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        骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能研究

        2021-03-31 09:01:50汪仲卿葉仕鎮(zhèn)
        北方交通 2021年3期
        關(guān)鍵詞:千分表骨架碎石

        沈 陽,汪仲卿,葉仕鎮(zhèn),邱 實

        (蘇交科華東(浙江)工程設(shè)計有限公司 杭州市 310012)

        0 引言

        骨架密實結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石具有較高強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度),較低的溫縮系數(shù)、干縮系數(shù),從而表現(xiàn)出良好的抗裂性能[1-2]。水泥穩(wěn)定碎石混合料中0.075mm以下的細(xì)集料含量越多,混合料抵抗干縮能力越差[3-4]。安徽省、河南省、浙江省、江蘇省等都已經(jīng)提出了抗裂性骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石的級配并制定了地方標(biāo)準(zhǔn),骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料已經(jīng)廣泛應(yīng)用在上述省份的公路建設(shè)中。主要針對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能進(jìn)行研究,分析骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能以及水泥劑量對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響。

        1 水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計

        水泥穩(wěn)定碎石材料均采用四檔料,分別為:0~5mm、5~10mm、10~20mm、20~40mm,各擋材料的篩分結(jié)果見表1。

        表1 石料篩分結(jié)果

        通過對四檔材料進(jìn)行級配設(shè)計,分別得到骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石的設(shè)計級配,設(shè)計級配詳見表2、表3、圖1、圖2。

        圖1 懸浮密實型水穩(wěn)定碎石級配

        圖2 骨架密實型水穩(wěn)定碎石級配

        表2 骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石級配

        表3 懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石級配

        2 干縮試驗結(jié)果分析

        現(xiàn)今測量水泥穩(wěn)定級配碎石干縮特性有兩種常用方法:一種是通過讀取安裝在試件兩側(cè)的千分表數(shù)值來反映試件本身的干縮特性,精確度可達(dá)10-6;另一種是使用電阻應(yīng)變計通過被測材料試件與補償試件接入臥式半橋連接而產(chǎn)生的電阻變化率精確測定試件本身的干縮特性,精確度可達(dá)10-11。根據(jù)試驗條件和對精度的要求,本項目采用千分表測量干縮量的方法,即將兩只千分表安裝在試件兩側(cè),分別讀數(shù),總和即為干縮量,并對試件稱重。

        失水率:

        (1)

        干縮應(yīng)變:

        (2)

        平均干縮系數(shù):

        (3)

        式中:M0—標(biāo)準(zhǔn)試件的初始重量(g);

        Mt—干縮試驗t時標(biāo)準(zhǔn)試件的重量(g);

        w—試件的含水量,以試件的最佳含水量代;

        δl0、δr0—千分表左表、右表初始讀數(shù)(mm);

        δlt、δrt—干縮試驗t時千分表左表、右表讀數(shù)(mm);

        L0—試件的初始長度(400mm);

        εt—試驗期為t時的干縮應(yīng)變;

        αt—干縮試驗t時的平均干縮系數(shù)。

        本次干縮試驗分為兩組,每組5個平行試件,三組試件分別為3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件、3.0%水泥劑量懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件以及2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。通過室內(nèi)干縮試驗對比研究級配類型以及水泥劑量對水泥穩(wěn)定碎石材料干縮性能的影響。

        (1)骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能影響分析

        通過表4及圖3、圖4可知骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第7d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)相對于第28d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)均呈現(xiàn)急劇增加的趨勢。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應(yīng)變是第7d干縮應(yīng)變的2.61倍,干縮系數(shù)是第7d干縮應(yīng)變的2.03倍。

        表4 骨架密實型與懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗結(jié)果

        圖3 干縮應(yīng)變隨失水率變化曲線

        圖4 干縮系數(shù)隨時間變化曲線

        懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第28d的干縮應(yīng)變是第7d干縮應(yīng)變的2.76倍,干縮系數(shù)是第7d干縮系數(shù)的2.12倍。第28d后骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)增加速度均逐漸變緩。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應(yīng)變相對于28d的增加了37.4%,干縮系數(shù)增加了16.3%;懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d后的干縮應(yīng)變相對于28d的增加了113.5%,干縮系數(shù)增加了78.6%。

        隨著時間的推移骨架密實型和懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)在28d后增長幅度逐漸變緩,但是懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的增長幅度明顯要大于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)均小于懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。

        (2)水泥劑量對骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石干縮性能得影響

        通過表5及圖5、圖6可知水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)隨著失水率的增加而逐漸增大。骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件前28d干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)急劇增加,28d后增速逐漸放緩。3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應(yīng)于28d齡期增加了16.3%,干縮應(yīng)變增加了37.4%。2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件第100d齡期干縮系數(shù)相應(yīng)于28d齡期增加了8.5%,干縮應(yīng)變增加了27.6%。

        表5 不同水泥劑量骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗結(jié)果

        圖5 干縮應(yīng)變隨失水率變化曲線

        圖6 干縮系數(shù)隨時間變化曲線

        通過對比可知:2.5%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)均比3.0%水泥劑量的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)要低。

        3 結(jié)論

        (1)骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)要低于懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件,骨架密實型水泥穩(wěn)定材料的干縮抗裂性能要優(yōu)于懸浮密實型。

        (2)水泥穩(wěn)定碎石材料的干縮均主要發(fā)生在前28d,后期干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)增長緩慢,但是懸浮密實型水泥穩(wěn)定碎石試件的后期增長幅度明顯要大于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石試件。

        (3)水泥穩(wěn)定碎石材料性能受水泥劑量影響較大,2.5%水泥劑量的干縮系數(shù)相應(yīng)于3.0%水泥劑量的干縮系數(shù)降低了28.3%。因此在施工實際過程中,盡量避免單純通過提高水泥劑量來提高強(qiáng)度指標(biāo),建議對水泥穩(wěn)定材料級配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

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