岳陽地區(qū)二灰碎石基層性能的實(shí)驗(yàn)研究

祝新念, 王昌衡

(1. 湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006; 2. 湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院, 長沙 410082)

ZHU Xin-nian1, WANG Chang-heng2

(1. College of Civil Engineering & Architecture, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China; 2. College of Civil Engineering, Hunan University; Changsha, Hunan 410082, China)

岳陽地區(qū)二灰碎石基層性能的實(shí)驗(yàn)研究

祝新念1, 王昌衡2

(1. 湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院, 湖南 岳陽 414006; 2. 湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院, 長沙 410082)

通過實(shí)驗(yàn), 研究了岳陽地區(qū)二灰碎石混合料的強(qiáng)度隨著膠結(jié)料、石灰含量、養(yǎng)護(hù)溫度、含水量等條件改變時(shí)的強(qiáng)度變化規(guī)律, 分析得到二灰碎石混合料施工控制的關(guān)鍵因素, 可為本地區(qū)此種材料的施工提供參考.

二灰碎石; 抗壓強(qiáng)度; 實(shí)驗(yàn)研究; 施工控制

Experimental Research of Lime-fly ash Macadam Base in Yueyang

ZHU Xin-nian1, WANG Chang-heng2

(1. College of Civil Engineering & Architecture, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China; 2. College of Civil Engineering, Hunan University; Changsha, Hunan 410082, China)

Abstract:By experiment and study, the regular pattern of intensity change about the lime-fly ash bound macadam in Yueyang Distinct has been gained, when the outside conditions are changed, such as binder, lime content, curing temperature, moisture capacity, and so on. Meanwhile, the key factor is also obtained about its control, which can gird reference to the construction of this maternal in this region.

Key words:lime-fly ash macadam; compressive strength; experimental research; construction control

1 問題的提出

隨著我國道路建設(shè)的發(fā)展, 我國高速公路的總里程已突破5萬公里. 為適應(yīng)高等級公路重交通及重載交通的要求, 以無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料材料為基層, 瀝青混凝土為面層的半剛性路面結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用. 半剛性材料具有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn), 其一是具有較高的強(qiáng)度和承載力, 半剛性材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量, 具有一定的抗彎拉強(qiáng)度, 并且具有隨齡期不斷增長的特性; 其二是半剛性基層剛度大,整體性強(qiáng), 使其上部的路面瀝青層彎拉應(yīng)力較小, 從而提高了瀝青面層抵抗行車荷載疲勞破壞的能力, 更利于實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)基薄面”的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想. 在半剛性材料中, 二灰(石灰粉煤灰)碎石的應(yīng)用越來越廣泛, 其原因有兩個(gè): 一是使用粉煤灰, 既變廢為寶, 又減小了環(huán)境污染, 有較好的社會(huì)效益; 二是二灰碎石具有較好的韌性, 有利于提高抗疲勞和低溫抗裂性能[3]. 在現(xiàn)行規(guī)范中, 對二灰碎石的配合比只提出了一個(gè)推薦的范圍, 即膠結(jié)料與碎石之比為20: 80～15: 85之間, 膠結(jié)料中石灰與粉煤灰之比為1: 2～1: 4之間. 而配合比變化時(shí), 二灰碎石材料的力學(xué)性能又是如何變化的呢？為此, 我們通過實(shí)驗(yàn), 找出了不同配合比下其力學(xué)性能的變化規(guī)律, 作為設(shè)計(jì)及施工時(shí)的參考依據(jù).

2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)規(guī)范[2], 半剛性材料的強(qiáng)度試驗(yàn)采用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn). 首先, 選定材料的配合比之后, 確定最佳含水量和最大干密度, 在最佳含水量和最大干密度的條件下, 采用靜壓法成型. 然后脫模. 在養(yǎng)生室養(yǎng)護(hù)到要求的齡期, 然后進(jìn)行試驗(yàn).

3 原材料及級配的確定

3.1 石灰

經(jīng)過對料源進(jìn)行了調(diào)查比選, 最后確定了價(jià)格合理, 質(zhì)量穩(wěn)定的石灰廠供應(yīng)石灰. 經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn), 熟石灰中有效鈣鎂含量為61.4%．達(dá)到Ⅱ級灰標(biāo)準(zhǔn).

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用發(fā)電廠濕排灰, 各項(xiàng)性能見表1.

由表2.1可見, SiO2、Fe2O3和Al2O3總含量達(dá)到87.5%, 屬于硅鋁粉煤灰,其細(xì)度和燒失量都滿規(guī)范[4]的要求.

表1 電廠粉煤灰檢驗(yàn)結(jié)果

3.3 集料

根據(jù)國內(nèi)研究成果[2], 碎石級配影響二灰碎石力學(xué)性能和施工, 最大粒徑不宜超過30 mm, 否則易引起集料離析,平整度不易控制; 粒徑0.075mm 以下的粉料含量也不能太多, 否則會(huì)增大干縮應(yīng)變. 理想的集料級配是嵌擠作用好,堆積密度大的級配. 為此我們采用3號(hào)級配, 限制粉料含量不超過5%. 此試驗(yàn)集料由10 mm～30 mm、5 mm～15 mm和石屑三種級配集料按12: 50: 38的比例配合而成, 級配曲線見表2.

表2 二灰碎石集料級配

3.4 二灰碎石配合比

二灰碎石中碎石起骨架作用, 石灰粉煤灰起膠結(jié)作用, 用作基層時(shí)最好采用密實(shí)式, 不宜采用懸浮式. 我國規(guī)范推薦的膠結(jié)料與碎石之比為20:80～15:85之間, 膠結(jié)料中石灰與粉煤灰之比為1:2～1:4. 為充分研究配合比對二灰碎石力學(xué)性能的影響, 我們進(jìn)行了以下幾種配合比的力學(xué)性能試驗(yàn).

按照表3配合比成型試件, 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6d．浸水1d, 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度見表4.

表3 二灰碎石配合比

表4 各種配合比7d抗壓強(qiáng)度

3.5試驗(yàn)結(jié)果及分析

從表4可以看出: (1)二灰碎石平均強(qiáng)度為: A類1.08 MPa, B類1.52 MPa, C類1.24 MPa, 可見在膠結(jié)料含量不超過20%的條件下, 7d齡期抗壓強(qiáng)度隨二灰膠結(jié)料含量的增加而增大; (2)二灰膠結(jié)料中石灰含量不超過40%的條件下, 7d齡期抗壓強(qiáng)度隨著膠結(jié)料中石灰含量的提高而增加.

4 溫度對二灰碎石力學(xué)性能的影響

早期養(yǎng)生溫度對二灰碎石強(qiáng)度影響顯著. 我們對同一種配合比, 采用基本相同的材料, 成型壓實(shí)度均為98%, 養(yǎng)護(hù)溫度分別為5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn), 結(jié)果見表5.

由表5可見, 養(yǎng)護(hù)溫度低于5℃時(shí), 二灰碎石基本沒有形成強(qiáng)度, 浸水即散; 隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高,抗壓強(qiáng)度也逐步提高. 對于同一組試件, 成型7d內(nèi)養(yǎng)護(hù)溫度5℃ 逐步提高到30℃; 另一組試件成型7d內(nèi)養(yǎng)護(hù)溫度10℃, 隨后經(jīng)歷-2～5℃低溫1個(gè)月, 逐步升高到30℃. 進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),結(jié)果見表6.

表5二灰碎石各種養(yǎng)護(hù)溫度下強(qiáng)度

表6 同一組試件經(jīng)歷不同溫度時(shí)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表6可見, 當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度逐步提高時(shí), 二灰碎石強(qiáng)度增長快, 90d強(qiáng)度和180d強(qiáng)度分別是28d強(qiáng)度的4.14倍和13.3倍, 說明二灰碎石只要不受凍或擾動(dòng), 那么隨著養(yǎng)護(hù)溫度提高, 二灰碎石強(qiáng)度增長潛力很大. 如果開始有一定的養(yǎng)護(hù)溫度, 在28d內(nèi)又經(jīng)受5℃以下的低溫或擾動(dòng), 那么即使提高后期養(yǎng)護(hù)溫度, 二灰碎石強(qiáng)度增長不明顯.

5 含水量對二灰碎石強(qiáng)度的影響

在配合比、材料都相同, 養(yǎng)護(hù)溫度均為25℃的條件下, 調(diào)整二灰碎石含水量, 封閉養(yǎng)護(hù), 進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn), 試驗(yàn)結(jié)果見表7.

表7 二灰碎石不同含水量抗壓強(qiáng)度

從表7可見, 二灰碎石標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)容重最大時(shí)對應(yīng)的最佳含水量, 其強(qiáng)度不一定最高. 就強(qiáng)度而言, 也存在最佳含水量, 比容重最大時(shí)的含水量高1～2% . 隨著含水量逐漸提高, 強(qiáng)度也逐漸增大. 可見二灰碎石硬化反應(yīng)需要充足的水分. 但當(dāng)含水量太高時(shí), 強(qiáng)度反而降低.

6 結(jié)果及討論

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果, 可以得出如下結(jié)論:

(1)二灰碎石具有較高的后期強(qiáng)度和劇度、較好的水穩(wěn)性和較小的收縮應(yīng)變, 可作為瀝青混凝土路面基層.

(2)二灰碎石施工時(shí)應(yīng)選擇合理的施工季節(jié), 就岳陽而言, 可施工時(shí)間為3～10月份, 最有利施工時(shí)間為5～9月. 如果在3、4、10、11月施工, 則必須延長交通管制和養(yǎng)生時(shí)間, 不宜過早開放交通.

(3)二灰碎石施工時(shí), 其含水量可比最佳含水量高1～2%, 有利于早期強(qiáng)度. 但含水量不能太高, 否則會(huì)降低基層壓實(shí)度, 從而導(dǎo)致強(qiáng)度下降, 還會(huì)增加收縮裂縫.

(4)在二灰碎石中摻入少量水泥, 雖然對后期強(qiáng)度影響不大, 但可提高早期強(qiáng)度, 有助于不利季節(jié)施工. 考慮到水泥摻量過大, 會(huì)增加基層裂縫, 因此建議水泥摻量以不超過2%為宜, 但二灰碎石中摻入水泥后, 必須在拌和后4h內(nèi)碾壓完畢.

(5)二灰與碎石之比在15: 85～20: 80之間時(shí), 二灰碎石強(qiáng)度隨著二灰膠結(jié)料含量和二灰中石灰的含量增加而增長. 強(qiáng)度最大的石灰和粉煤灰之比決定于石灰有效成分和粉煤灰SiO2、Fe2O3、Al2O3的含量, 施工配合比應(yīng)根據(jù)材料實(shí)際情況由試驗(yàn)確定.

[1] 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006

[2] 周明凱. 改性生石灰粉的研制與試驗(yàn)路工程的研究[J]. 公路, 2000(1): 46～49

[3] 鄧學(xué)均, 黃曉明. 路面設(shè)計(jì)原理與方法[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001

[4] 公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2000

V213.1

A

1672-5298(2010)01-0069-03

2009-11-23

祝新念(1975- ), 男, 湖北孝昌人, 湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院講師. 主要研究方向: 道路工程