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        二灰土用作路面底基層材料的應(yīng)用研究

        2022-08-02 09:44:40
        山西交通科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:基層檢測(cè)

        趙 鋒

        (山西路橋集團(tuán) 榆和高速公路有限公司,山西 晉中 030600)

        火力發(fā)電是我國(guó)主要發(fā)電方式,發(fā)電廠每年會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰,若處治不及時(shí)將會(huì)浪費(fèi)土地資源來(lái)存放廢棄粉煤灰,同時(shí)造成環(huán)境污染。二灰穩(wěn)定土是將石灰與粉煤灰作為膠凝材料摻入到土體中,三者相互作用形成一定強(qiáng)度的整體。目前二灰土多用于路面的底基層材料中,不僅較好解決了粉煤灰的污染,又提高了道路基層的強(qiáng)度與耐久性,可謂一舉兩得[1-2]。

        國(guó)外自20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)二灰土進(jìn)行相關(guān)研究,對(duì)二灰土強(qiáng)度形成的原因及影響因素進(jìn)行了分析,同時(shí)通過(guò)一系列的試驗(yàn)推薦了二灰的摻入比[3]。我國(guó)的相關(guān)研究起于20世紀(jì)70年代,丁庭[3]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)二灰土作地基填料的配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì);孔繁龍與王新明[4-5]結(jié)合各自的工程經(jīng)驗(yàn)分別提出了二灰土作為底基層材料施工時(shí)應(yīng)注意的技術(shù)要求及質(zhì)量控制要點(diǎn)。但目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于二灰土作為道路底基層材料時(shí)的工程特性尚不明確,同時(shí)在工程應(yīng)用中二灰摻入比多采用經(jīng)驗(yàn)法確定,缺乏理論支撐。

        本文對(duì)二灰土作道路底基層材料的工程特性進(jìn)行了研究,并依托工程實(shí)際對(duì)鋪筑效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

        1 室內(nèi)試驗(yàn)

        1.1 試驗(yàn)材料

        a)石灰 二灰土中的石灰選用消石灰,其作用是利用自身堿性特性激發(fā)混合料反應(yīng)。消石灰的細(xì)度為2 mm(過(guò)2 mm方孔篩,廢棄不能過(guò)篩的石灰),其相關(guān)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

        b)粉煤灰 粉煤灰就近選用某發(fā)電廠生產(chǎn)的三級(jí)干灰,化學(xué)組成見(jiàn)表2。

        c)土 試驗(yàn)所用黃土取自工地施工現(xiàn)場(chǎng),為擾動(dòng)黃土,表觀顏色為淡黃色,較為松散。在路基范圍內(nèi)按照1 m、3 m、5 m的深度分別取10個(gè)土樣,去除雜質(zhì)后檢測(cè)相關(guān)性質(zhì)如表3所示。

        1.2 二灰土配合比

        以往相關(guān)研究成果表明二灰土中,石灰∶粉煤灰=1∶2~1∶4時(shí)可以取得較好的強(qiáng)度與穩(wěn)定性[3]。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),該次研究二灰土的體積配合比分別取石灰∶粉煤灰∶土=1∶2∶7或1∶3∶6或1∶4∶5。

        1.3 試驗(yàn)方案

        參照相關(guān)規(guī)范[6],按確定的3種二灰土配合比分別制備相關(guān)試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),試驗(yàn)方案見(jiàn)表4。

        表4 室內(nèi)試驗(yàn)方案及條件

        2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

        土體的壓實(shí)度是控制土體強(qiáng)度和整體性能的重要指標(biāo),而壓實(shí)度又在一定程度上取決于土體的含水量。由擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果得到二灰土干密度與含水量的關(guān)系如圖1所示,由此確定不同配比下二灰土最大干密度與最佳含水量如表5所示。

        圖1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

        表5 不同配比下二灰土的最佳含水量、最大干密度

        由圖1可知,一方面,3種配合比下的二灰土含水量與干密度的關(guān)系曲線變化趨勢(shì)基本一致,在達(dá)到最佳含水率前,曲線的上升幅度均不明顯,呈緩慢上升趨勢(shì),但是當(dāng)含水量達(dá)到最佳后,曲線下降幅度開(kāi)始增大,下降趨勢(shì)明顯,表明在工程應(yīng)用中應(yīng)控制含水量,控制在最佳含水量附近以達(dá)到較好的強(qiáng)度。另一方面,二灰土的干密度與含水量均在粉煤灰摻量增大后出現(xiàn)了降低,這是因?yàn)橄啾扔邳S土顆粒,粉煤灰顆粒的親水性相對(duì)較差,比重也相對(duì)較小。3種配合比相比,1∶2∶7配合比的二灰土干密度受含水量的影響最為明顯,當(dāng)加大粉煤灰摻量后,這種影響開(kāi)始變得平緩,工程應(yīng)用中應(yīng)對(duì)此現(xiàn)象引起重視。

        2.2 滲透試驗(yàn)結(jié)果分析

        滲透試驗(yàn)結(jié)果如圖2,由圖2可知3種配合比二灰土的滲透系數(shù)均在齡期增加的情況下出現(xiàn)了一定程度的降低,這是因?yàn)榉勖夯仪捌陔y以在水中溶解生成較多數(shù)量的膠凝物,但隨著時(shí)間的增加,二灰土中的Ca2+與OH-促進(jìn)了粉煤灰的反應(yīng)生成足夠的膠凝物填補(bǔ)了二灰土中空隙使得滲透性降低。另一方面,3種配合比下的二灰土均屬于低滲透性土,在粉煤灰摻量增大的情況下,二灰土的滲透系數(shù)逐漸出現(xiàn)一定程度降低。

        圖2 滲透試驗(yàn)結(jié)果

        2.3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

        二灰摻入到黃土中后,使得土體的孔隙率降低,整體強(qiáng)度增強(qiáng),土體壓縮性減小,能夠有效控制黃土的濕陷性。壓縮試驗(yàn)結(jié)果得到壓縮模量與齡期的關(guān)系如圖3所示。

        圖3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果

        由圖3可知,不同齡期下,不同配合比下的二灰土的壓縮模量均大于20 MPa,土體抗壓性能較強(qiáng)屬于低壓縮性材料。3種配合比下二灰土的早期壓縮模量基本一致,且均隨著齡期的增長(zhǎng)壓縮模量逐漸增大,其中1∶3∶6配合比的二灰土后期壓縮模量最大,抗壓縮性能最好。

        2.4 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        不同配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)得到內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角與齡期的關(guān)系分別如圖4、圖5所示,不同配比下二灰土在50 d齡期時(shí)的剪切應(yīng)力與位移關(guān)系如圖6所示。

        圖4 二灰土內(nèi)聚力與齡期的關(guān)系

        圖5 二灰土內(nèi)摩擦角與齡期的關(guān)系

        由圖4、圖5可知,在齡期增加的情況下,不同配比下二灰土的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角均得到了明顯提高,其中以1∶3∶6配合比下二灰土增長(zhǎng)最為明顯。由圖6可知,50 d齡期時(shí),1∶3∶6配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度最大,最大達(dá)到了3.3 MPa,具有一定的塑性變形能力,而1∶4∶5配合比下二灰土抗剪強(qiáng)度最差。

        圖6 二灰土剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系(50 d齡期)

        3 工程實(shí)例

        3.1 工程概況

        某新建高速公路全長(zhǎng)約122 km,采用瀝青路面,該道路K56+834—K102+643段跨越濕陷性黃土區(qū)域,黃土表面顏色呈淡黃色,較為松散。該K56+834—K102+643段路面底基層設(shè)計(jì)采用二灰穩(wěn)定土,現(xiàn)場(chǎng)所用石灰與粉煤灰均同室內(nèi)試驗(yàn),二灰土配合比為石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6。采用路拌法進(jìn)行施工,粉煤灰現(xiàn)場(chǎng)路面底基層鋪筑過(guò)程中嚴(yán)格控制施工工藝與施工質(zhì)量并及時(shí)做好試驗(yàn)檢測(cè)。

        3.2 壓實(shí)度檢測(cè)

        待K56+834—K102+643段底基層鋪筑完成后,參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG 3450—2019)[7]《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80-1—2017)[8]采用灌砂法對(duì)該路段壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果表明現(xiàn)場(chǎng)二灰穩(wěn)定土底基層的最小壓實(shí)度為98.1%,最大壓實(shí)度為99.5%,平均壓實(shí)度為98.5%,滿足設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果較好。

        3.3 彎沉檢測(cè)

        路面底基層施工完成后,參照標(biāo)準(zhǔn)[7-8],選取具有代表性的斷面,采用貝克曼梁法對(duì)K56+834—K102+643段底基層的彎沉值進(jìn)行檢測(cè),以檢驗(yàn)該路段二灰土底基層的強(qiáng)度,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

        表6 二灰土底基層的彎沉檢驗(yàn)結(jié)果

        表6所示檢測(cè)結(jié)果表明二灰土底基層的彎沉值滿足相應(yīng)要求。

        3.4 鉆芯取樣檢測(cè)

        試驗(yàn)段二灰土底基層施工完成養(yǎng)護(hù)28 d后,對(duì)其進(jìn)行了鉆芯取樣檢測(cè),檢測(cè)得到試驗(yàn)段路面底基層50 d平均抗剪強(qiáng)度為3.2 MPa,與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果吻合度較好。

        3.5 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

        該高速公路建成通車后,對(duì)K56+834—K102+643段進(jìn)行了持續(xù)兩年的觀測(cè),觀測(cè)結(jié)果表明該路段路基無(wú)沉陷、位移等病害產(chǎn)生,瀝青路面沒(méi)有反射裂縫出現(xiàn),表明二灰土作為路面底基層材料的實(shí)際應(yīng)用效果較好。

        4 結(jié)語(yǔ)

        a)二灰土的最大干密度與最佳含水量均隨粉煤灰摻量增加而降低。

        b)二灰土的壓縮性能、抗?jié)B性能、抗剪強(qiáng)度良好,均隨齡期的增加而增加。

        c)3種配合比相比,1∶3∶6配合比下二灰土的抗剪強(qiáng)度最大,具有一定的塑性變形能力;而1∶4∶5配合比下二灰土抗剪強(qiáng)度最差。

        d)綜合考慮二灰土的工程特性與經(jīng)濟(jì)效益,建議工程應(yīng)用中二灰土的配合比取石灰∶粉煤灰∶土=1∶3∶6。

        e)工程實(shí)例表明:路面底基層選用二灰土材料后具有較好的強(qiáng)度與穩(wěn)定性,應(yīng)用效果良好。

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