骨架密實性的水穩(wěn)抗裂研究外文翻譯

1、骨架密實性的水穩(wěn)抗裂研究 摘要：骨架密實級配水泥穩(wěn)定碎石與常規(guī)級配相比，具有較高的密度，較小的含水量，嵌擠形成的強度大，并具有較好抗裂性能和力學性能，能預防瀝青面層的縮裂，提高了路面的承載力和耐久性。因此骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石具有較好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：骨架密實型；基層；抗裂性；分析；應用隨著水泥穩(wěn)定碎石基層在工程中的廣泛使用，發(fā)現(xiàn)在早期出現(xiàn)了比柔性基層瀝青路面多而頻繁的裂縫。裂縫的存在會使水危及整個路基路面結(jié)構(gòu)，還易引起瀝青面層較快出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽等病害。因此，對以水泥穩(wěn)定碎石基層的公路建設(shè)造成了潛在危險，也限制了水泥穩(wěn)定類碎石基層的應用。水泥穩(wěn)定碎石在溫、濕變化作用下產(chǎn)生較大的收縮變形是導致

2、基層裂縫及反射裂縫的主要原因。因此，為了改善水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能，本文提出了密實骨架結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石基層，及其配合比設(shè)計方法，并對此進行了大量室內(nèi)外試驗。結(jié)果表明，骨架密實結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好抗裂性能。1 裂縫產(chǎn)生原因分析 1.1 干縮裂縫 水泥穩(wěn)定碎石在干燥空氣中硬化時, 隨著水分的減少, 體積將收縮變形, 每隔一段距離產(chǎn)生均勻的干縮裂縫。水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生干縮裂縫的原因與其水泥、水和碎石因為水泥劑量太低, 強度難以滿足要求; 而劑量過高時, 混合集料都有很大的關(guān)系。一方面混合料在凝結(jié)硬化過程中, 水泥與水起水化反應, 消耗大量的水分。水泥含量越高, 則消耗的水分越多。另一方面,

3、碎石集料表面也要吸附水, 集料穩(wěn)定碎石基層的強度、平整度和裂縫的產(chǎn)生。水泥穩(wěn)定碎石中的細料成分越多, 表面吸附的水分就越多。再者, 基層施工過程中, 含水量越大, 蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產(chǎn)生干縮裂縫。 1.2 溫縮裂縫 水泥穩(wěn)定碎石由于混合料中有 5% 左右的水泥, 所以具有熱脹冷縮的性質(zhì), 在混合料硬化初期, 水泥水化放出較多的熱量, 但散熱較慢, 因此其內(nèi)部溫度較高, 使內(nèi)部體積膨脹。而外部如遇氣溫急劇降低則冷卻收縮, 內(nèi)脹外縮相互制約, 產(chǎn)生較大的應力。一旦應力超過其極限抗彎拉強度, 將產(chǎn)生溫縮裂縫。溫縮裂縫多數(shù)是橫向分布。 1.3 網(wǎng)狀裂縫 網(wǎng)狀裂縫也叫龜裂 , 它是由于局部

4、彎沉太大, 在外力作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的裂縫, 它是一種破壞性較大的裂縫, 如遇下雨, 則滲水, 在外力作用下引起翻漿。初期時僅為網(wǎng)狀細裂紋, 隨著時間的推移, 裂紋處基層內(nèi)部的水分繼續(xù)蒸發(fā), 裂紋逐漸發(fā)展成為發(fā)散形裂縫。在外力作用下, 基層呈塌陷狀。1.4 縱縫 縱縫如果水泥穩(wěn)定碎石基層在施工早期產(chǎn)生縱縫, 一定是施工控制方面引起的。其原因應歸結(jié)為局部土基壓實度或基層壓實度沒有達到規(guī)范要求。但城市道路基層 7 d養(yǎng)護期滿后, 如果管理維護不到位, 也會產(chǎn)生縱縫。由于基層較厚, 采用分層碾壓作業(yè)。第一層攤鋪碾壓成型時, 其厚度較薄, 一般在 15 cm 左右, 盡管養(yǎng)護期滿, 但其承載能力較低

5、。 1.5 路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫 路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫如果水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生縱向裂縫, 多是由于局部土基及底基層壓實度達不到規(guī)范要求引起, 在重車的作用下產(chǎn)生的反射裂縫, 有時呈弧狀分布,且表面形成一定的高度差。 2.水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)性能分析水泥穩(wěn)定碎石是一種由水泥、粗集料、細集料所組成的復合材料。水泥穩(wěn)定類材料由于組成材料質(zhì)量和數(shù)量的差異，以及各組成材料之間互相的特點、相對位置分布及相互聯(lián)系的狀況一般也分為三種不同的類型：21懸浮密實結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)通常采用連續(xù)型密級配，骨料由大到小連續(xù)存在。這種結(jié)構(gòu)中由于粗集料數(shù)量相對較少，不能形成有效的骨架。這種結(jié)構(gòu)雖然具有較高的粘聚力，但摩阻角較小，

6、其強度主要受粘結(jié)力所控制，在外部荷載和溫差作用下，易產(chǎn)生裂紋，從而造成路面結(jié)構(gòu)的破壞。22骨架空隙結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)粗骨料較多，而細料數(shù)量過少，混合料中細料的壓實體積小于粗集料形成的空隙體積因此，雖然能夠形成骨架，但其殘余空隙較大。雖然這種結(jié)構(gòu)粘聚力較低，但其內(nèi)摩阻角較大，其強度主要取決于內(nèi)摩阻力，粘聚力相對是次要的，其抗收縮性能較好，但由于其空隙率大，使基層的耐久性受到影響。23骨架密實結(jié)構(gòu)(大粒徑抗裂結(jié)構(gòu))骨架密實結(jié)構(gòu)是以上兩種類型組成的結(jié)構(gòu)。要求混合料既有一定數(shù)量的粗骨料形成骨架，又根據(jù)殘余空隙的多少加入細料，混合料中填隙料的壓實體積應約等于粗集料形成的空隙體積，從而使混合料形成較高的密實度。

7、試驗結(jié)果表明大粒徑水泥穩(wěn)定碎石骨科間的嵌擠作用明顯，抗壓強度和抗壓回彈模量明顯大于常規(guī)級配，有良好的承載能力，平均干縮系數(shù)和平均溫縮系數(shù)小于常規(guī)級配，抗彎拉強度高于常規(guī)級配，抗裂性能有顯著的提高。根據(jù)柔性路面層狀理論，對在溫度和含水量變化作用下不同齡期的半剛性路面進行了接觸非線形有限元分析，分析結(jié)果表明在施工狀態(tài)下和使用狀態(tài)下，大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層受到干縮和溫縮作用產(chǎn)生的拉應力均小于常規(guī)級配；在施工狀態(tài)下，溫度收縮的影響明顯，在使用狀態(tài)下路表降溫對基層的影響減小，基層所受到的拉應力隨著齡期的增長而增大。這種結(jié)構(gòu)能很好的解決了水穩(wěn)開裂問題，在我市的公路建設(shè)中逐步得到推廣和應用。3.骨架密實性的

8、級配分析 全面提高設(shè)計質(zhì)量在路面設(shè)計中 對水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層的料源調(diào)查和選擇至關(guān)重要 既要調(diào)查料源的儲存數(shù)量 又要調(diào)查料源的質(zhì)量必要時對材料進行有關(guān)試驗鑒定后方能確定是否采用 。3.1抗裂性分析(1)骨密型可以控制其細集料比例。使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部粗集料均勻且有良好的嵌擠，在骨料空隙內(nèi)部的細混合料大部分致密和分散的局部不致密，保持適度的孔隙率，形成不十分均勻板體來改進半剛性基層應力集中產(chǎn)生縮裂并返射到面層。(2)集料粒徑與比例：骨架密實級配比常規(guī)級配水泥穩(wěn)定碎石最大粒徑大，最大粒徑分別為不大于375mm和315mm。骨密型水穩(wěn)粗集料即95mm以上的占4266，常規(guī)級配水泥穩(wěn)定碎石(以下簡稱常規(guī)型水穩(wěn))95mm

9、以上的僅占3255；細集料即475cm以下前者2243，后者占2950。顯然骨密型水穩(wěn)容易形成嵌擠骨架，同時也有足夠的膠結(jié)強度；常規(guī)型水穩(wěn)骨料處于懸浮狀態(tài)，主要是膠結(jié)強度。骨密型由于細集料少，其收縮性小。(3)最大干密度：試驗表明骨密型最大干密度在2409cm3以上，比常規(guī)型大58，因而有利于提高基層承載力和耐久性。(4)最佳含水量：試驗表明骨密型水穩(wěn)比常規(guī)型最佳含水量小152，可以減少干縮應變。4 配合比設(shè)計 配合比設(shè)計取樣一定要有代表性，原材料或其比例更改，應重新設(shè)計配合比。配料準確是保證水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配料準確的基本前提是兩種原材料要合格。通過對工程實際應用的礦料分別進行

10、篩分試驗和測定其相對密度，根據(jù)各種礦料的顆粒級配和計算用量比調(diào)配出合理的級配曲線。由于水泥劑量對干縮性的影響，隨集料平均粒徑的增大而減少，集料平均粒徑越大，水泥劑量對干縮性的影響越小；在相同條件下，水泥穩(wěn)定中粗粒土的收縮性較細粒土的收縮性要小得多；對大多數(shù)土混合料而言，隨水泥劑量的增加，收縮性逐漸減少，并達到最小值，隨水泥劑量的增加，收縮性逐漸增大，水泥劑量過大，同樣會產(chǎn)生收縮裂縫。配料準確的施工控制是：（1）碎石的級配要嚴格控制，在粗集料中單個顆粒最大粒徑不應超過37.5mm；（2）水泥穩(wěn)定碎石混合料的比例要嚴格控制。即通過一定料斗門開啟高度下的給料皮帶機電機轉(zhuǎn)速比實現(xiàn)既定的混合料比例，具體

11、調(diào)試時，碎石比例宜控制在80%89%之間。根據(jù)不同設(shè)計強度的要求，確定水泥用量，確定各種混和料的最佳含水量、最大干密度，以此初步確定各料倉的供料比例。應考慮各地材料性能不同而引起的差異。4.1密實型水泥穩(wěn)定碎石集料的最大粒徑及級配范圍jtg d502006公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范中骨架密實型水泥穩(wěn)定類級配見表1，不同類型水泥穩(wěn)定碎石的集料級配見表：骨架密實型級配層位類型通過下列方孔(mm)質(zhì)量百分率 注骨架密 實型基層31.5199.54.751.360.60.075底基層最大粒徑不大于37.5mm10068-8638-5822-3216-288-150-3 懸浮密實型級配層位類型通過下列方孔(m

12、m)質(zhì)量百分率注懸浮密實型基層30-2020-1010-55-2.52.5-1.181.18-0.60.6-0.0750.75底基層最大粒徑不大于37.5mm11292012105934.2骨架密實型的設(shè)計級配本路段采取公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范(jtgd50-2006)的規(guī)定，以骨架密實型取代懸浮密實型結(jié)構(gòu)進行基層的集料級配設(shè)計。相對于懸浮密實型結(jié)構(gòu)，骨架密實型結(jié)構(gòu)對級配范圍進行了較大修改，如19mm篩孔的通過率由90-100調(diào)至68-86；475 mm篩孔的通過率由29-49調(diào)至22-32；0075mm篩孔的通過率由0-5調(diào)至0-3。骨架密實型篩孔礫石礫石合成級配 范 圍mm4.75-31.50

13、-4.750-31.5中值上限下限37.5100100100.0 10010010031.598.610099.0 10010010026.587.6 10090.7 959010019 71.510078.6 7768869.523.510042.6 4838584.753.299.827.4 2722322.360.782.421.1 2216280.60.346.311.8 11.58150.0750.33.51.1 1.503配比：7525100 骨架密實性礫石級配曲線100.099.090.778.642.627.421.111.81.10.010.020.030.040.050.0

14、60.070.080.090.0100.037.531.526.5199.54.752.360.60.075篩孔尺寸mm通過百分率%合成級配中值上限下限4.3 配合比設(shè)計的優(yōu)化對配合比進一步進行優(yōu)化，其基本原則是：在保證設(shè)計強度的情況下合理地減少水泥用量，同時級配曲線應為一條平順的圓滑曲線，并應盡可能靠近級配區(qū)域下限，而在確保現(xiàn)場攤鋪混合料不離析的情況下增加碎石用量，減少粒徑小0075 mm細料用量篩孔骨架密實性級配mm中值上限下限37.510010010031.510010010026.5未規(guī)定未規(guī)定未規(guī)定19 7768869.54838584.752722322.362216280.611

15、.58150.0751.503篩孔礫石礫石合成級配 范 圍mm4.75-31.50-4.750-31.5中值上限下限37.5100100100.0 10010010031.598.610099.0 10010010026.587.6 10091.5 959010019 71.510080.3 7768869.523.510047.2 4838584.753.299.833.1 2722322.360.782.426.0 2216280.60.346.314.6 11.58150.0750.33.51.3 1.503配比：69311005.基層施工過程中注意事項根據(jù)本路段的施工過程中遇到的問題，

16、總結(jié)得到在進行骨架密實型基層施工時應該注意的問題。(1)針對所設(shè)計的骨架密實型結(jié)構(gòu)中粗集料用量較多，且采用振動成型方法得到的最大干密度值較傳統(tǒng)擊實法相比有所增大等情況，應考慮增加碾壓功率，并應通過現(xiàn)場試驗路段確定機械組合和噸位要求。(2)在施工過程中，應依據(jù)設(shè)計結(jié)果嚴格控制穩(wěn)定料的含水量，避免在振動碾壓過程中因含水量過高出現(xiàn)離析現(xiàn)象。(3)建議施工過程中增加混合料合成級配的檢測頻率，要求集料的合成級配中19 mm和475 mill的通過量控制在3以內(nèi)，且隨機抽樣中不應出現(xiàn)偏向單側(cè)現(xiàn)象(即普遍出現(xiàn)超出或低于試驗結(jié)果)。(4)嚴格控制水泥用量，水泥劑量應不低于試驗結(jié)果，且不得高于建議控制用量的05。(5)加強基層的保濕養(yǎng)生(不得過度飽水養(yǎng)生)，養(yǎng)生期應至下一結(jié)構(gòu)層施工為止。3.結(jié)語骨架密實級配水泥穩(wěn)定碎石與常規(guī)級配水泥穩(wěn)定碎石相比，具有優(yōu)良的抗裂性能和力學性能，不但減輕了瀝青路面的裂縫率，而且也