骨架密实型二灰碎石基层修筑技术研究 燕增学

发表时间:2015/10/14   来源:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿   作者:燕增学
[导读] 东营市公路局公路工程处,山东,东营,257000 在温度条件变化、干燥失水以及行车荷载等外部因素的单独或综合作用下,势必造成混合料的温缩、干缩裂缝和混合料的松散.

(东营市公路局公路工程处,山东,东营,257000)

【摘  要】本文对骨架密实型二灰碎石的发展进行了简单介绍,并对二灰碎石混合料的组成结构以及组成结构对使用性能的影响进行了研究,从而确定了具有优良使用性能的混合料组成比例和结构形成,并提出了骨架密实型二灰碎石混合料的配合比设计方法。
【关键词】骨架密实型;二灰碎石;基层;技术研究

1.骨架结构二灰碎石概述
        二灰碎石作为替代传统筑路材料的新材料,同时也解决了环境问题,早在20世纪50年代中期,已在欧美国家呈稳定增长的趋势。20世纪70年代前半期,它的使用已非常普遍,并且用量非常大。国外于20世纪60~70年代对二灰碎石材料作过大量的研究工作,制定了相应的使用规范,总结了成熟的施工经验,经历了大量实际路面及机场工程的实践.
        在中国,从20世纪60~70年代以来,二灰碎石的应用得到了大力推广,已经成为目前路面工程中使用最广泛的两种半刚性基层材料之一。随着人们对二灰碎石认识的深入,以及施工工艺的不断改进,二灰碎石的组成结构和性能也发生了相应的变化。在二灰碎石生产中普遍采用颗粒较粗的低品质粉煤灰和三级消石灰,配合比为1:2-1:4。就目前来看,在这方面变化一直不大,意见比较趋于统一,而变化及争论较多的是集料的粒径、级配,以及在混合料中的含量和结构型式。
        最初,上海市由于土源缺乏,就地取材进行了工业废渣的应用研究。开始是什么工业废渣都用,如水淬渣、道渣、煤渣、矿渣、电石渣等等,并都取得了相应的效果。后来经技术上、经济上的比较,优选了三渣,即道渣(碎石)、煤渣(粉煤灰)、电石渣(石灰)作为基层,即现称的二灰碎石,俗称三渣。当时的二灰碎石以单粒径道渣为主骨料,以二灰作粘结料填充。初期施工时是以松方体积比1∶2∶3控制,如按不同的松方密度换算,道渣约占2/3,即67%左右。以后改为质量比,简称为两个3∶7,即石灰∶粉煤灰=3∶7,二灰∶集料=3∶7。所以,这样组成的二灰碎石在理论上属嵌挤填充范畴。
二灰稳定碎石路面基层属半刚性路面,在高等级道路路面结构中应用较多,由于其料源丰富,并具有良好的力学性能、板体性、水稳性及较好的抗冻性,虽然早期强度较低,但随着时间的推移,强度增长快,后期的整体强度高,是理想的路面基层结构类型。新颁布的JTJ 034-2009公路路面基层施工技术规范对二灰碎石材料的要求主要是:二灰碎石材料用作基层时,混合料中集料的重量应占80%~85%,集料的最大粒径不超过30 mm(方孔筛),在混合料中粒料起骨架、石灰粉煤灰起填隙和胶结作用时,称为密实式二灰碎石。
        二灰稳定碎石的强度主要来源于两方面: 集料颗粒的内摩阻力和二灰填充料的粘结力。除了使二灰稳定碎石中的粗集料紧密排列,形成良好的骨架结构之外,密实的二灰砂浆应填满骨架间隙,并将骨架粘结成为整体。这样的结构型式是二灰稳定碎石基层充分发挥优良路用性能的必要条件,也是进行二灰稳定碎石组成设计的指导思想。
2.材料组成设计
2.1集料级配研究
        为了能够在室内较好地模拟施工现场振动压路机对道路材料的压实作用,在确定集料级配时,采用振动台振实法进行逐级填充试验。所谓逐级填充是将所选用的最大粒径D0集料 ( 根据规范规定,选取19-31.5mm粒径碎石)为主骨料,以后各级的规格以工程习惯划分,一般划分为9.5-19mm、4.75-9.5mm、2.36-4.75mm、···、0.6-1.18mm等,每级粒径集料的用量尽可能的填充前一级的空隙而对前一级或前几级的骨架不构成干涉为原则。



(1)一级填充振实试验
        从试验结果可以发现,当D1(9.5-19mm)用量为D0用量的20%时,混合集料振实密度达到最大值。
(2)二级填充振实试验
        以D0、D1的用量比为100:20进行二级填充试验,从实验结果可以发现,对于D0集料,当其填充了20%的D1集料后,再填充20%的D2(4.75-9.5mm)集料,其振实密度达到最大。
(3)三级填充振实试验
        取D0、D1、D2的用量比为100:20:20进行三级填充振实试验,从试验结果可以发现,在D0、D1、D2的用量比为100:20:20时,填充20%的D3(2.36-4.75mm)集料,其振实密度达到最大。
(4)四级填充振实试验
        取D0、D1、D2、D3的用量比为100:20:20:20进行四级填充试验,根据试验结果可以发现在最佳三级填充的基础上,同样是填充20%的四级填充料D4(1.18-2.36mm),其填充效果最佳。
(5)五级填充振实试验
        取D0、D1、D2、D3、D4的用量比为100:20:20:20:20进行五级填充试验,从实验结果可以发现D5(0.6-1.18mm)集料的最佳填充量为10%。
(6)集料级配
        根据逐级填充试验结果,不同填充水平下的二灰稳定碎石主骨料级配不同。
2.2石灰"粉煤灰最佳比例研究
        研究表明,石灰和粉煤灰的比例有一个最佳值。以7 天无侧限抗压强度为指标,取石灰与粉煤灰的比例为1:2-1:5,来研究二灰的最佳比例。通过试验可以发现随着粉煤灰含量的增加,根据规范要求 ( 高速公路、一级公路,二灰稳定碎石7天饱水无侧限抗压强度标准为0.8-1.1MPa) 和经济、实用的原则,初步选定石灰:粉煤灰为 1:2-1:3,具体试验采用1:2.0以及1:2.5两种比例。
2.3二灰与集料最佳比例研究
        要使二灰稳定碎石形成骨架密实结构,二灰与集料之间有一适宜的比例。
集料密度试验:集料本身的密实状态影响二灰的填充量,集料的密度一般分为堆积"振实"捣实密度!研究表明,捣实密度更接近重型压路机下的集料密度,而且由此设计的二灰稳定碎石性能更好。
3.路用性能检验
3.1力学强度
        不同龄期的无侧限抗压强度和劈裂强度会产生不同的结果,从相应的试验结果可以发现,二灰稳定碎石早期强度较低,但后期强度也是较高的!而且骨架密实型二灰稳定碎石强度普遍高于规范级配二灰稳定碎石。
3.2稳定性能
        各龄期的二灰碎石稳定试验结果可以发现,不论骨架密实型二灰稳定碎石的水稳性,还是冻稳性都优于规范级配二灰稳定碎石。
3.3收缩性能
        评价干缩性能时,龄期选择为7天,评价温缩性能时,龄期选择90天。在试验中,反应材料的抗温度或湿度收缩的相对能力的大小,其值越大,表明材料抗温度或湿度收缩性能越好,反之亦然。由此可知,骨架密实型二灰稳定碎石的干缩性能和温缩性能均优于规范级配二灰稳定碎石。
3.4冲刷性能
        二灰稳定碎石90天龄期的冲刷性能最为试验标准,从实验结果可以发现骨架密实型二灰稳定碎石冲刷性能优于规范级配二灰稳定碎石。
4.总结
        现行《公路路面基层施工技术规范》中对二灰集料类混合料应用于高等级公路的唯一指标是:混合料7d、浸水抗压强度不应小于0.8 MPa,就其作为基层的受力特性来说是必要的,而且是必须的,但设计时仅仅只考虑强度要求,有时甚至是单纯地追求强度,而忽视诸如抗温缩及干缩性能方面的要求,在温度条件变化、干燥失水以及行车荷载等外部因素的单独或综合作用下,势必造成混合料的温缩、干缩裂缝和混合料的松散,从而破坏了二灰碎石的板体性能,大大降低了其承重能力。

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