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高原高寒地区水泥稳定碎石基层材料组成设计方法
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高原高寒地区水泥稳定碎石基层材料组成设计方法
2022年03月25日    阅读量:26851    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

高原高寒地区水泥稳定碎石基层材料组成设计方法 沥青网,sinoasphalt.com

高原高寒地区水泥稳定碎石基层材料组成设计方法

闫俊楠1徐仲2

1.南召县通达公路工程有限公司河南 南召 474650;2.南召县公路管理局 河南 南召 474650

摘要:本文简要介绍了高原高寒地区水泥稳定碎石基层材料组成设计方法,为今后水泥稳定碎石基层材料更好的应用于高原高寒地区提供了依据。

关键词:组成设计;水稳碎石;高寒地区

1.技术要求

1.1 原材料技术要求

(1)水泥

为了减少水泥稳定碎石的收缩裂缝,在满足基层强度的基础上,尽量减少水泥的用量?!豆仿访婊闶┕ぜ际豕娣丁罚↗TJ034—2000)规定水泥宜选用32.5 号以上初凝时间3h以上,终凝时间6h以上的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥等沥青网sinoasphalt.com。高原高寒地区半刚性基层会受到冰冻的影响,对材料要求较一般地区高。路面基层冬季处于冻结状态,水泥的品质对混合料的抗冻性有直接影响,所以建议高原高寒地区高速公路、一级公路基层要求选择抗冻性高的终凝时间不小于6.5h及标号42.5号以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥标号越高干缩越大,越易出现干缩裂缝,高原高寒地区可根据当地应用经验选取标号。底基层和普通公路的基层也可采用矿渣水泥和火山灰水泥、轻冻区基层及底基层可用各种水泥。

(2)碎石

据目前的研究普遍认为:水泥稳定碎石基层一般采用通过0.075mm筛的碎石重量在0~3%之间的0~26.5mm的级配碎石,最好采用连续级配碎石,要求碎石的塑性指数在6~8之间,且含泥量必须满足要求,含泥量大则收缩性大,易起“弹簧”现象,裂缝出现的可能性越大。如果不是级配碎石,有可能能够获得较好的骨架结构,但是混合料在摊铺时易出现骨料及细料集中现象、出现缩缝。

(3)砂砾

混合料中砂砾的选择应严格按照JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》的要求,单个颗粒的最大粒径不超过26.5mm,集料中不宜含有塑性指数的土(0.5mm以下细粒土),其0.075mm通过率也有不同程度的要求,这主要是从抗收缩性角度提出的。砾石的压碎值针对不同公路等级而不同,有机质含量不超过2%,硫酸盐含量不超过0.25%。细度模数在2.3~3之间的中粗砂,砂太细及含泥重超标均使水泥稳定的干缩性增大,易出现裂缝。

针对高原高寒地区的特殊气候环境,现行规范规定水泥稳定类结构层宜在春末和气温较高季节组织施工。施工期的日最低气温应在5℃以上,在有冰冻的地区,应在第1次重冰冻(-3~-5℃)到来之前半个月到一个月完成。说明水泥稳定砂砾对养生温度要求较高,并且对冰冻作用较敏感。

(4)外加剂早强

外加剂需符合国家《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003检验要求。在材料本身7d抗压强度达到要求的前提下,建议外加剂掺入量大于8%(以水泥重量为基准)且3d龄期可达到7d无侧限抗压强度的90%以上,能够起到良好的早强效果。

(5)拌和与养生用水

    因各地的水质不同,拌和与养生用水有较大差异。规范要求用水应满足PH值7.4~8.0、含盐量3200~3750mg/L、硫酸盐含量10150~16200mg/L的范围。

2.2水泥剂量的确定

公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)规定:水泥稳定集料的水泥剂量一般为3%~5.5%,当达不到强度要求时应调整级配,水泥的最大剂量不应超过6%。建议高原高寒地区在强度达到适宜范围的状况下,选取适宜的水泥用量,以减少干缩量及工程成本。对于高原高寒地区强度的适宜范围,将在后面组成设计方法中提出。

确定混合料的最佳含水量和最大干密度,按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的击实试验方法确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度。根据大量的对比试验,拌和站的含水量一般要比最佳含水量高出1%(但还要视温度和天气而定),碾压后的含水量与碾压前相同或略低。水稳碎石混合料运输过程中,为了减少水分的损失,车上的混合料应覆盖。摊铺与碾压要形成一道连续的工序。

2.3 试件养生

建议高原高寒地区的保湿养生温度为:20士2℃;无侧限抗压强度试验的试件养生6天,浸水24小时后进行试验。温缩性试验的试件养生27天,在105℃左右的烘箱中烘12小时后进行试验。干缩性试验的试件养生27天,浸水24小时后进行试验??雇淅慷?、抗弯拉模量试验的试件养生27天,浸水1天后进行试验。

如果试验结果的偏差系数不宜大于10%,否则则应重做试验,并找出原因,加以解决,如不能降低偏差系数,则应增加试验数量。

2.组成设计方法

2.1高原高寒地区级配控制

取本文推荐级配范围(粗集料取上限),初步确定粗、细集料的用量,并可以结合下述体积法进行粗细集料的调整,以达到最佳骨架密实状态:

(1)将粒径4.75以上的具有一定级配的粗集料,其用量为M1,在不加结合料的情况下,测得其视密度Pl,然后对其进行振动试验,为了和以后的试验相吻合,振动试验建议在振动压实成型仪器上进行,然后在合适的振动参数作用下,测得振动条件下的振实表干密度P2,计算其粗集料的孔隙率V0:                  。

(2)根据算得的孔隙率,假定粗集料形成的孔隙,全部由粒径4.75以下的具有一定级配的细集料M、结合料M填充,由事先得到细集料及结合料的振实饱和面干密度P:,V1——为细集料及结合料占粗集料产生的孔隙的体积。

(3)将与进行比较,以接近1为佳,比值太低则调整直至满足条件。在上一步的基础上确定了4.75mm筛孔的通过百分率,下一步是通过控制关键筛孔(19mm、0.075mm)的通过百分率,然后采用级配公式将粗、细集料精确分布。

2.2配合比设计

本文在进行基于抗裂性要求的水泥稳定类材料配合比设计时,提出考虑温差因素及干温缩耦合的变形参数a、表征刚度特性的参数b,a/b则表示了混合料的抗变形能力,最小的a/b值对应的水泥剂里即为较适宜的水泥剂量:a=平均温缩应变×(1+△T/T平均)+总干缩应变,b=抗折强度/抗折回弹模量,式中:△T—基层所在地区的平均日夜温差;T平均—施工月份平均气温。计算a/b,最小的a/b值对应的水泥剂量即为最佳水泥剂量,校核该最佳水泥剂量的试件的抗压强度是否满足规范要求。掺加大于8%的外加剂,检验其3d无侧限抗压强的达到7d的90%以上早强效果良好,否则调整。

2.3含水量确定

混合料最佳含水量:。ω1—结合料的最佳含水量,由结合料重型击实试验确定;ω2—粗集料面湿含水量,测定方法与表干含水率相同,不擦去表面的裹覆水;ω3—细集料面湿含水量,测定方法与饱和面含水率相同,不擦去表面的裹覆水;A—结合料的质量占混合料总质量的百分比;B、C—、分别为粗、细集料的质量占混合料总质量的百分比。

2.4对成型试件进行干缩应变、温缩应变测试。

建议48h干缩应变范围:水泥用量4%时不得超过250×10-6,5%时不得超过310×10-6,6%时不得超过350×10-6。掺加外加剂、水泥用量5%的混合料,其7天干缩应变值不得超过150×10-6。建议30℃温差(35~5℃、25~-5℃、15~-15℃)温缩应变的变化值不超过230×10-6,此时水泥用量对温缩应变差值影响不大。

2.5校核冻融强度是否达到推荐的合理范围:经历5次冻融循环后抗冻系数达到90%以上。如果不满足,可适当采用稍高一些的水泥剂量。验算不合格时,进行微调,直至达到最佳状态。

3.结论

通过理论与试验对比分析,骨架密实级配的水泥稳定碎石基层具有良好的抗裂性,适用于高原高寒地区早晚温差大、降温速率快的环境特点。提出高原高寒地区基于低收缩、超早强的水泥稳定碎石材料组成设计方法。


标签:综合论文,施工案例,技术中心,沥青混凝土
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