13-08水泥粉煤灰稳定碎石强嵌挤骨架密实级配研究

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1、水泥粉煤灰稳定碎石强嵌挤骨架密实级配研究摘要：为了优化水泥粉煤灰稳定碎石材料设计，基于数值试验方法提出强嵌挤粗集料骨架级配，并采用振动法研究水泥粉煤灰稳定碎石力学性能进行试验验证。在此基础上，进一步研究水泥与粉煤灰掺量对水泥粉煤灰稳定碎石力学性能的影响规律。结果表明：数值模拟粗集料级配具有强嵌挤力，且细集料含量31%±3％对力学性能影响不显著，基于此提出水泥粉煤灰稳定碎石的强嵌挤骨架密实级配。此外，以7d抗压强度为考察指标，水泥粉煤灰比例1:0.5～1:1为最佳，以极限强度为考察指标，则水泥粉煤灰比例1:1～1:1.5为最佳，因此，建

2、议水泥剂量为3~4%，粉煤灰掺量为4～5%。关键词：道路工程；水泥粉煤灰稳定碎石；振动试验方法；力学性能1引言粉煤灰是一种空心结构的玻璃体，具有较小热胀冷缩性以及对水泥水化具有缓凝作用，掺加粉煤灰有利于提高水泥稳定碎石基层力学性能、缓解收缩裂缝问题，并有利于改善施工性能。然而，目前对水泥粉煤灰稳定碎石设计施工技术研究不够深入系统，研究手段是基于重型击实试验方法和静压法成型试件，而已有研究证明，重型击实试验方法和静压法成型试件与现场基层实际相关性不足40%，显然已有对水泥粉煤灰稳定碎石力学特性的研究成果无法揭示材料组成与性能之间规律，难

3、以达到优化材料设计目的。课题组提出的振动试验方法成型试件与现场基层实际相关性高达93%，因此，开展本课题研究，对于完善水泥粉煤灰稳定碎石设计施工技术具有现实意义，成果也必将提高道路基层工程质量，并促进水泥粉煤灰稳定碎石的推广应用。2试验方案2.1原材料山西柳林中交石料场的石灰岩、铜川声威P.O42.5缓凝水泥和神木锦界国华电厂粉煤灰，技术指标略。2.2试件成型方式采用的振动法成型级配碎石试件。振动参数为：激振力7.6kN、名义振幅1.2mm、工作重量为3kN、激振频率30Hz，用于确定最大干密度和最佳含水量的振动击实时间100s，用于

4、成型试件的振动时间80s。已有研究结果表明[1]，振动法成型水泥稳定碎石试件的强度平均为芯样的1.13倍；而静压法成型试件的强度平均为芯样的0.43倍。因此，采用振动法成型试件研究级配碎石力学性能更具有代表性和真实性。3强嵌挤骨架密实级配3.1理论研究3.1.1矿料CBR数值试验方法1）CBR数值试验方法的构建基于PFC2D构建了级配碎石CBR数值试验方法，其构建思路见图3-1。标定满足误差要求级配碎石矿料特性矿料级配颗粒模型化为圆形微力学参数颗粒流模型模拟试验模拟结果试件成型试验过程虚拟试件生成模拟加载过程室内试验实测结果模拟试验条

5、件可靠性分析级配碎石CBR数值试验方法不满足误差要求数值模拟室内试验接触本构模型图3-1级配碎石CBR数值试验构建思路12cm模拟荷载板模拟压头5cm5cm5cm模拟荷载板15cm图3-2级配碎石CBR数值试验加载过程的示意图2）CBR数值试验方法的可靠性为了验证CBR数值试验的可靠性，按表3-1中级配进行CBR室内试验和数值模拟。通过反复试算，得到一组较理想的微力学参数：泊松比ν=0.25、摩擦系数μ=0.35、剪切模量G=8.0GPa、计算时间步长dt=1.0E-03s/step。室内试验实测结果与数值试验结果见表3-1。表3-1

6、CBR的实测结果与模拟结果的对比编号通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）实测值（%）模拟值（%）误差（%）平均误差（%）31.5199.54.752.360.60.07511006452403425154955256.065.022100645240301775956275.3731006148353022135185526.564100614835261566556763.2151005844302518116266422.566100584430221356927366.36由表3-1可知，各级配的CBR模拟值与实测值的误差均在

7、7%以内，平均误差仅为5.02%，证明了CBR数值试验的可靠性。3.1.2矿料CBR变化规律1）合成粗集料CBR规律单规格、两种规格及三种规格粗集料CBR规律，分别见表3-2、图3-3及3-4。（为便于后续论述，19~31.5mm集料记为D1集料，9.5~19mm集料记为D2集料，4.75~9.5mm集料记为D3集料。）表3-2单规格粗集料的CBR变化规律集料规格D1集料D2集料D3集料CBR673331D2或D3集料用量(%)D1集料用量(%)CBR(%)CBR(%)图3-3两种规格合成集料的CBR变化规律图3-4三种规格合成集料的

8、CBR变化规律由表3-2、图3-3、3-4可看出，三种规格合成粗集料的CBR最大值>两种规格合成粗集料的CBR最大值>单规格粗集料的CBR最大值。表明连续级配合成集料嵌挤力强于间断级配。从图3-4可知，当D1集料的质量分