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        粉煤灰對(duì)改善水泥穩(wěn)定碎石中石屑的性能影響分析

        2021-10-13 03:12:28邰云野
        黑龍江交通科技 2021年8期
        關(guān)鍵詞:石屑通過率篩分

        邰云野

        (黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150070)

        0 引 言

        目前,半剛性基層材料以其早期強(qiáng)度高,易于施工,養(yǎng)護(hù)方便,行車舒適性好等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用,是我國(guó)高等級(jí)公路首選的基層種類。水泥穩(wěn)定碎石通過多年的工程應(yīng)用也展現(xiàn)出部分缺陷,從原材料角度看,因水泥穩(wěn)定碎石為當(dāng)前主要的基層結(jié)構(gòu)類型,造成當(dāng)前原材供應(yīng)緊缺;半剛性基層主要作為承重層,對(duì)強(qiáng)度要求嚴(yán)格,集料所用巖石硬度增加,使得破碎出的石屑整體偏粗,造成集料整體級(jí)配偏粗,對(duì)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度產(chǎn)生影響;因集料多由破碎工藝得到,在破碎過程中產(chǎn)生較多粉塵,造成集料含泥量指標(biāo)偏大,從而影響水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度和收縮性能。有研究表明粉煤灰可以改善水泥穩(wěn)定碎石性能,為驗(yàn)證該結(jié)論,本研究以通過率為控制指標(biāo),從物理性能、力學(xué)性能等方面探究粉煤灰對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的影響規(guī)律,從而為粉煤灰在基層結(jié)構(gòu)推廣做好技術(shù)儲(chǔ)備。

        1 原材料選擇

        選用某實(shí)體工程項(xiàng)目所用水泥、石屑和粉煤灰為原材料,進(jìn)行原材料技術(shù)指標(biāo)的測(cè)定,指標(biāo)如下。

        1.1 水泥

        根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求,選用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

        1.2 石屑

        石屑選用工程附近料場(chǎng)集料,并按要求進(jìn)行篩分試驗(yàn),篩分結(jié)果見表1。

        表1 石屑篩分

        1.3 粉煤灰

        粉煤灰選用工程附近熱電廠,按《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)對(duì)粉煤灰化學(xué)組成、篩分、液塑限指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表2~表4。

        表2 粉煤灰的化學(xué)組成

        表3 粉煤灰篩分

        表4 粉煤灰液、塑限指標(biāo)

        對(duì)比石屑與粉煤灰篩分結(jié)果,繪制級(jí)配曲線如圖1所示。

        圖1 石屑與粉煤灰級(jí)配曲線

        從圖1可以看出石屑的級(jí)配偏粗,粉煤灰的級(jí)配較細(xì),將兩種原材料混合會(huì)使材料級(jí)配處在一個(gè)適中的級(jí)配范圍,更容易滿足水泥穩(wěn)定碎石對(duì)級(jí)配范圍的要求。

        2 物理性能

        水泥穩(wěn)定碎石在配合比設(shè)計(jì)過程中需確定最佳含水率與最大干密度,為縮短試驗(yàn)工作量與試驗(yàn)時(shí)間,本研究采用無機(jī)結(jié)合料擊實(shí)試驗(yàn)分別確定石屑、粉煤灰最佳含水率,綜合各原材料占比計(jì)算出水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水率,用這個(gè)最佳含水率進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),確定該配比下的最大干密度。

        2.1 石屑的最佳含水率與最大干密度

        考慮粉煤灰在一定程度可以改善水泥穩(wěn)定碎石中石屑的相關(guān)性能,因此在本研究中控制石屑0.15 mm孔徑的通過率,選取通過率為0%、3%、5%、7%四種石屑級(jí)配進(jìn)行含水率與干密度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表5,試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

        表5 不同級(jí)配下石屑的最佳含水率與最大干密度

        圖2 不同級(jí)配下石屑的擊實(shí)試驗(yàn)

        從圖2中可以看出隨石屑0.15 mm篩孔通過率增加,石屑的最佳含水率與最大干密度均增大。

        2.2 粉煤灰的最佳含水率與最大干密度

        按規(guī)范試驗(yàn)要求,對(duì)粉煤灰進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到粉煤灰最佳含水量為18.8%,最大干密度為1.259 g/cm3。

        圖3 粉煤灰擊實(shí)試驗(yàn)

        2.3 摻加粉煤灰后的最佳含水率與最大干密度

        為分析粉煤灰對(duì)水泥穩(wěn)定碎石物理性能的影響,在控制石屑0.15 mm通過率的前提下?lián)饺氩煌瑒┝康姆勖夯液筮M(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),最佳含水率按各原材料摻配比例綜合計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果見表6,如圖4所示。

        表6 不同粉煤灰摻量下的干密度指標(biāo)

        圖4 0.15 mm通過率不同石屑在不同粉煤灰含量下的干密度

        通過表6與圖4可以看出,在石屑通過率一定條件下,粉煤灰摻量與最大干密度指標(biāo)成拋物線關(guān)系,在一定范圍內(nèi)先增大后減小,最佳含水率隨粉煤灰摻量增加而增大;當(dāng)石屑通過率不斷增大時(shí),粉煤灰摻量增加對(duì)壓實(shí)度指標(biāo)影響程度降低。

        3 力學(xué)性能

        3.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

        通過試驗(yàn)得到不同通過率下,不同粉煤灰摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,試驗(yàn)結(jié)果見表7,如圖5所示。

        表7 不同粉煤灰摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

        圖5 不同粉煤灰摻量下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

        通過表7與圖5可以看出,在石屑通過率一定條件下,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量增加而增大;當(dāng)石屑通過率不斷增大時(shí),粉煤灰摻量增加會(huì)降低水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

        3.2 劈裂強(qiáng)度

        通過試驗(yàn)得到不同通過率下,不同粉煤灰摻量下的劈裂強(qiáng)度,試驗(yàn)結(jié)果見表8,如圖6所示。

        表8 不同粉煤灰摻量下的劈裂強(qiáng)度

        圖6 不同粉煤灰摻量下的劈裂強(qiáng)度

        通過表8與圖6可以看出,在石屑通過率一定條件下,劈裂強(qiáng)度隨粉煤灰摻量增加先增大后減小;在同一粉煤灰摻量下,劈裂強(qiáng)度隨石屑通過率增大而提高,當(dāng)通過率繼續(xù)增大時(shí),粉煤灰對(duì)強(qiáng)度影響減弱。

        4 結(jié) 論

        本文以石屑0.15 mm通過率為控制指標(biāo),通過在水泥穩(wěn)定碎石中摻加不同劑量粉煤灰,探索粉煤灰對(duì)石屑在水泥穩(wěn)定碎石中性能的影響,通過壓實(shí)試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)得到以下結(jié)論:

        當(dāng)石屑通過率一定時(shí),壓實(shí)效果隨著粉煤灰含量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì),在石屑0.15 mm孔徑通過率在0%~5%范圍內(nèi),粉煤灰的加入會(huì)提高材料的壓實(shí)性能,當(dāng)石屑0.15 mm孔徑通過率在7%時(shí),摻加少量的粉煤灰會(huì)小幅度的增加其壓實(shí)性能。

        粉煤灰的加入可以改善石屑的力學(xué)性能,當(dāng)石屑通過率一定時(shí),力學(xué)指標(biāo)隨著粉煤灰含量的增加呈先增加后減小關(guān)系。

        綜合物理性能與力學(xué)性能,當(dāng)石屑0.15 mm孔徑通過率在0%至5%,摻加適當(dāng)?shù)姆勖夯覍?duì)改善水泥穩(wěn)定碎石性能指標(biāo)有利。

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