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高寒地区水泥稳定碎石基层应用综述 孙伟宾

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龙行天下 发表于 2019-6-2 07:08:50 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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作者:孙伟宾
摘要:本文探讨了早强型水泥稳定碎石基层和低收缩水泥稳定碎石基层的应用情况,以期有效防治半刚性基层在高原高寒地区的应用中出现诸多病害。

关键词:水泥稳定碎石;基层;高寒地区

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在高原高寒地区全年低温期长的气候条件下半刚性基层表现出强度难以形成和收缩开裂严重的问题,由收缩引起的横向裂缝己成为高寒地区沥青路面的主要问题之一,其发生是不可避免的,但尽可能减少并推迟其发生的时间则是可能的;高寒地区持续低温作用以及高低温循环变化使得半刚性基层出现冻融、冻胀破坏,强度大幅降低、承载力不断下降。


1.早强型水泥稳定碎石基层


1. 1国外研究状况


国外为实现路面混凝土的早强,大多采用特殊的胶结材料或特殊的施工工艺,如特种水泥、微波加热、隔热养护等,也有使用外加剂的,但存在早强效果不理想或成本较高的问题。1971年,挪威首先将硅粉掺入混凝土中制成早强水泥混凝土用于Fiskaa工程高级路面;1983年西德曾报道用水灰比小于0.4的超塑化混凝土筑路可实现快速通车;澳大利亚为快速修补水泥混凝土路面,从研制早强水泥着手,配制出一种PSZ400水泥用于工程,但需加特殊的缓凝剂;前苏联在50年代研制成功的碱矿渣水泥混凝土也可调配出性能优良的早强碱矿渣水泥混凝土,但尚未见应用于公路路面;丹麦开发出一种被称为“稳定混凝土”的新型混凝土,摊铺和压实后即可通行轻交通,强度高且耐冻性好。日本建设省于1988~1992年开发了施工时间在1小时以上的快硬早强混凝土。美国 SHRP计划中推出一种用滑模施工的快速铺路工艺,以早强水泥做混凝土的拌和物胶结材料,以隔热保温养护垫进一步加速混凝土的硬化速度,可使混凝土路面在铺筑或修补后4~24小时内开放交通。此外,美国还开发了一种称为Pyrament的混合水泥,这种水泥拌制的混凝土,24h抗压强度达到13.4MPa以上,而28d抗压强度可达82.7MPa,4h抗弯拉强度约为3.4MPa。


2. 2国内研究状况


20世纪80年代,国内开始应用早强混凝土来修复公路路面,一般采用普通水泥掺加各类外加剂或使用特种水泥来生产早强混凝土,但仅仅应用于一些小规模的维修或特殊的局部工程,一般5~7天才达到设计强度的70%左右。而效果较好的一般会加快混凝土的初凝时间,对路面施工造成影响,限制了其应用。1989年,江苏省成功地将KS、JKAS型快速胶凝材料用于水泥混凝土路面板的修补,并提出了几种常用的小型修补工艺,在宁潍路、南京机场跑道等地进行的抢修工程中取得良好的经济效益;南京水科院等单位曾将超早强硅粉混凝土用于厂区道路。1995年,国家“八五”重点攻关专题85-403-01-06中开发出LW系列混凝土早强剂,用于大规模混凝土施工早强效果显著,后期强度稳定,且成本较低。铁道部科学研究院铁建所研制开发了CNL型混凝土促硬剂和ZV型早强界面处理剂,利用这些专用外加剂和快硬硫铝酸盐水泥配制的特快硬混凝土或特快硬钢纤维混凝土,具有强度发展快、操作时间充裕、施工简单,耐久性能良好等优点。江苏建筑科学研究院、湖南大学新材料研究所和长安大学等也曾对这种混凝土作了研究,使快硬早强混凝土的养护时间缩短到1d甚至12h即可开放交通,获得了较大的成功。其中长安大学研制的HW系列混凝土快速修补剂,妥善的解决了掺加早强修补剂后水泥初凝时间缩短的问题,更有利于这一技术的推广,并且通过在广东省佛山开平线进行现场试验,6h即通车,通车2年后,路面性能依然良好。


2低收缩水泥稳定碎石基层


2.1国外研究现状


美国K·P·乔治等人研究了水泥稳定土的干缩特性,并论述了影响水泥稳定土收缩应变的因素:

(1)在其它条件相同情况下,土中小于0.002mm粘粒含量愈多,水泥土收缩愈大。而且干缩量增加的速度大于粘粒含量增加的速度,蒙脱土的干缩量明显大于高岭土的干缩量。

(2)制件含水量愈大,试件干缩应变愈大。所以在基层施工中要严格控制含水量。

(3)密实度越大试件干缩应变愈小。因而收缩率可以用改进压实的方法使其减少。

(4)对于各种不同土的水泥剂量对混合料的干缩特性的影响是不一样的,但对大多数土,混合料梁式试件干缩应变开始随水泥剂量增加而减小,并达到一个最小值,此后随水泥剂量增加而略有增加,为此可找出一个收缩最小的最佳剂量。

(5)养生期。用水泥稳定小于0.002mm粘粒含量小于12%土时,养生28d后测试得的干缩值略大于制件后立即测得的干缩值。但粘粒含量大于12%时干缩值随养生期增加而减小。


澳大利亚R·E·洛林斯研究了水泥稳定粒料土的干缩特性,研究表明:

(1)粒料土类型对干缩应变有很大影响。小于0.425mm的颗粒含量越多、塑性指数和线收缩越大的粒料土,用水泥处治后干缩值越大,可达770×10-6,而小于0.425mm的颗粒含量少、塑性指数和线收缩小的粒料土用水泥处治后干缩应变只有约190×10-6,仅为前者的1/4。

(2)粒料土塑性对水泥混合料干缩应变影响是正比关系。塑性越大,干缩应变也愈大。

(3)含水量。制件含水量对水泥稳定粒料土的干缩应变有明显影响,其影响程度又随粒料土的塑性而变。粒料土塑性越大,试件含水量对混合料的干缩应变的影响也愈大。

(4)水泥剂量。对塑性粒料土,水泥剂量对干缩应变影响也较大;同时研究了水泥掺入二灰碎石混合料中对混合料性能的影响。


2.2国内研究现状


目前我国公路界学者对半刚性基层的抗冻性及收缩的机理、防治措施、材料组成等进行了大量研究,然而大多考虑的是季冻区的抗冻及收缩,高原高寒地区气候因素对路面性能的影响较之季冻区要更严重和复杂些。具有代表性的是张登良教授等对几种半刚性基层材料分别在饱水状态、最佳含水量状态、半风干状态、风干状态和烘干状态五种不同状态做了电测试验。在试验过程中不同含水量试件都被封闭。在保持含水量不变的条件下:水泥稳定材料基层中掺加集料,可以明显降低混合料的温缩性;水泥稳定粒料类的温缩性小于石灰粉煤灰稳定粒料的温缩性,也小于石灰稳定粒料类的温缩性;有对应最小温缩系数的最佳水泥剂量。西安公路研究所提出,对于半刚性基层材料的组成设计不仅要考虑强度指标,还应考虑收缩性能。其干缩试验结果表明,粒料呈悬浮状态混合料的干缩系数较嵌挤结构的混合料要大得多:综合强度指标和抗收缩性能,粒料含量为80%的混合料两者占优。国内的张中华通过对水泥稳定细粒土、水泥稳定中粒土和粗粒土的温缩性进行了系统的研究,得到了几点结论:

(1)稳定粒料土的温缩系数明显小于稳定细粒土的温缩系数;

(2)影响稳定粒料土温缩系数的主要因素有粒料土中粒料的含量;

(3)水泥剂量对水泥稳定粒料土的温缩性影响显著;

(4)在4种半刚性基层材料即石灰土砂砾,悬浮式石灰粉煤灰粒料、嵌挤式石灰粉煤灰粒料和骨架密实水泥稳定碎石中,骨架密实水泥稳定碎石温缩性最小。重庆交通学院杨锡武等认为,应综合考虑混合料的强度、施工操作性和经济性。粒料比例除影响混合料强度外,还影响其收缩性,粒料比例过大则施工中易出现离析现象,粒料比例过小则容易产生收缩裂缝。


3.结论


但针对高原高寒地区的气候特征,水泥稳定碎石基层的材料性能研究需要进一步深入;进一步研究适宜高原高寒地区的级配类型、级配范围;研究水泥稳定碎石基层材料的早强特性,并对其在高原高寒地区的干温缩表现做出论证;在设计方法方面,现行规范仅仅通过强度、模量等力学指标来评价材料性能,指标单一,忽视材料所处的环境特征、缺乏综合性。并且,目前没有学者专门针对高原高寒地区的环境特征提供水泥稳定碎石基层材料的设计方法。




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