水泥穩(wěn)定砂礫的擊實(shí)試驗(yàn)方法研究

摘要：水泥穩(wěn)定砂礫材料作為基層材料具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，在城市道路基層施工中得到了廣泛應(yīng)用。本文通過分析試驗(yàn)擊實(shí)方法存在問題，并提出水泥穩(wěn)定砂礫的試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定砂礫；擊實(shí)實(shí)驗(yàn)；問題及方法

Abstract: the cement stabilized sand gravel material as the basic material high strength, good stability, economic and practical, in urban road base construction has been widely used. In this article, through analyzing the test compaction methods existing problems, and puts forward the test method of cement stabilized sand gravel.

Keywords: cement stabilized sand gravel;tamping experiments; Problems and methods

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一、擊實(shí)方法存在的問題

《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料實(shí)驗(yàn)規(guī)程》中要求水泥穩(wěn)定砂礫材料采用的擊實(shí)方法是標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的方法，要求通過預(yù)定5～6個含水量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，并最終繪制含水量－干密度曲線，并要求曲線必須為凸型( 以便于擬合得到二次曲線，求解最大干密度與最佳含水量) 。由于砂礫材料為自排水式結(jié)構(gòu)，不具備粘性土的擊實(shí)特性，而最終根據(jù)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果繪制的曲線也并非規(guī)范定義的凸性曲線，因此也就不存在最佳含水量的概念。

這種現(xiàn)象的存在給試驗(yàn)規(guī)程在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)較大的困難。很多試驗(yàn)驗(yàn)單位，包括施工與監(jiān)理單位在實(shí)際操作中不得不根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行修正、修飾曲線，人為地對最大干密度和最佳含水量做出估計(jì)。在試驗(yàn)工作如果加入過多的人為因素的話，也就失去了室內(nèi)試驗(yàn)工作指導(dǎo)施工生產(chǎn)的客觀意義，并且由于人為因素的干擾，對于相同的材料，不同的試驗(yàn)單位、試驗(yàn)人員操作，人為估計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，用修飾的數(shù)據(jù)來得到規(guī)范要求的凸型曲線靠攏，造成試驗(yàn)結(jié)果千差萬別，甚至很多試驗(yàn)結(jié)果得到的最佳含水量相差兩個百分點(diǎn)，而最大干密度甚至相差0.1g /cm3 ，對應(yīng)的壓實(shí)度相差接近5%，壓實(shí)度不能保證，基層的施工質(zhì)量也就無從談起。

二、水泥穩(wěn)定砂礫的擊實(shí)方法

1 重型擊實(shí)方法

重?fù)魧?shí)驗(yàn)方法的設(shè)備與試驗(yàn)方法簡單，便于普及使用，但是這種方法與路面振動成形的機(jī)理不一致，集料在重?fù)魮魧?shí)過程會被擊碎，從而干密度的增大是以改變級配的為代價的，不能反映真實(shí)情況。使用重?fù)魮魧?shí)進(jìn)行水泥穩(wěn)定砂礫的實(shí)際試驗(yàn)，不存在最佳含水量的概念。

2 飽水振動方法

飽水振動方法適用于自由排水的材料。然而，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料中的結(jié)合料會在飽水振動過程中從擊實(shí)筒的底部流出，并且數(shù)量難以估計(jì)，所得到的干密度也不能反映無機(jī)結(jié)合料填充對自由排水式材料的影響。

3 振動擊實(shí)方法

我國的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》( JTG D50－2006) 中規(guī)定: 半剛性基層配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，宜采用振動成型的方法，而由于國內(nèi)采用的振動成型機(jī)型號各不相同，參數(shù)尚未統(tǒng)一，因?yàn)檎駝映尚偷姆椒�目前在科研中�?yīng)用較多，而在實(shí)際生產(chǎn)中還沒能大規(guī)模的使用。

振動成型方法較好的在室內(nèi)試驗(yàn)的條件模擬了振動壓路機(jī)作用于材料表面進(jìn)行壓實(shí)的工藝，使材料在振動過程中使集料在上振式振動壓實(shí)儀中偏心輪偏心力的作用下就位，形成穩(wěn)定密實(shí)的結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以改變振動頻率，調(diào)節(jié)偏心質(zhì)量可以產(chǎn)生不同的離心力，增加與減少配重塊可以改變名義振幅。

振動壓實(shí)儀的振動參數(shù)計(jì)算公式如下:

(1) 頻率。

式中T— 周期。

(2) 離心力幅值。

FO=mrw2

式中m— 偏心總質(zhì)量;

r— 偏心半徑;

ω— 角頻率。

(3) 名義振幅。

式中M— 振動部分總質(zhì)量。

(4) 振動加速度。

ɑ = FoMg

式中g(shù)— 重力加速度。

3.1 振動擊實(shí)的方法

(1) 用四分法準(zhǔn)備足夠數(shù)量的風(fēng)干試樣，每個試樣的質(zhì)量應(yīng)不小于6000g;

(2) 預(yù)計(jì)5～7個加水量，將一份試料平鋪于金屬盤內(nèi)，將事先計(jì)算得到的該份試料中應(yīng)加水量減去50g 后，將剩余用水量均勻地噴灑在試料上，用小鏟將試料充分拌和到均勻狀態(tài)，然后裝入密閉容器或塑料袋內(nèi)浸潤備用。依次完成所有試樣的燜料，如當(dāng)天進(jìn)行燜料，其浸潤時間不少于2 h;

(3) 將一份試料平鋪于金屬盤內(nèi)，將所需要穩(wěn)定的水泥和剩余的50g 水加到浸潤后的試料中，并用小鏟充分拌和到均勻狀態(tài)。從加入水泥拌和開始到成型結(jié)束測定含水量試樣放入烘箱中烘干必須在1 h 內(nèi)完成，超過1h 的試樣，應(yīng)該作廢;

(4) 將鋼模套環(huán)、鋼模及鋼模底板緊密連接，然后將其放在堅(jiān)實(shí)地面上，將拌和好的混合料一次倒入鋼模，倒入后用直徑2 cm 的木棒插搗，整平表面并稍加壓緊，然后覆蓋一片塑料紙。將鋼模連同混合料放在振動壓實(shí)儀的－20－質(zhì)底板上;

(5) 將振動壓頭對準(zhǔn)鋼模并使振動壓頭與鋼模內(nèi)的混合料緊密接觸。檢查振動壓實(shí)儀上的螺栓及相關(guān)連接處，啟動儀器振動擊實(shí)180s;

(6) 振動擊實(shí)完畢提起振動器，分別從沿筒壁均勻地取四個位置測量筒壁到試樣表面的高度H1、H2、H3、H4(mm) ，并取四個高度的均值H，此時試樣的高度及為220－H(mm) ;

(7) 擊實(shí)完畢之后，測量試樣與套筒的總質(zhì)量G1(g) ;

(8) 用脫模器推出筒內(nèi)試樣，擦凈試筒，稱重得試筒重為G2。在試樣內(nèi)部從上到下取一個具有代表性的樣品(可將脫出試件用錘打碎后，用四分法取樣，取樣的質(zhì)量不少于1000 g，稱重后立即放入已達(dá)110 ℃的烘箱中烘干，測定其含水量ω，計(jì)算至0.1%;

(9) 計(jì)算試樣的濕密度與干密度。

濕密度:

式中V— 試樣的體積;

干密度:

3.2 水泥穩(wěn)定砂礫振動擊實(shí)

選取從莞高速A2 標(biāo)段、A7 標(biāo)段及A8 標(biāo)段送樣底基層砂礫按照3.1 所述方法進(jìn)行振動擊實(shí)試驗(yàn)。標(biāo)段送樣砂礫的篩分試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 砂礫篩分試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)加水量為7%時已經(jīng)有部分水泥漿在振動擊實(shí)的過程中從擊實(shí)筒的筒底流出; 當(dāng)加水量為8%時，擊實(shí)錘上和筒底都開始有較多的水泥漿濺出或者流出。試驗(yàn)的結(jié)果如表2。

表2 水泥穩(wěn)定砂礫擊實(shí)振動試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上振動擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果繪制加水量－ 最大干密度之間的關(guān)系，如圖1。

圖1 水泥穩(wěn)定砂加水量與干密度關(guān)系

振動擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果與重型擊實(shí)的結(jié)果大致相同，砂礫材料同樣在加水量最多的時候得到較大的干密度。加水量與擊實(shí)完成之后實(shí)測的試樣含水量相差較大，水分流失也呈現(xiàn)不規(guī)律性，因此對實(shí)測含水量與干密度的之間的關(guān)系也不做研究。但是試驗(yàn)的結(jié)果也顯示，砂礫材料在擊實(shí)之后的含水量仍然比較穩(wěn)定，加水量在6～8% 之間時，試樣擊實(shí)之后的含水量相差在± 0. 5%的范圍內(nèi)，而解釋砂礫材料在干密度隨加水量增加而增大的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn):

［1］ 劉增榮．土力學(xué)［M］．上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社， 2005

［2］ 隋吉軍．粗粒土振動壓實(shí)特性試驗(yàn)研究［D］．大連: 大連理工大學(xué)

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。