)干縮系數(shù)影響較大,對(duì)于同配比混合料,骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)的干縮量相對(duì)小些。結(jié)論是二灰鋼渣干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石。

        3 二灰鋼渣抗沖刷性能研究

        3.1 試驗(yàn)方法

        國內(nèi)外的調(diào)查研究表明,基層唧泥現(xiàn)象和沖刷破壞是經(jīng)常存在的,隨著交通量和汽車軸載的增加,這種破壞現(xiàn)象呈加劇的趨勢,而基層材料的沖刷及唧泥現(xiàn)象均與半剛性基層材料組成特性有關(guān)。因此,有必要對(duì)二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能進(jìn)行研究。然而現(xiàn)在國內(nèi)道路基層方面尚未有一個(gè)統(tǒng)一的、合適的沖刷實(shí)驗(yàn)來衡量道路基層抗沖刷能力,本文采用長安大學(xué)研制的沖刷實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖刷實(shí)驗(yàn)。本試驗(yàn)條件:720 r/min,10 Hz,配重 392.1 kg。

        為了研究不同齡期下,不同配比二灰鋼渣混合料的抗沖刷性能,試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下:方案1、方案2、方案3配比分別同方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ,齡期為90 d;方案4配比同方案Ⅱ,齡期為365 d。

        3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 沖刷實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Scouring test results

        由表3可以看出,與方案2配比相同且齡期較長的方案4的沖刷損失最大,方案1和方案3其次,方案2沖刷損失最小。原因是,方案1二灰含量高達(dá)25%,而集料和粗集料含量比方案2和方案3少,因此質(zhì)量損失較多;方案3雖然粗集料含量較多,但黏結(jié)料并不是很充分,因此沖刷質(zhì)量損失也較方案2大,但是比方案1小;方案4與方案2配比相同,但齡期長達(dá)365 d,按理說方案4強(qiáng)度較大,沖刷質(zhì)量損失應(yīng)較小些,然而因方案4強(qiáng)度較高,剛度較大,考慮所用沖刷裝置振幅、頻率等,在此沖刷臺(tái)上震動(dòng)劇烈,所以導(dǎo)致質(zhì)量損失較大。

        4 結(jié)語

        1)通過凍融試驗(yàn)、干縮試驗(yàn)及沖刷實(shí)驗(yàn),從抗裂性能、抗干縮性能及抗沖刷性能3方面,研究了二灰鋼渣混合料的路用性能。

        2)二灰鋼渣的凍融穩(wěn)定性優(yōu)于二灰碎石類,同時(shí)配比為5∶15∶80的二灰鋼渣性能最優(yōu)。

        3)二灰鋼渣干縮系數(shù)明顯小于同配比二灰碎石,混合料類型對(duì)干縮系數(shù)影響較大,對(duì)于同種配比混合料,骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的干縮量相對(duì)小些。

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        Pavement Performance of Lime-Fly Ash Slag Mixture

        ZHANG Hai-bin1,YU Ming-ming2,LI Xiao-jian3
        (1.Key Highway Construction Management Center of Transportation Office in Tibet Autonomous Region,Lhasa 850000,Tibet,China;
        2.School of Road,Chang’an University,Xi’an 710064,Shaanxi,China;
        3.No.2 Engineering Corporation Limited of CR20G,Beijing 100142,China)

        In order to study the pavement performance of lime-fly ash slag,the frost resistance,dry-shrinkage property,scour resistance experiments of 3 kinds of lime-fly ash slag mixtures are performed.The experiment shows that the antifreezing and thawing performance of lime-fly ash slag mixture is better than that of lime-fly ash broken stone;the shrinkage coefficient is much less than that of lime-fly ash broken stone with the same mix proportion.And the frost resistance,dryshrinkage property,scour resistance of lime-fly ash slag is best when the mixture proportion ratio is 5∶15∶80.

        lime-fly ash slag;frost resistance;dry-shrinkage;scour resistance

        U 416.25

        A

        1674-0696(2011)06-1344-03

        10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.20

        2011-05-18;

        2011-07-11

        交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(200531881213)

        張海賓(1977-),男,河北石家莊人,高級(jí)工程師,主要從事路基路面施工方面的研究。E-mail:xizang123456789@126.com。

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