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1、水泥稳定碎石基层强度控制分析 摘要:高速公路基层主要是公路主要的承重层,用于抵抗和减缓荷载,因此,基层强度将对公路强度和路面损害产生直接影响。本文就高速公路水泥稳定碎石基层强度形成原理、级配组成及基层含水量与回弹模量间的关系进行了阐述和分析,并提出了基层含水量的控制应在最优含水量以下15%的范围内,才能保证基层强度和稳定性。 关键词:水泥稳定碎石;承载板试验;筛分曲线;回弹模量 1前言 随着公路建设大力发展,公路病害也越来越突出,湖南省位于北纬24°39′～30°08′之间,大部分地区属中亚热带东部湿润季风气候区,湘南、湘东北分别兼有向南亚热带和北亚热
2、带过渡的特征。境内多年平均降水量在1200mm～1700mm之间,是全国多雨地区之一,各地降水量大于1000mm的保证率在90%以上;大于1200mm的保证率有70%～80%,且雨水集中于春夏两季,占全年降雨总量的70%。气候的主要特征为气候温暖,四季分明;热量充足,雨水集中;春温多变,夏秋多旱;严寒期短,暑热期长。由此,公路路面水损害尤为严重,同时也是影响公路使用寿命的重要因素之一。[1] 降雨期间通过路面孔隙、裂缝、接缝、中央分隔带渗入的水或高地下水位路段的地下水滞留在路面结构内,给公路路面的使用带来非常不利的影响。对柔性路面而言,其水损坏形式主要包括:卿浆
3、、松散、掉粒、坑槽等,刚性路面水损坏的形式主要为:冲刷、唧泥、断板、断角和碎裂等。防治公路路面水损害必须从基层和排水层开始,当然材料的选择也是至关重要的一个环节。[2] 本文以湖南常吉高速公路为依托工程,广泛调查其基层水泥稳定碎石的级配组成、承载力及与含水量变化关系等,总结得出高速公路基层施工的含水量控制规律。 2水泥稳定级配碎石强度形成原理 水泥稳定碎石根据粗集料和细集料在混合料中的分布状态可以划分为悬浮密实结构、骨架密实结构、骨架孔隙结构和均匀密实型结构。通过机械碾压作用水泥稳定碎石能紧密的嵌挤在一起,并依靠颗粒之间的嵌挤和摩阻作用而形成的内摩阻力使其具
4、有一定的强度和稳定性。再次,水泥加入集料中并加入一定量的水加以拌和后,水泥中的各个组分与土中的水分发生强烈的水解和水化反应,同时从溶液中分解出氢氧化钙,并形成具有胶结能力的水化物,这是水泥稳定类混合物的强度主要。水泥水化后的主要产物是碱性的硅酸钙、铝酸钙和氢氧化钙,其中前两种产物是主要的胶结成分,黏结、形成强度和体积变化主要由它们来控制,各种水化产物可继续硬化并在土中形成水泥石骨架。水泥水化生成的产物,在集料的空隙中相互交织搭接,将集料颗粒包裹连接起来,使其逐渐丧失了原有的塑性等性质,并且随着水化产物的增加,混合料也逐渐坚固起来,在这一过程中主要包括3种作用形式:
5、离子交换作用、化学激发作用、碳酸化作用。由此,增大了水泥稳定碎石的强度。 3水泥稳定碎石级配设计 水泥、碎石材料的选择。 根据供料情况确定4种规格石料进行配合比设计,分别为10mm～30mm碎石、10mm～20mm碎石、5mm～10mm碎石和石屑,水泥采用强度为32.5MPa的普通硅酸盐水泥。通过试验测定,集料的压碎值、吸水率等参数均满足技术规范的要求。矿料筛分数据如表1所示,级配曲线如图1所示。 一般水泥稳定碎石基层从功能上来看,可以作为排水基层、抵抗和减缓荷载的用途。水泥稳定碎石的强度影响因素一般为矿料级配和水泥剂量,骨架密实型级配和水泥剂量对提高水泥
6、稳定碎石的抗荷载和抗裂性能有显著效果,而水泥稳定碎 本文为湖南省交通厅科技项目(2007-29) 石作为排水基层则应考虑骨架孔隙结构,其结构中细料的压实体积小于粗集料形成的空隙体积,且压实后混合料存在一定的孔隙[3],因此在设计和施工中需慎重考虑其影响因素,并参照规范内级配范围,如表2。 4承载板法测试水泥稳定碎石基层回弹模量 在沥青路面结构设计中,基层的回弹模量是影响结构厚度最敏感的参数之一,基层回弹模量较小的变化会对路面结构厚度产生较大的影响。因此,在沥青路面结构厚度设计中,能否选用合乎实际的基层回弹模量直接关系到路面结构的安全性和经济性。现场承载板法
7、是现行路面设计规范中所推荐的基层回弹模量测试方法之一,可较为准确地得出基层的回弹模量,所使用仪器结构及操作比较简单,价格低廉。因此,对现场不同含水量基层的回弹模量进行测试,得出含水量与回弹模量的关系,为路基防排水设计与路面结构设计提供直接指导。 4.1承载板法试验目的 本试验通过弯沉仪测试水泥稳定碎石在不同含水量情况下各个测点的回弹弯沉值,通过计算求得水泥稳定碎石的回弹模量值。得出在不同含水量情况下,水泥稳定碎石的回弹模量与含水量的关系,即水泥稳定碎石的回弹模量随含水量的变化情况。通过分析含水量对回弹模量的影响的程度来说明基层由于路面渗水而导致其强度降低,并提
8、出防水措施
