(冬)寒地区高性能级配碎石适用性研究

二秦高速张家口段,冬季气温较低,沥青路面反射裂缝严重的问题,本文以高性能级配碎石为研究目标,采用振动击实成型级配碎石试件,对比掺加1‰聚丙烯纤维级配碎石和普通级配碎石的性能差异。研究结果表明:与普通级配碎石的性能相比,高性能级配碎石抗剪强度(围压50kPa)可提高近15%,劈裂强度可提高25%左右、无侧限抗压强度可提高近10%、CBR值可提高5%左右。     

不同成型方法对级配碎石的影响

为进一步了解成型方法对级配碎石性能的影响,本文通过目前两种比较常用的成型方法——击实成型和振动成型两种成型方法的级配碎石,对其做进一步分析研究。首先采用变K法对级配碎石进行级配设计,采用击实成型和振动成型方法分别成型级配碎石试件,然后分别测两种成型方法下的级配碎石试件的最大干密度、最佳含水量以及CBR值等参数,并对比分析测得的两种成型方法的级配碎石参数。分析研究试验数据得知:击实成型对级配碎石原有级配扰动比较大,尤其是对13.2~1.18 mm这几档的级配影响;振动成型对级配碎石原有级配扰动较小,基本保持了级配碎石的原有级配;相同级配条件下,振动成型的CBR值要远高于击实成型的CBR值,振动成型的CBR值是击实成型的CBR值的2倍;并非越密实的级配碎石其CBR值越大。     

成型方法对半刚性基层材料配合比设计的影响

研究振动和击实(静压)成型方法对水泥稳定碎石基层材料配合比设计的影响,并分析差别产生的原因.试验中应用振动成型仪对水泥稳定碎石进行振动成型,养生后测定物理力学指标,并与击实(静压)成型试件的性能进行比较.试验结果表明振动成型水稳碎石的最佳含水量和最大干密度与击实成型具有线性关系,振动成型下的最大干密度与击实成型相比平均提高0.04 g/cm3,增加的幅度在1.8％左右;静压成型试件高度的控制精度低于振动成型,且离散性较大;振动成型总体强度比静压成型提高70％,其中60％的强度增加量源在于骨架的嵌挤作用.根据试验结果可知,级配结构性效应的无法发挥和试样高度控制不精确使抗压强度代表值偏高是导致静压法配合比设计水泥剂量偏高的主要因素.     

振动成型级配碎石力学性能研究

从室内试验和现场检测两方面,就振动成型级配碎石基层的强度和模量进行研究,并对试验路进行了跟踪观测.研究发现,振动成型级配碎石的CBR值较重型击实有大幅提高,回弹模量高于相同应力状态下重型击实试件.采用振动成型级配碎石铺筑的基层现场CBR试验结果与同等压实度条件下室内CBR值吻合较好.这充分说明了振动成型级配碎石基层优良的力学性能和路用品质.     

成型方法对水泥稳定碎石压实度差异性分析

压实度是基层施工的关键控制指标,室内标准密度大小直接影响压实度。通过对室内重型击实试验与振动压实试验中不同成型方法对级配和密度变异性影响的研究,得出悬浮-密实型水泥稳定碎石混合料用重型击实和振动压实法成型混合料时,对初始级配和最大干密度改变都不大;而骨架-密实型水泥稳定碎石混合料用重型击实成型时,对初始级配和最大干密度影响较大,用振动成型法成型时对初始级配与最大干密度的改变不大。     

级配碎石性能的振动与击实成型对比试验

为建立振动成型和击实成型的转换关系,进行了3类典型级配碎石在振动和击实成型下的对比试验。结果表明:2种成型方法的物理指标和力学指标具有线性关系;振动成型的物理和力学指标优于击实成型;击实对级配碎石具有严重的破碎作用,且破碎作用存在临界空隙率;振动成型颗粒的定向作用使不同类型的级配碎石形成了良好的结构,物理和力学指标充分反映了材料结构类型的差异;而击实成型正好相反,由于材料和方法的不协调,使材料之间力学性能平均化。     

级配碎石材料标准振动成型方法的研究

级配碎石的室内试验目前均采用击实法成型,不符合振动对无粘结粒料压实有效的原则且反映不出级配类型的差别;在自行研制的振动成型设备上,对3种结构类型的级配碎石进行振动压实试验,考察了频率、离心力、振幅对压实效果的影响。试验结果表明,当频率、离心力保持不变时,存在最佳振幅;激振强度对压实的影响存在阈值。给出了各结构类型级配的最佳振动参数和室内振动压实试验标准参数,并比较了击实法与振动方法的差别。     

不同水泥稳定碎石混合料结构成型方式研究

主要研究振动击实成型和重型击实成型方式对骨架密实结构和悬浮密实结构相关指标的影响,分析不同成型方式下级配、最佳含水率、最大干密度及7d无侧限抗压强度的变化规律。结果表明,水泥稳定碎石混合料振动击实后级配较接近于原级配,重型击实对悬浮密实级配混合料的影响大于骨架密实级配混合料。     

透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。     

山区重交通抗车辙路面结构基层材料性能研究

水泥稳定碎石作为山区重交通抗车辙路面基层材料,具有较高的强度和刚度,较小的收缩性能,较好的水稳性且与沥青面层结合良好。通过研究不同级配、不同水泥剂量和不同成型方式,根据水泥稳定碎石路用性能试验结果,依据强度满足要求、抗裂能力最佳的原则,水泥稳定碎石混合料配合比优化的结果为:在振动击实及振动法成型试件条件下,级配选用B,水泥剂量为3.5%～4.5%,水泥稳定碎石在龄期14～28d时,能达到设计强度。     

水泥混凝土桥面铺装防水黏层材料优选与性能评价

针对桥面铺装防水黏层渗水、黏结力不足引起的沥青铺装层过早脱落、耐久性不足的问题,选取SBS改性沥青碎石封层、环氧沥青碎石封层、水性环氧乳化沥青三种防水黏层材料,分别研究黏层材料类型、掺量、适用温度对防水黏层斜剪强度、直剪强度和拉伸强度的影响,并优选油-脂比、防水黏层撒布量和防水黏层类型。结果表明:环氧改性沥青最佳油-脂>比为9 %,水性环氧乳化沥青最佳油-脂比为6 %;SBS改性沥青碎石封层、环氧沥青碎石封层和水性环氧乳化沥青最佳撒布量分别为1.6、1.2、1.0 kg/m2。在常温环境下,优先选用环氧改性沥青碎石封层作为桥面铺装防水黏层,而在高温条件下可优先选用水性环氧乳化沥青,此时防水黏层具有优异的剪切强度和拉伸强度。     

旋转压实成型水泥稳定类基层材料试验

针对固体废料用于水泥稳定类基层材料时存在压实过程中破碎严重且压实含水率偏高的问题，分别进行水泥稳定碎石（CSM）和掺城市生活垃圾焚烧炉渣（IBA）的水泥稳定炉渣碎石（CSMI）旋转压实试验，研究旋转压实试验参数（垂直压力和压实次数）对试件旋转压实过程、矿料级配衰变、压实标准、强度和模量等物理力学指标的影响，阐述旋转压实机理，探讨旋转压实与击实、静压和现场压实的差异，分析旋转压实成型CSM和CSMI的适用性。试验结果表明：旋转压实过程中CSM和CSMI的密度、剪切应力在压实50次内快速提高，200次后达到稳态，可分为初压（0~50次）、复压（50~200次）和终压（200次之后）3个阶段；较高的压实次数和垂直压力对试件内压实功传递、骨架嵌挤及密度、强度和模量有利，并可降低压实含水率，但垂直压力超过400 kPa时压实功明显增大，矿料级配衰变加剧，600 kPa后劈裂强度降低；较高的IBA掺量和含水率对CSMI压实特性的影响较大，初压压实功低，复压和终压需较CSM略大的压实功，但旋转压实试验参数对CSM和CSMI物理力学性能的影响程度相近，可采用相同试验参数；相比击实和静压，旋转压实可降低矿料级配衰变和压实含水率，减弱IBA对CSMI性能的不利影响；旋转与现场压实效果存在较好一致性，CSMI（IBA掺量为30%）与CSM基层的服役性能相近。     

不同含石量下土石混合体的剪切特性研究

土石混合体作为一种优良的填料被广泛应用于路基填筑。为研究含石量对土石混合体抗剪强度的影响，利用大型直剪试验，分析不同含石量下土石混合体剪应力-剪切位移曲线及抗剪强度的变化规律。结果表明:当含石量≤20 %，试样为密实悬浮结构时，剪切过程呈应变硬化，抗剪强度随含石量增加变化不明显；当20 %＜含石量≤50 %，试样为密实骨架结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化，粗粒土之间的咬合逐渐增强，内摩擦角和黏聚力增加较大，含石量在50 %左右，抗剪强度达到最大；当含石量＞50 %，试样为骨架空隙结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化-应变硬化，内摩擦角和黏聚力均出现下降。     

橡胶-水泥稳定碎石持强增韧特性研究

为了增加水泥稳定碎石半刚性基层材料的韧性，有效提高其抗裂性能，以减少因基层开裂引起的路面反射裂缝，以粒径为2.36~4.75 mm的橡胶颗粒等体积替换同粒径的集料，制备了持强增韧型橡胶-水泥稳定碎石材料。橡胶颗粒掺量分别为该粒径集料总体积的38%、57%、76%和95%。采用材料试验系统（MTS）开展了7 d无侧限抗压强度试验、四点弯曲强度试验和劈裂强度与模量试验，揭示了无侧限抗压强度、最大劈裂与弯拉应变及劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的变化规律，提出了一种强度满足规范要求、模量可调控的水泥稳定碎石材料制备方法。研究结果表明：橡胶-水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度随橡胶颗粒掺量的增加而减小，且两者呈幂函数关系，当掺量在80%以下时可满足规范中的强度要求；最大劈裂应变随橡胶颗粒掺量的增加而逐渐增大，在保证强度的基础上，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的1.9倍，而弯拉应变则先增大后减小，在保证设计强度的前提下，极限应变最大可达到传统水泥稳定碎石的3.79倍；劈裂动态模量随橡胶颗粒掺量的增加而减小，两者呈幂函数关系；橡胶-水泥稳定碎石的韧性较传统水泥稳定碎石显著增强，从而提高了其作为半刚性基层材料的抗裂性能；橡胶颗粒的掺入使水泥稳定碎石在保证强度的前提下，实现了破坏应变显著增大（即断裂能显著增大）、模量可调可设计的功能。     

膨胀剂对水泥稳定碎石温缩性能及干缩性能的影响研究

半刚性基层材料为我国最主要的基层类型，具有强度高、造价低廉等众多优点，然而只有保证期结构完整性的条件下，才能发挥其承载及传力作用。为此，选取钙矾石类膨胀剂，拟定5%，10%，15%，20%共4个膨胀剂掺量，采用干缩试验、温缩试验以及抗折强度试验，研究膨胀剂对水泥稳定碎石抗裂性能的影响。结果表明:添加膨胀剂后，水泥稳定碎石的温缩应变及温缩系数显著降低；随着膨胀剂掺量的增大，膨胀剂掺量对水泥稳定碎石温缩性能影响的敏感性降低；随其养生龄期的延长，水泥稳定碎石的干缩应变逐步增大，添加膨胀剂后，干缩应变和干缩系数显著降低。稳定剂掺量与抗折强度回归分析表明，当稳定剂掺量为7.0%时，抗折强度最大，为最佳掺量。     

生活垃圾焚烧炉渣集料基本性质及其对水泥稳定碎石性能影响的研究

生活垃圾焚烧炉渣集料(炉渣集料)具有连续的级配分布、一定的强度性能和潜在的水硬性能,可替代天然集料应用在水泥稳定碎石中.但炉渣集料基本性能对水泥稳定碎石的强度性能的影响尚不明晰.首先,对不同产地炉渣集料的基本性能进行研究;其次,以炉渣集料替代一定比例、同粒径的天然集料,进行水泥稳定炉渣碎石的配合比设计,基于无侧限抗压强度试验确定不同掺量炉渣集料的水泥稳定炉渣碎石的强度性能;最后,基于相关性分析,确定炉渣集料基本性能对水泥稳定炉渣碎石击实特性和强度性能的影响.试验结果表明:水泥稳定炉渣碎石的最佳含水率随炉渣集料掺量增加而增大、最大干密度随炉渣集料掺量增加而减小;随着炉渣集料掺量增加,水泥稳定炉渣碎石的强度逐渐降低,且水泥稳定干法炉渣碎石的强度高于水泥稳定湿法炉渣碎石强度.水泥稳定炉渣碎石的最佳含水率与炉渣集料的吸水率相关性较高;水泥稳定炉渣碎石的无侧限抗压强度与炉渣集料的密度、吸水率和烧失量呈正相关、与炉渣集料的压碎值呈负相关.     

聚丙烯纤维增强再生水泥稳定碎石基层材料性能研究

通过对0 %～0.4 %掺量聚丙烯纤维（PP）和0 %～60.0 %再生骨料（RA）进行了30组再生水泥稳定碎石材料组成设计,开展了无侧限抗压强度、劈裂强度、干缩系数及疲劳寿命性能试验研究。结果表明:采用0.3 %聚丙烯纤维可显著提升再生水泥稳定碎石相关性能,稳定碎石材料的疲劳寿命和劈裂强度受再生骨料掺量的变化最为敏感;在综合保障再生水泥稳定碎石性能的基础上,再生骨料利用率最大可达到50.0 %。     

水泥稳定碎石强度影响因素的试验研究

通过室内试验研究各因素对水泥稳定碎石强度影响规律。结果表明:振动法试验结果更具有代表性,振动法成型试件强度平均为芯样强度的1.19倍,而静压法成型试件为0.55倍;水泥剂量对初始强度影响效果不明显,水泥剂量小于5%时对水泥稳定碎石极限强度影响显著,水泥剂量超过5%时,水泥剂量增加1%时极限强度提高不超过10%;成型方法对试件结构尤其是矿料级配及矿料排列影响很大,振动法成型试件28 d后强度接近于静压法的2.54倍;骨架密实型水泥稳定碎石比悬浮密实型初始强度约大19%、后期强度约大10%;试件密度提高1%,水泥稳定碎石强度至少提高11%;龄期28 d前水泥稳定碎石强度增长较为显著,达到28 d时水泥稳定碎石强度可达极限强度的75%以上。     

内马铁路残坡积土石混合体含石量对抗剪强度影响分析

针对内马铁路二标大量分布的残坡积土石混合体材料抗剪强度易受含石量影响的问题，选取了具有代表性的圆砾和角砾，并配置成不同含石量的试样进行不排水三轴剪切试验，系统研究了砾石含量和形状对土石混合体强度特性的影响规律。试验结果表明:土石混合体砾石含量阈值分别为40%和80%，即含石量小于40%时，土石混合体峰值内摩擦角基本不变，且不受砾石形状影响；含石量由40%增至80%时，土石混合体试样峰值内摩擦角逐渐增大，且角砾试样的大于圆砾；含石量超过80%时，试样峰值内摩擦角缓慢增加，并发现试样峰值抗剪强度有相似的变化规律。     

胶粉改性沥青稳定碎石的低温力学性能研究

基于沥青稳定碎石层位的受力形式,采用弯曲破坏力学模式对其进行加载破坏试验,分析胶粉改性沥青稳定碎石的极限弯曲破坏应变和极限弯曲破坏强度随温度的变化规律,从胶粉颗粒与沥青界面协同受力角度分析其作用机理。结果表明:与普通沥青稳定碎石相比,温度在-5℃~-20℃区间,胶粉颗粒材料的应用可以显著提高沥青稳定碎石材料的极限弯曲破坏应变,其极限弯曲破坏强度在不同的温度节点有不同程度的提高;温度低于-20℃,胶粉颗粒与沥青界面协同作用效果增强,胶粉改性沥青稳定碎石的极限弯曲破坏强度和极限弯曲破坏应变的温变曲线均出现二次峰值点,二次峰值点的出现导致胶粉改性沥青稳定碎石抗裂性能出现了显著的提升。