水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能評(píng)價(jià)指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)分析

孔令香，杜銀飛

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院)

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的采集

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中集料為石灰?guī)r，采用江蘇磊達(dá)產(chǎn)P.O42.5級(jí)緩凝水泥，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)技術(shù)性能均能滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 034-2000)》的要求。按照三種級(jí)配進(jìn)行配料，分別記為級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3，其各篩孔通過率如表1所示。

表1 各級(jí)配篩孔通過率

在水泥劑量(外摻法)為4.0％下進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)確定各組級(jí)配的最大干密度和最佳含水量，結(jié)果如表2所示。

表2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

在最大干密度和最佳含水量下以不低于98％的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)分別成型圓柱體試件(Ф150mm×150mm)和梁式試件(100mm×100mm×400mm)用于收縮指標(biāo)和劈裂強(qiáng)度及模量的確定。

1.2 收縮指標(biāo)測(cè)定

干縮采用儀表法測(cè)量100mm×100mm×400mm的梁式試件在一定失水率下的干燥收縮性能;溫縮采用應(yīng)變片電測(cè)法測(cè)量100mm×100mm×400mm的梁式試件在一定溫度變化幅度下的收縮性能。按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51-2009)》的要求控制溫度和濕度變化，當(dāng)最后3次測(cè)定的含水率不再變化時(shí)獲得最大含水率變化和干縮應(yīng)變。溫縮測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)溫度范圍控制在-20～40℃。溫度從40℃降到-20℃，降溫速率為/(℃/min)，每10℃一個(gè)間隔，每次間隔恒溫4h后測(cè)量溫縮應(yīng)變。試驗(yàn)測(cè)定3塊平行試件，取降溫前的應(yīng)變讀數(shù)為上一次降溫的最大溫縮應(yīng)變。

測(cè)得的相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 收縮指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

1.3 強(qiáng)度及模量測(cè)試

由于通過軸向拉伸獲得水泥穩(wěn)定碎石的抗拉強(qiáng)度和抗拉模量較困難，且劈裂試件的應(yīng)力狀態(tài)與軸向拉伸試件相似，因此近似地采用劈裂強(qiáng)度與劈裂模量來代替極限抗拉應(yīng)力和抗拉彈性模量。

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51-2009)》中T0806-1994和T0852-2009的要求進(jìn)行劈裂強(qiáng)度和劈裂模量的測(cè)定，結(jié)果如表4所示。

表4 劈裂試驗(yàn)結(jié)果

1.4 抗裂性能指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)1.2和1.3中得到的參數(shù)，計(jì)算得到的抗裂性能指標(biāo)結(jié)果如表5和表6所示。

表5 關(guān)于干縮的抗裂指標(biāo)值

表6 關(guān)于溫縮的抗裂指標(biāo)值

雖然相比之下級(jí)配3整體偏細(xì)，但由各干縮溫縮評(píng)價(jià)指標(biāo)可得出其抗裂性最佳，這可能是其最能滿足骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的緣故，從而可延伸得到級(jí)配1和級(jí)配2更接近于骨架空隙結(jié)構(gòu)。

2 灰色關(guān)聯(lián)法原理

(1)選擇一個(gè)參考序列 X0:X0={x0(1)，x0(2)，…，x0(n)};

有m個(gè)比較序列 Xi:Xi={xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，(i=1，2，3，…，m)。

(2)求各序列的初值像。對(duì)于單位不同或者初值不同的序列，做關(guān)聯(lián)分析時(shí)一般要做處理，使之無量綱化，以消除各指標(biāo)量綱帶來的影響。用初值化方法處理時(shí)得到的初值像為

(3)求差序列Δi

Δi(k)=|y0(k)-yi(k)|，(i=1，2，3，…，m)，(k=1，2，3，…，n);

Δi={Δi(1)，Δi(2)，…，Δi(n)}，(i=1，2，3，…，m)。

(4)求關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)

(5)計(jì)算關(guān)聯(lián)度γi

為了將每個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)中的信息集中起來便于比較，采用一種求平均值的方法求出曲線Xi對(duì)參考曲線X0的關(guān)聯(lián)度γi

3 指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析

選取最大干縮應(yīng)變和最大溫縮應(yīng)變作為參考序列建立灰色關(guān)聯(lián)分析模型，根據(jù)以上的指標(biāo)參數(shù)和關(guān)聯(lián)法的計(jì)算步驟，分別計(jì)算了各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最大干縮(溫縮)應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小比較了各評(píng)價(jià)指標(biāo)與參考序列的接近程度，從而給出了適合于實(shí)際應(yīng)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

由表3、表4及表5中的參數(shù)值，參考灰色關(guān)聯(lián)分析步驟，計(jì)算得到的與干縮有關(guān)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最大干縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為

關(guān)聯(lián)度分別為

則知干縮能抗裂系數(shù)與最大干縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度最大，最適宜于評(píng)價(jià)水泥穩(wěn)定碎石混合料的干縮抗裂性能。

同理可計(jì)算得到與溫縮有關(guān)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最大溫縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度大小排列順序?yàn)棣?＞γ1＞γ2＞γ3，因而溫縮能抗裂系數(shù)與最大溫縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度最大，最適宜于評(píng)價(jià)混合料的溫縮抗裂性能。

4 結(jié)論

(1)從各抗裂評(píng)價(jià)指標(biāo)來看，級(jí)配3的抗干溫縮性能最佳;

(2)將干縮系數(shù)、干縮抗裂系數(shù)、干縮抗裂性指數(shù)和干縮能抗裂系數(shù)四個(gè)指標(biāo)與最大干縮應(yīng)變進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示干縮能抗裂系數(shù)與最大干縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度最大，最適宜于評(píng)價(jià)水泥穩(wěn)定碎石混合料的干縮抗裂性能;

(3)將溫縮系數(shù)、溫縮抗裂系數(shù)、溫縮抗裂性指數(shù)和溫縮能抗裂系數(shù)四個(gè)指標(biāo)與最大溫縮應(yīng)變進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示溫縮能抗裂系數(shù)與最大溫縮應(yīng)變的關(guān)聯(lián)度最大，最適宜于評(píng)價(jià)混合料的溫縮抗裂性能。

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