岳阳地区二灰碎石基层性能的实验研究

祝新念, 王昌衡

(1. 湖南理工学院 土木建筑工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南大学 土木工程学院, 长沙 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)

岳阳地区二灰碎石基层性能的实验研究

祝新念1, 王昌衡2

(1. 湖南理工学院 土木建筑工程学院, 湖南 岳阳 414006; 2. 湖南大学 土木工程学院, 长沙 410082)

通过实验, 研究了岳阳地区二灰碎石混合料的强度随着胶结料、石灰含量、养护温度、含水量等条件改变时的强度变化规律, 分析得到二灰碎石混合料施工控制的关键因素, 可为本地区此种材料的施工提供参考.

二灰碎石; 抗压强度; 实验研究; 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 问题的提出

随着我国道路建设的发展, 我国高速公路的总里程已突破5万公里. 为适应高等级公路重交通及重载交通的要求, 以无机结合料稳定粒料材料为基层, 沥青混凝土为面层的半刚性路面结构得到了广泛的应用. 半刚性材料具有两个明显的优点, 其一是具有较高的强度和承载力, 半刚性材料具有较高的抗压强度和抗压回弹模量, 具有一定的抗弯拉强度, 并且具有随龄期不断增长的特性; 其二是半刚性基层刚度大,整体性强, 使其上部的路面沥青层弯拉应力较小, 从而提高了沥青面层抵抗行车荷载疲劳破坏的能力, 更利于实现“强基薄面”的设计指导思想. 在半刚性材料中, 二灰(石灰粉煤灰)碎石的应用越来越广泛, 其原因有两个: 一是使用粉煤灰, 既变废为宝, 又减小了环境污染, 有较好的社会效益; 二是二灰碎石具有较好的韧性, 有利于提高抗疲劳和低温抗裂性能[3]. 在现行规范中, 对二灰碎石的配合比只提出了一个推荐的范围, 即胶结料与碎石之比为20: 80～15: 85之间, 胶结料中石灰与粉煤灰之比为1: 2～1: 4之间. 而配合比变化时, 二灰碎石材料的力学性能又是如何变化的呢？为此, 我们通过实验, 找出了不同配合比下其力学性能的变化规律, 作为设计及施工时的参考依据.

2 实验方法

根据规范[2], 半刚性材料的强度试验采用无侧限抗压强度实验. 首先, 选定材料的配合比之后, 确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条件下, 采用静压法成型. 然后脱模. 在养生室养护到要求的龄期, 然后进行试验.

3 原材料及级配的确定

3.1 石灰

经过对料源进行了调查比选, 最后确定了价格合理, 质量稳定的石灰厂供应石灰. 经过质量检验, 熟石灰中有效钙镁含量为61.4%．达到Ⅱ级灰标准.

3.2 粉煤灰

粉煤灰采用发电厂湿排灰, 各项性能见表1.

由表2.1可见, SiO2、Fe2O3和Al2O3总含量达到87.5%, 属于硅铝粉煤灰,其细度和烧失量都满规范[4]的要求.

表1 电厂粉煤灰检验结果

3.3 集料

根据国内研究成果[2], 碎石级配影响二灰碎石力学性能和施工, 最大粒径不宜超过30 mm, 否则易引起集料离析,平整度不易控制; 粒径0.075mm 以下的粉料含量也不能太多, 否则会增大干缩应变. 理想的集料级配是嵌挤作用好,堆积密度大的级配. 为此我们采用3号级配, 限制粉料含量不超过5%. 此试验集料由10 mm～30 mm、5 mm～15 mm和石屑三种级配集料按12: 50: 38的比例配合而成, 级配曲线见表2.

表2 二灰碎石集料级配

3.4 二灰碎石配合比

二灰碎石中碎石起骨架作用, 石灰粉煤灰起胶结作用, 用作基层时最好采用密实式, 不宜采用悬浮式. 我国规范推荐的胶结料与碎石之比为20:80～15:85之间, 胶结料中石灰与粉煤灰之比为1:2～1:4. 为充分研究配合比对二灰碎石力学性能的影响, 我们进行了以下几种配合比的力学性能试验.

按照表3配合比成型试件, 标准养护6d．浸水1d, 无侧限抗压强度见表4.

表3 二灰碎石配合比

表4 各种配合比7d抗压强度

3.5试验结果及分析

从表4可以看出: (1)二灰碎石平均强度为: A类1.08 MPa, B类1.52 MPa, C类1.24 MPa, 可见在胶结料含量不超过20%的条件下, 7d龄期抗压强度随二灰胶结料含量的增加而增大; (2)二灰胶结料中石灰含量不超过40%的条件下, 7d龄期抗压强度随着胶结料中石灰含量的提高而增加.

4 温度对二灰碎石力学性能的影响

早期养生温度对二灰碎石强度影响显著. 我们对同一种配合比, 采用基本相同的材料, 成型压实度均为98%, 养护温度分别为5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃进行无侧限抗压强度试验, 结果见表5.

由表5可见, 养护温度低于5℃时, 二灰碎石基本没有形成强度, 浸水即散; 随着养护温度的升高,抗压强度也逐步提高. 对于同一组试件, 成型7d内养护温度5℃ 逐步提高到30℃; 另一组试件成型7d内养护温度10℃, 随后经历-2～5℃低温1个月, 逐步升高到30℃. 进行无侧限抗压强度试验,结果见表6.

表5二灰碎石各种养护温度下强度

表6 同一组试件经历不同温度时强度实验结果

从表6可见, 当养护温度逐步提高时, 二灰碎石强度增长快, 90d强度和180d强度分别是28d强度的4.14倍和13.3倍, 说明二灰碎石只要不受冻或扰动, 那么随着养护温度提高, 二灰碎石强度增长潜力很大. 如果开始有一定的养护温度, 在28d内又经受5℃以下的低温或扰动, 那么即使提高后期养护温度, 二灰碎石强度增长不明显.

5 含水量对二灰碎石强度的影响

在配合比、材料都相同, 养护温度均为25℃的条件下, 调整二灰碎石含水量, 封闭养护, 进行力学性能试验, 试验结果见表7.

表7 二灰碎石不同含水量抗压强度

从表7可见, 二灰碎石标准击实容重最大时对应的最佳含水量, 其强度不一定最高. 就强度而言, 也存在最佳含水量, 比容重最大时的含水量高1～2% . 随着含水量逐渐提高, 强度也逐渐增大. 可见二灰碎石硬化反应需要充足的水分. 但当含水量太高时, 强度反而降低.

6 结果及讨论

根据以上试验结果, 可以得出如下结论:

(1)二灰碎石具有较高的后期强度和剧度、较好的水稳性和较小的收缩应变, 可作为沥青混凝土路面基层.

(2)二灰碎石施工时应选择合理的施工季节, 就岳阳而言, 可施工时间为3～10月份, 最有利施工时间为5～9月. 如果在3、4、10、11月施工, 则必须延长交通管制和养生时间, 不宜过早开放交通.

(3)二灰碎石施工时, 其含水量可比最佳含水量高1～2%, 有利于早期强度. 但含水量不能太高, 否则会降低基层压实度, 从而导致强度下降, 还会增加收缩裂缝.

(4)在二灰碎石中掺入少量水泥, 虽然对后期强度影响不大, 但可提高早期强度, 有助于不利季节施工. 考虑到水泥掺量过大, 会增加基层裂缝, 因此建议水泥掺量以不超过2%为宜, 但二灰碎石中掺入水泥后, 必须在拌和后4h内碾压完毕.

(5)二灰与碎石之比在15: 85～20: 80之间时, 二灰碎石强度随着二灰胶结料含量和二灰中石灰的含量增加而增长. 强度最大的石灰和粉煤灰之比决定于石灰有效成分和粉煤灰SiO2、Fe2O3、Al2O3的含量, 施工配合比应根据材料实际情况由试验确定.

[1] 公路沥青路面设计规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006

[2] 周明凯. 改性生石灰粉的研制与试验路工程的研究[J]. 公路, 2000(1): 46～49

[3] 邓学均, 黄晓明. 路面设计原理与方法[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001

[4] 公路路面基层施工技术规范[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, 湖南理工学院土木建筑工程学院讲师. 主要研究方向: 道路工程