（道路与铁道工程专业论文）半刚性基层混合料收缩性能研究.pdf

摘要 以二灰碎石和水泥稳定碎石为主的半刚性基层混合料因其强度高、稳定性好、抗冲 利性能强以及工程造 舞低等优点雨广泛应用于我国高等级公路基层建设。几十年的工程 实践证明，此类混台料在道路建成初期赝产生的收维共由此引起数“反魃裂缝”是路嚣 主要病害之一，影响了路面使用的耐久性。因此，研究半刚性基层混合料的收缩( 主要 包括干燥羧缩和温度浚缩) 规律和有效防止或减小混合料收缩量的方法，进丽作基层混 合料抗裂设计是当前道鼹基层材料翳霰追切磅究的课题。为此，本文从以下尼令方露进 行了研究： 首先，用正交试验法对二灰碎石和水泥稳定碎石的强度、干缩、温缩性能作了详尽 的硪究，并在此基础上遴褥混含糕撬裂 生能评侩；惩嚣，应用邀子显微技术，对二灰碎 石和水泥稳定碎石混合料强度形成于微观结构变化之间的关系作了深入探讨；晟后，系 统研究了阻抗裂指数为鼗终控制指标的半刚健基层混合料设计方法。 通过上述研究，结合半刚憋基层试验路王程，慧缝出暴寿一定强度、是睁撬裂性能 的混合料配合比范围，形成了半刚性基层混含料的抗裂设计方法，对半刚性基层混合料 设计积施工具有一定的指导意义。 关键词：二灰碎石水泥稳定碎石收缩性能 撼裂蛙钱浮徐抗裂没诗方法 a b s t r a c t b e c a u s eo fs u c hm e r i t so f a s h i 曲s t r e n g t h ，s t a b i l i z a t i o n ，g o o dp e r f o r m a n c e o f a n t i w a s h i n go u ta n dl o wc o s t ，s e m i r i g i dm a t e r i a l su s e d a sb a s ec o u r s ei n c l u d i n gl i m ef l ya s h s t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n ea n dc e m e n ts t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n em a i n l ya r ea d o p t e di nb a s e c o u r s ec o n s t r u c t i o np r o v e r b i a l l y - b u tt h e r e f l e c tc r a c k i n g ”。鑫u s e db yt h es h r i n k a g eo ft h e s e k i n d so fs e m i r i g i dm a t e r i a l se s p e c i a l l yi ni n i t i a ls t a g e sw h i l ec o m p l e t e l yc o n s t r u c t e di so n e o ft h ed i s e a s e so fh i g h w a y , a si st e s t e db ye n g i n e e r i n gw o r l d ，a n di tb e c o m e sa ne n c u m b r a n c e i nt h es t e po fi m p r o v i n gt h eu s i n gp e r f o r m a n c eo fr o a ds u r f a c e s os t u d y i n gt h es h r i n k i n g r u l e so f s e m i r i g i db a s ec o u r s em a t e r i a l s ，r e s e a r c ho nw a y s t oc o n t r o lt h e s h r i n k a g ee f f e c t i v e l y , a n d c a r r y i n go u ta n t i c r a c k i n gd e s i g n o f m a t e r i a l sa r et h et a s k sn e e dt ob er e s o l v e d u r g e n t l y n o wt h es t u d i e si nt h i sp a p e ra r cc a r r i e d o u tu n d e rt h o s e b a c k g r o u n d s ，i tm a i n l yi n c l u d e s t h e s ea sf o l l o w s ： f i r s t l y , b yu s i n go r t h o g o n a lt r a i l ，i ts t u d i e st h ep e r f o r m a n c eo fs t r e n g t h ，d r ys h r i n k i n g a n dt e m p e r a t u r ed e c l i n i n gs h r i n k i n ge r e ，a n db a s i n go nt h e s ee v a l u a t e st h ea n t i c r a c k i n g p e r f o r m a n c e ， s e c o n d l y , s t u d i e st h er e l a t i o nb e t w e e nt h es t r e n g t hp e r f o r m a n c e so fl i m e f l y - a s h s t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n ea n dc e m e n ts t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n ea n d m i c r o s c o p es t r u c t u r eo ft h e m a t e r i a l s f i n a l l y , r e s e a r c h e s o nt h e d e s i g nm e t h o d so fs e m i - r i g i db a s ec o u r s em a t e r i a l sb y a d o p t i n ga n t i - c r o c k i n gr a t i oa s ac o n t r o li n d e x k e yw o r d ：l i m ef l y - a s hs t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n ec e m e n ts t a b i l i z e dc r u s h e ds t o n e s h r i n k i n gp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o no f a n t i - c r a c k i n gp e r f o r m a n c e a n t i c r a c k i n gm m e r i a l s d e s i g nm e t h o d 学位论文独创性声明 本人声明所璺交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 静磺究或采。尽我所知，除了文中游蠲热以标注秘致谢鹃邃方岁 ，釜文中不包含 其他人已经发表或撰霹过的磷究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了鞠确静 薨暖势表示了谢意。 签名：趣宴盔日期：挫g i 关予学位论文傻翔授投的说鞭 东露大学、中国萃摹学技本信怠磷究舞、国家圈书锫霄授保辫本人掰送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印藏其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查麓和话阕，霹醣公毒( 包括髓登) 论文静全部或部分内容。论文鹣公布( 包 撼列登) 授权农枣大学研究生院办理。 签名：导耀签名： 堡塑丝堡基期：加囊， 东南大学硕士学位论文 半刚性基艨混台料收缩性糍研究 第一章绪论 l 。1 课髭壁筲蒙 、| 乏刚性基层溅台趱( 变要毽括二获碎石帮求泥稳定碎石) 作为一种半刚往基层漉台料己被j 。泛 地戏削于我国离等级公路基盛建设中，它其有强度商、稳定性好、抗冲刷能力强以及1 二程造价低等 优点。同时，冀本身也具有一定的缺陷：以二灰碎石或水泥稳定碎石等半剐性基层泄台料镳筑的路 面在使用数年甚至几个月后，面层相继出现裂缝。这种裂缝在初期往往表现为微裂缝，僻隧着车辆 荷载作用、路表雨水渗入、环境温度交替变化簿因素联舍作用下，徽裂缝进一步扩大，并逐渐发餍 成横向裂缝、纵向裂缝乃至慰鄄灼网裂，导致潞强使蔫性能降低，并最终产生结构性破坏。根据大 链现场微裂缝处靛取芯，发现路表韵裂缝宽度往往要小于级深处( 即基层部位) 的宽度。这表明， 裂缝觞演仡裴鼹往往是获基盛处开始的，也就是说，基层自嶷产生的微裂缝诱发了高等级半鲤0 睦基 层路面的开裂。这种由基层混合料收缩引起、从基层部位开始逐步向露层扩曩的裂缝称之为“反射 裂缝吼 大量研究袭暖，半剐性基层的袈缝哥分为荷载躅素s 超钓裂缝和稚荷载因素弓j 起的裂缝。荷载 因素就是车辆动静荷载疲势作用下产生的裂缝，尤其是近年来超载现象比较严重的情况一f ，更容易 造成半刚住萋屡开裂；而对于非荷载因素则主蒹怒由干燥收缩( 混台辩随罄水分的蒸发，含水量不 断减小，产生的收缩，称为干燥收缩，简称于缩) 和温度收缑( 混合料出予滠度降低_ i | i 产生的收缩 称为温度收缩，简称温缭) 或二翥综合影响辨g l 起鲍收缩开裂。不耀地区，其有出不同的环境特征： k 方冬季气瀑较低，骞豹地区达到一3 0 ，在这种情醮下混合辩产生较大的灞度收缩，一旦温缩应变 超过材料所糍承受韵控癍交就出现裂缝，诚然在此过程中间时伴随着午燥收缩：在南方，炎热的夏 季高温天气，混合料禽永量急剧降低，混合料产生收缩，如粟子燥收缩超过混会料骶8 承受的控盛 变也会出现裂缝，当然这种开裂也包括温缩姻成癸。 无论是魏国北方还是或方，路囊开裂现象都魄铰普速。北京门头沟试验路1 9 8 1 年3 月和1 9 8 5 年1 1 月联次裂缝调查，其中水溜砂砾路段韵裂缝率扶1 6 0 m l o o o m 3 增加别2 9 6m 1 0 0 0 m 2 ，而二灰 砂砾瓣蠢t 2 0n v t o o o m z 增加到6 2 1r r d l 0 0 0 m 。；济青商速公路1 9 9 3 年底通车，在济赢段( i 标段池存 横向裂缝：南京至六合一级公路，通车后第一个冬季，发现少量裂缝，1 9 8 1 年8 月完成第二期路瑟 加铺工程，到第三个冬攀( 1 9 8 4 年1 月) 全线调查，发现2 4 。7 k m 路段内共有6 6 9 1 条裂缝，般隔 i o m 一条裂缝。平均裂缝率为6 9 1t w t o o o m 2 ；沪嘉嵩速公路1 9 8 8 年竣工通车后，1 9 9 2 年横向裂缝 选3 0 0 多条，1 9 9 3 年每隔1 2 2 0 m 一条，1 9 9 4 年每隔1 2 1 5 m 一条，全线已有1 0 0 0 余条横回裂缝； 莘挫离速公路t 9 9 0 年1 2 嗣竣工通车，经过三年的通车使用，出现了横向裂缝2 0 0 条，裂缝阁距程 1 2 1 5 m 乏间，太部分横向裂缝贯穿路厩金宽；广佛巍速公路，建戚的第二年，嚣1 9 9 0 年2 苘全线 1 5 k i n 出现1 8 0 多条贯通横缝( 左右幅分别计算) ，最多l k m 左幅2 4 条横缝f 1 1 。 在潮外，裂缝阀联同样是遵路界的个难题。葵鬣道路簧受会调查了m 4 高速公路上9 2 k i n 路段 购表露“反射裂缝”e 该道路路蔷结构为：沥青联总厚1 3 5 m m 2 1 5 m m ，贫混凝土蓦层1 3 0 m m 2 5 0 m m 和承泥绪粒料赢基瑶。面层和基层厚度为3 5 5 m m 。承掘粒料底基层1 2 0 m m 3 0 0 m m 。经调整多数路 段上有密集的横缝，平均间距4 5 m 1 2 1 。 纵观国内外半月性基层数十年的工程实践，如撂辫决半雕性基层漓台料开袋问题，提高半刚性 基层沥青路蕊的使用鼎质是当翦联嚣临的羹要任务。因戴，本文楚在二灰碎石和水泥稳定碎石强度 墓l 收缩性能的辑究和工程实践辇磷上，叛室内试验研究为手段，研究= 灰碎石和水泥稳定碎蕊等半 剐挂鏊瑶混合料的开裂问题。 一笙二熏堡堡 一一一一 1 2 国内外就半两0 性基层混合料裂缝问题的研究状况 半剐性基层混台料具有较高的强度、较好的稳定性以及较强的抗冲刷能力，因而被j 一泛地应用 于道路建设中。表1 ，i 列出了我酮典型的以二获碎石或水泥稳定碎石为路面基层的道路及其两层、 底基层状况。 日l 越半风q 性基艨跌蕊魄裂缝寄结构性破爆裂缝、沥青瑟瑟躲温度收缩裂缝以及半刚性笨詹的濡 蟪翘千壤裂缝g l 起的淄青蠢瑶产生躲反射裂缝。就半削槛基层反射裂缝而言，控制反射裂缝可从三 方瑟考惑：针对基层材料本身，基层混合科配合耽设计阶段，在保证基层强度的前提下，进一步 考稼繇材料组戒对满台料抗袈性能的影响关系，优选抗裂性能较好的混合料配合比：在半刚性基 层的施工过程中，严格按照混合料配合比进行精细施工。尽可能地避免混合料熬驾车曩，在基层建成 的初期，做好养护1 ：作，防止水分损失t 程半g 性基层积沥篱箍翳之润设簧隔离裂缝的串间瑶或 应力吸收屡，以阻止反慰裂缝匙露层扩鼹a 路面结构类型 公路皂称 瓤层 基屠底基詹 3 5 c m 细a c 索若高遴( 托寰露藕) 4 5 c m 串a c 柏c m = 灰砂砾 2 0 c m 二灰砂砾 7 c t l l a m * + 5 c m 由a c 2 5 3 5 c m 石灰或承 京潍蟾高速 6 c m 糕a c 2 0 c m 水泥碎石或承澹移砾泥土、水泥石灰土、二 1 2 c m a m 灰土 4 e r a 绷a c 济青高速5 e r a 糨a c m c m = 获捧4 2 c m = 获碎 & m 瓤a c t 2 e m ( 6 k i n ) 。 沪嘉高速公路 辐= 灰碎石2 0 e r a 砂砾 1 7 c m ( 6 k m ) 4 c ms a c ”1 6 沪宁蛊逮( 江苏段) 6 c m a c 2 5 12 0 c i t t 二灰碎石4 0 c m 二荻士致二获 6 e ma c - 2 5 i t 4 c m a c 磨耗层 1 0 c m 沥青碎石联结层 广深路$ c m a c2 5 e r a 缴配碎石 2 3 c m 水泥醛 1 0 e r a a 4 5 e r a a c - 1 6 南京机场高速6 c m a c - 2 5 i3 4 c a n 二荻碎石2 0 m 石灰圭 6 c ma c - 2 5 1 i ，幸a c2 5 ，2 8 、3 4 e r a2 0 c m = 灰士 杭甬商速 知m 粗a c二获碎西2 0 c m 缀配辩葛 4 e r a 由a c 郑如i 澧陬，蜒a c 1 5 c m 水泥碎五 1 5 c m 二灰碎石 2 4 c m 二灰土 6 c m a m 4 e r a 中a c 饿安塌蹦2 1 c m 沥青碎石 2 2 c m 二荻二 _ = g e m a m 注；a c + 灏膏混凝士； a m 一沥青碎石：s a c 多碎石沥青湿凝。 2 东南人学硕士学位论文 半剐性基层混台料收缩性研究 国外从6 0 年代开始对二灰瓣石进行研究。1 9 6 4 年，a h e r z o g 、r b o c k 研究了影响二灰稳定土 强度的一些因素。t 9 7 6 年，a n d r e s 、rs 研究了影响石灰、粉煤灰碎石混合料耐久陛的因素。1 9 8 8 年，b r a a k o f o 通过对二莸稳定土无侧限抗压强度的室内试验，得出最佳斫灰和粉煤灰禽量。1 9 8 8 年，b a p k a l 、g o k h a n 对二灰稳定士进行短期高温养护和低温长期葬护试验，镊出二者之间的关系， 并研究用短期、高温养护祭件f 的实测值来预测设计值。慰予二灰酵慈鹣裂缝妈题，臀辨一些学者 认为主要是出于无规结台料收镶褥产生鹊。m e m a g g s 等人试为减少横尚裂缝的方法，应执鞭制基 层的强度与剐度入手，不可片面追求商强度、嵩剐度，并严格控制掩工含永量。为防止基层裂缝的 反射，需要有一定厚发的面层，多数萄家认为1 5 c m 2 0 c m 为宜。另外。硐土工织物设置基层和砸 屠之间的隔离层可减少反射裂缝。对水泥稳定碎石，最早的水泥稳定材料基层是1 9 3 5 年在茭豳的 j o h n s o n v i l l e ( s o u t hc a r o l i n a ) 修建的。1 9 3 7 年，美国加刹拯足亚；- t , i 铺筑了3 2 k m 的求混稳定基 屡随后被广。泛应用到公路和虮场跑道中”j 。 我国对半刚性基层溉合奉季的应用和研究，始予年代援外的公路工程中。在赞比亚、苏丹、卢 疆选簿濯黻援建工程中，不同程液造采用了水流稳定材料为路面基层。随后水泥稳定材料和二灰稳 定材料汗始应用于我国的道路建设。 随着半刚性基层材料不断应用于工程实践，对其性能的认识褥姓逐步热深。器国道路工作者开 始注意到，二灰碎磊和水混稳定骅基层混含辩收缩并产生裂缝、进稀反射到丽按，形成路丽“反 射裂缝”严重影蟪了路蠢弱使用性能。 毕刚性基层材料歼裂的两种蔽因车辆荷载引起的荷载裂缝和由千缩、温缩日l 起的收缩裂缝，对 荷载袋缝，只要保证基詹、底基层育足够的强度便可抵抗由面屡传来的苟载，也就是说如果基层强 度足以抵抗荷载引起的应力，基层就不会拜裂。在这静愤况下，黪垂出现早期裂缝主要跫由于干缩、 温缩引起的收缩裂缝反射到嚣层蕨致。艘二坎璐石基层，满足施工要求的7 天饱水无侧限抗攫强度 对高等级路垂达0 s m p a ，虽后期强度簧远大于7 天饱水无侧戳抗压强度。一般情况下，行驶在道路 上车辆豹黯莲在0 8m p a 左右# l ，进一步考虑胎压随深度逐渐减小，实际基层所承受应力则更小，蜃 以对蕤膜而言由胎班引起的经向成力是相对较小的。即使考虑车辆的动麓作明( 动费系数一般不超 过1 3 0 p j ) 。基层实际受到的车辆苟载所引起的成力是比较小豹。对于水泥稳定群石，由予其较商韵 早期强度，因此更不会因为强度不是两使鼹露开裂。 爨一方弱，_ = 灰类帮水混稳定类基层材料由于栖鳎永分蒸发、弱夜温差的交替变化下由_ 混合料 干缩、溢缩所致的戏力剩不容忽视。如果混合科所产生的干缩和温缩越过材料抗拉强度，贝4 黪基层 拉断。因此对率剐健基层混合料的裂缝研究，主要集中在以下几个方嚣：第，睾 对半剐姓基层混 合料本身，有的混台料本身可产生很大的手滠缡，嚣有的则较小。爨姥在基层混台搴茸设计阶段，应 在保证强度的基础上选择抗平、滠缩性能比较好的渥食料配舍比；第二，主要研究钎对裂缝的防止 措施，如在半刚性基层与沥青瑟盛之淘设嚣隔离中间瑶或应力吸收屡等；第三，采用高强沥青面层 或厚沥青蔼层，来隧止擎转经基层产生浆l 缝的反射。 关予半刚性基层材科收缩性能研究，目前已取得了以下几个方藏的成果： i 半秘性蒸屡混合糕收缩性能综食评债 混合料本身性能硪究是在充分认识组成半拜4 性基攫混合料的生要繇材料酌錾础上，对混合料的 整体收缀性能传综合评价。扶半嚣8 性材料并始应用于道路基层，就不断地对二灰稳定和水泥稳定基 层毒孝辩采用以理论分析、室内材料性能系统试验、结构模型试验和野外试验路势举的理论计算与实 践梭验褶结合的方法得出了这些基层材辩的性质、影响其强度的因素、各因素封程度的彩嘛规律、 影响其收缩性能的因素以及备因素对收缩性能的影响规律。在北基础土，提如熊够满足路面基层路 用性能的原材料性能要求、混合料配台比，进磊封其强度及收缩性能作综合评价。 2 半则性基层材料螅擞躐分橱嘲 遴过x 射线辑射、红外港谱、熟差分祈班及电子照微镜等多种实验手段，分析了半剐性基层握 台料强度形成过稳中永纯产物在混合料内的生成、发展状态及其与混合料整体强度的变化关系。献 3 第一章绪论 扩；作j ； 、毛细管张力作羚 和冰冻作用等方面研究了水对混合辩热胀缩性能的影响，另一宠武从毛 细管张力作用、吸附水捌分子间力作用、矿物晶体或腔体的层闯水作用以及碳化脱水作用等方丽研 究，仁牲基层混合料桷千缩梳理鞴从短成棍台料备成分的热膨胀系数来硬究整体挝料蛇漏缩特性。 3 半刚往基层混合料开裂的防淀拨施 ( 1 ) 选择干温缡性能较好的混合料组成 在充分认识原材料性能基础上，控制二灰和水泥含量，选择混合料收缩量小的结台料莉蘑( 一 般在二灰控制在1 5 2 0 。水泥镕日控肯在4 6 ) ，榘料或粒料的级配组成j 。 ( 2 ) 研制早疆矫拥剂 钟对半剐性基层混台料寝用的实际情况，在混台料中掺加一定的外加剂，来克服或改善混台科 的一些弱点，增强其强度减小收缩性。二灰稳定基层聿| 料魄早期强度铰低，这对施j ：造成一定的影 响，为提瘫其早期强度，珂掺拥一定量游化学添加荆。目前已研铷出许多可有效提高混台赳早期强 度韵外捐稍。 ( 3 ) 设置中闻层 德箩斯曾在l o 1 4 c m 厚的沥青混凝下设霾毂化涯毒处治集料防裂中闯层或集料中闻层。藻 国则采用琏抗拉强度的聚合物羽作为半黯日性基层与沥青面屡的中间朦以延缓裂缝向上传攒。另9 一 些国家使用土工织物或橡胶沥黄巾阐层以减少路蕊裂缝。 ( 4 ) 颓婊4 擞裂纹、颈切缝 在基层中预先制造徽裂纹以降低其收缩性，德滠的1 9 8 6 年设计规范按定，当沥青罩面的厚度 小于或等于1 4 c m ，不管基层浑度多大，其要基层抗压强度超过1 2 m p a ，基层必须预先切纵缝和模缝； 捷克拼洛伐克丽反复碾压的方法人为地镱造微绑裂缝嬲。 4 对收缩裂缝的拖王羟铺 ( 1 ) 含水量韵变化对半剐性基层混合料收缩的影响 出于现场施工中一些不鹰避免钓嚣索谈混含料拌和不均，致使混合亳霉禽水量产生偏差，进褥影 晌基层混合料总体予缩缝能。含水量偏大，使携台辩产生较大予缩。因戤施工中应充分粹和祸合 料，减小混合料含水量偏差。另外根据施工经验为尽可能地防止千缭裂缝的产生，寰在赡低予湿 合料最佳含水量情况下碾压成形。 ( 2 ) 养生条件 在基屠建成初期( 尤其是7 天乏内) 蕊屡还没育镳筑，基层暴嚣在空气中，翁造成瀹合料水分 的大量挥发，既影响混合料强度静形成又会产生较夫的千缩。所以养生期间要少洒水、勤涵水，始 终保持基层处于进润状态。 ( 3 ) 对斑辑的施工控制方法 混台料离析使基层强度降低、稳定性丧失、乎魁度也缀难保迓。经大量工程实践，对施工中混 会辩的离柝可从混合料拌和、运输、施工碾捱戳及人工操作等方面采取相应的控割靼补救措施。 1 3 本课题研究的主要内容 数十年来，对半刚性基层混台料的研究，在混台料性能、憨工工艺、施工方法和养护管理等方 颈取褥了一定成果。骣针对其收缩性能扮研究具有以下几方丽的特点及缺陷： 1 各嚣道路并对水泥混凝士的收缩闯题有许多研究，僵对半剐性基层混合料收缩性能的研究 不多t 但翦蠹的职究与后者有很大的不同，酋先受力不致，水泥混凝承受压力或拉力较大，丽 i 剐性萎膳承受的力簧小得多；其次，二考赝处约环壤存根大的差异，半拷性基层混合料往往在路 砸以一f t o 2 0 e m 左右，受承的狰刷、遣温豹交亿彰响较丈。因此，对半刚性基层糖料的研究应立 足予下酐基层新处的环境、综仓考虑强层和底基层豹影响来研究干缣收缩、渝度收缩以及二者综台 影响。 2 研究粲中在定往方面，丽在定量磁究方嚣不够深入。定性研究结论燕基于大量的工稳实践， 4 4 、甫人学硕十学位论文半月4 性基层混台料收缩性能硪究 拓聚在此基础上给予定餐分析，裁胃往对半目性基层混合辩干溢缩瞧能酶认识更为科学、研究结果 更具说鼹力。 3 口前对半刚性基层混合料收缩性能研究中，对收缩基的测量方法主要有手持应变仪测量、 支架法测潼和电阻应变仪测量等。其中前两种方法在操作上比较简单，但存在测量时随机性较大的 缺点。手持应变仪 9 | | | 量露，一次溅量与其上一次；l l | | 量报难保证两次测点都在阖一条中轴线上。支架 法测蛙也存在这样的问题，架在收缩试 牛薅端的千分表缀鼹保证在整个试验期幽碟在裟段的甄蛾保 持不变。就这一点，采用电阻应变仪法更为可靠。另外。前两种方法的试验环境一般在试验火厅中 进行，而蹇内无论是温度还是湿度时蒯在发生变化，这样，试件所处的环境没有一个一致的标准， 增趣了试验的睫槐误差。 4 。由于我国器个地区的环境差舆性较大，对半刚性基层混会辩盼湿绩性辘礤究，其珲境瀑度 一般枉4 0 c 一1 5 ( 2 之间，而在我国北方尤其在东北最低气温可达3 0 ( 2 左右，而在炎热的夏季，沥 街路面在瞄时间臼照下所达的温度要远超过4 0 0 。即使传导到基层商一个温降梯度也可能高于4 0 。辨以爨裁对其澡缩性裁躲骚突裁潺度莲困来说楚不垒嚣的。 5 + 评价其干温缩性能的指标不尽完将，在混食料设计过程中，没有对其收缀性戆终爨确戆攘 关指标控制。 本研究是在碾取半两日性基层混合辩应用成败经验的基础上，综合考虑各地区的环境因素，将室 内试验职究与塞羚试验黠实黢相结合，寒舔究举烈性基层褥合辩器强度、收缩性能，进而提出可显 著降低收缩量的混合料配合比、混台料设 十方缓、性能评价摆标以及漫台拳季攮王工岂、嬷王方法窝 施工质量控制。 本文研究的主蘩内器： l 。避过相关室内试验， 磺究缝成二获释石帮求漉稳定碎石的琢材精与混合料强度之问韵关 疆： 2 保证混合料强度的基础上，研究二灰碎石和水泥稳定碎石收缩性能的影响因索和影响规 律： 3 。扶微观的燕度疆究二获碎石秘承泥稳定碎石各微粒静干缩、温缩性能。瓢雨在整体上来阐 述二灰碎石和水泥稳定碎石的收缩机理； 4 总结出以保证强度为基础、降低收缩为目的的混合料组成范围： 5 提出综合考虑混台料强度和收缩性能的霭台科设计方法。 5 垒塑盔堂堡主堂堡堡塞 堂型丝篷壁鲨垒鳖鉴垄矍! 塑! 堑 第二章半剐性基层混合料收缩性能研究的试验设计 本章针对整个试验职究过程，从总体上采论述半g 性基层混合料( 包括二灰碎石和求栊稳定碎 li ) 性能研究的试验方案、拱娶的试验颈裔、数据处理的数理理论和方法以及指标往能分析方法a 2 1 正交试验法 茁交试验法怒在幂j 箱正交袭来研究由多种因素决定菜特定指标规律的一种数理统计方法8 1 。它 能在较少的试验次数下，我出对所研究对象的特定规律，而且方法简单、使用方便，因蕊教广泛地 应j j 予科学研究。 2 1 1 有关正交试验几个基本概念 1 指标 对研究的对蒙，必须通过募个特定的量徨来弹定其性能的好坏，这个餐值就称之为指标。在半 剐性基层混合科性能研究中，混合料强度、失求率、收缩应交、收缩系数等麓重要的指标。 2 ，因素 对于复杂的问题，研究对象往往肖众多的影响条件，将这黪在试验中考察的存燕影响试验指撂 的条件称之为因素。 3 水平 在试验中，各种因素所谯的不网状态称之为水平，或位缀。 2 1 。2 正交表选择 芷交试骏法就是剃躅各种不两的正交表来寂捧具有均衡搭配特性试验的方法。在选择正交表时， 斑将被选翔的正交表的阂素与水平数六予或等于试验所需考察的因素个数和水平个数。并且使试验 次数最少。常用的正交袭有l 4 ( 2 3 ) 、b ( 3 ，l 1 6 ( 4 5 ) 等。其含义，以b ( 3 4 ) 为蜘，l 表示正交表：9 代表所需的试验次数为9 次；3 表示正交表中有3 个水平；聪4 则表暴对应有4 个因素，这种正交 表所需的试验如表2 。l 示。 表2 1 豳落素兰承平的正交试虢表 函素 abcd 试验号、 ll li 2222 3l333 42l23 52 2 3 l 623 1 2 73i， 2 832l 3 9332 l 2 。1 3j 叠交试验的数据处理方法 在正交试验中，极差分析法( 亦为直观分掇法) 是避；窭极差分析秘番趋势圈来进行综台沈较戳 得出结论的数据处理方法。此外，还有方差分辑法。 1 极差分辑法 ( 1 ) 确定阂一嗣素不闷水平对指标韵影响 6 第二牵半刚性基层混合料收绞性能研究的试验没计 以b ( 3 4 ) 为例，设9 次试验的结果为y l 、y 2 、y 3 y 9 ，出表2 i 。a 嗣索1 水平所对鹿的指标总 鼙为y l + y 2 3 ；弱理a 西索2 水平对应的慧量为y 4 + y s + y 6 ，a 国素3 承平对虑的为y t + y g + y g ；b 冈 豢 水平对应的慧量为y l 牛y 4 十 ，c 函素在1 水平对应的总羹为y l + y 6 + y s ，而d 因索为y + y 5 + y 9 。 令b 为第j 猁1 水平所对应的数据之和；i i 为第j 列2 水平所对应的数据之期；1 1 为第j 刑3 水平所 对应的数据之和，即： 对a 因素 对b 西索 对c 因索， 对d 因素 ( 2 i ) ( 2 2 ) ( 2 。3 ) ( 2 。4 ) ( 2 ) 壤差分橱 对于每个翻素，都对应各自舶b ，3 、i 炉、i i b ，3 ，找出其中的最大枣1 最小，搀最大售减去壤小筐， 部得到极差。掇差反应了该因素对指标的影响程度，极差越大，表骧该戳素对试验指标来说是越主 要的因素；相反，极蒺越小，越为次要的因素，对试验指标静影墒较，j 、，甚至忽略不计。 ( 3 ) 画趋势豳分据 以因素的水平为横坐标，对应指标数值为级坐标，虢b ( 3 4 ) 来说，形成三个点，用拆线姆这三 点相连形成拼线闰，就能宣观地体现指标随因素水平的变化规律。综食垂交试验中的各因素所对应 韵趋势黼，可以分析出针对指标的最佳方案，即该搬标的最佳组仑。 2 方差分析法 方莲龄辑是通过对试验数据鲍数理分柝，来检验因素变仡对指标影响的显著性。在方差分析过 程中t 将因素变化的影噙与试验谖差医分汗来，可强很好的检验试验的准确性和可靠性理度。 ( 1 ) 方差分析统计量的计算 1 ) 总偏差平方和 9 s 总= ( y ，一乃2 f = l 其率，歹2 争萎 一般来说，对试验结果y 均潢足歪态分帮，都y i n ( o ，o2 ) ，从而， ：挈嘲 ， c r 2矿 ”一。” ( 2 6 ) 2 ) 因素变动平方和 s = 3 ( 争一如2 + 3 ( 争旧2 + 3 牛一辩2jjl s 8 咄争啊2 + 3 f 争旧2 + 3 ( 丁2 嘲2 锄嗨椰锄咄幽强嘞心嘞嘶m 搬弘坶h乳岭弛h q 拈饿q垤锄m咄婀嗨蝴m慨坝螂 强乳v h妇q靴弛弘矬渤峨一蝌嘞岫慨吼岍慨峨耋| 鱼量坠羔矍墅竺型燮一兰型壁耋星堡垒型堕笪堡堑望窒 s c _ 3 ( 争啊2 十3 f 竿啊2 十3 ( 芈啊2( 2 7 ) s d = 3 ( 争力2 + 3 ( 华芦) 2 + 3 ( 半一f ) 2 因素变动自由度： f a = 奄= 毙= f d = 3 1 = 2 ( 2 ) 闵索变动的分解公式 试验数据的总变动由误差的变动和因素水平的变动甄部分组成。误差鹃变动出误差； 起，而茵 = 鞫+ s 误 f 毽= 逸+ f 谖 ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 3 ) 显著性检验削新 ，。套堡凳判断前，建立检验假设：因素对指标的影响不显著。如果拯绝假设，就说明该陡索对指 标有湿著酌影响。 肚赣= 等 a o ) s 谩”最v 谩 u 耻糕 p 一s b i s 如2 瓦万 f d = 潍 一般谎意，显著性水平n = o 0 1 、a 钟0 5 、= o 1 0 下分9 4 加以检验，所对应豹临界巷分剐为 。9 9 。1 9 , 9 ! ! i ! 二，o 。h f f ，o o l , 表明影昀是显著螅，在置信度l 一8 娟9 9 下否定原箍甚- 蕞高蒹 罂塑标塑鬈婴墨董在分析过程中，用”来表进。离毽，如采f o o s f 2 5 1 2 2 8 d 5 5 3 2 5 4 步 女n 裁 按照正交试验中豁搬刹含量与水混混合，检验混合哥i 车韵3 d 和2 8 d 的抗箍强度及抗折强度。检验 缝巢如表2 1 1 示。 表2 11 掺i i t 岍 - f i b 水泥胶砂强度 磐艚移 抗菇强度o u i p a )抗折强度( m p a ) ( m p a ) 、静 外心 3 d2 8 d3 d2 8 d 亦g 澜璺鲍3 2 2 。g哇5 35 、l8 3 水泥用量的6 2 1 2毒2 24 67 5 水溅甩摄的9 1 6 43 1 63 76 2 弱 4 5 3 5 2 5 1 5 夺一v3 d 抗压强度 o 一3 d 抗折强度 奋一2 8 d 抗压强度 1 一2 8 d 抗折强度 9 8 勺 ，警 。蓑 5 鞲 4 端 3 036 9 处加荆掺量曝) 蹭2 ，2 卦龆祭掺萤与水泥胶砂强度的关系 如图2 2 所承，对掺趣是量的外拥粼静水泥胶砂强度与不掺翻外加荆的相眈较，掺加3 水滟 用是9 加剂烬承泥腔砂3 d 抗歪强度和抗折强度眈不掺加的商，其中抗骶强度提高1 6 ，抗折强度提 高2 4 ，毽二者2 8 d 的抗压强度和抗折强度基本相当；外加剂掺餐为水泥用蟹的6 时，3 天抗压强 度和抗拼强度比不掺时略增大- 但比水泥用量的3 时增大孵要小，对2 8 d 来说，二者都有骈降低： 外加剂掺量为水泥的9 对，3 d 墓i2 8 d 的挽压强度鄹摭 厅强发都比不掺拥豹，j 、。可觅，外加荆对卑 1 2 一di一越释蜮螨 第二章半剐褴基靥混合料收缩 生能研究翡试验设计 期抗压强度和抗折强度育所提高，但当掺量在6 和9 时，反而减小，对后期( 2 8 d ) 无论抗压强 度和抗折强度均减小，困此对于外加莉的掺藿宣控翮在3 “6 之间。 5 集辩 所州集料为镇江产石灰岩，三神规格分别为1 2 碎石、瓜子片和米砂，将备砷碎石风干履用方 孔筛逐级筛分，相同粒级的碎石放在一起以备用。取县代表性的碎石，按公路+ 翻鹫齄料试验规程 ( j t j 0 5 8 2 0 0 0 ) 旧检验其压碎值；对予粒径，j 、予0 6 m m 的颓粒，检验其液限利塑性指数。 2 3 2 混合料击实试骏 者实试验方法攘据公路工程无桃结合料稳定毒季辩试验鬣程( j t j 0 5 7 - 9 4 ) 击实试验的诩法： 分三层厦型奄实，每层击9 8 _ f 。然后测试其实躲含水量茭：计算楣艨的千密发。绘戋4 爨实曲线，报擐 曲线即可定出该混合料的最佳含水量和最大干密度m 1 。 2 3 3 混合料无侧限抗压强度试验 由击实试验所得的最佳含水爨( ”o ) 和最大干密度( pd ) 来配制混合料，一般应使配制的混 合耩略多予计算所需豹满合料，然后翔入捐当予最往含永璧的水质量均匀拌和并密封于塑料薄膜袋 孛，闲料4 个小时( 至少涎小瓣) 。到鞋重阙露称爨所需重量熬混合料，壤备成型试传，所需混合辩簇 量按如下公式计算： m = o 。9 8 p d 艘2 h ( 1 + we ) ( 2 1 2 ) 式中，m 城件混台料囊量；卜试模半径，巍7 5 r a m ；b 一试模嵩发，建1 5 0 m m 。 分层将混合料倒入无侧限抗压强度试模中，用t y e - 2 0 0 0 压力试验机臌平劳静艇数势钟，脱模 并用优质塑料薄膜袋密封放入养护室养生6 天，笫7 天没水养生。浸水养生时使液面高于试件顶瓤 2 5 c m 。2 4 小时衙。蒋试件获水中取出，涮试其7 天饱求无铡限抗箍强度。 2 3 4 抗弯拉强度( 抗折强度) 试验 由最佳含瘩整、最大千密发，藏型抗弯控强度试俘。试俘规格l o o x1 0 0 x 4 0 0 m m ，墩9 8 的疆 实度静压成型。然羼，在标准券护条停下，到达规定龄媲。测试其抗弯拉强凄。采弱三分点超载法， 高度与跨度之比为1 ：3 ，承压扳支距1 0 c m ，跨距为3 0 c m 。 各级荷载梁试件中部底面的拉应力 咿筹 式中，p i 一各级荷载值tn ；o 。j 一对应予p 时粱中底面的拉应力，p a l 一粱支点距离，m ； h ，b 一粱鲍嵩度、宽度，m 。 本试验的目的是要捡测混会辩所具毒的最大撬弯控皮力，以戴来详徐淀舍辩抗弯拉强度。 2 ，3 。5 抗弯拉姻弹模豢试验 在进行混合孝斗抗裂性能评价时，抗弯拉回弹模璺是一个重要的指据，窀熄挽弯披应力与拨弯拉 应变联系起来。其试验过程是与抗弯拉强度试验联合进行的。 在粱中赢部粘贴趣变片斑交片的规格为8 0 m m 标距电阻1 2 0 q 。试验过程中，当聪力到达一 定裙始茂载( 如1 0 k n ) 瓣，将静态应交处褒枝漓零，然螽逐缀龆稿至o 。5 p o ( p o 为抗弯拉强度) ，记下 相鹿的应变值t 由式( 2 1 4 ) 计算试件抗弯拉回弹模量。 蟊t * 曼( 2 1 4 ) s 其中，拶，一抗弯撞应力( p 矗) ，一撬帮控应交( 旷) 。 1 3 东南大学_ ； 士学位论文 串剐性基层溉台料收缩性能研究 2 3 6 溜合料干缩试验 1 试件的制备 根据正交试验魄9 秘混合犋，按由戎实试验歇褥烈抟最钱含水撬和壤夫干密嶷铺蔷滗合辑，瑙 塑料袋阑料4 小时。然后，按所需混合料矮量制作1 0 0 1 0 0 x 4 0 0 r a m 的粱式试忭。制作完厉放入养 护室，锞潞、保湿养护7 天后，进行千缩试验删。 2 试验方法 ( 1 ) 测试方法 对于缩麻变，采用电阻应变片测量的方法。 将电阻慰变片对称嵩基贴于粱试昝的骶慰称侧甏，鲡罄2 3 + 两应变片之阊为串联电路，再与溢度 幸卜偿片及环境箱外的转换箱、静态赢交处理仪褶联构成平行电桥。 图2 3 对称糕贴子谶件两鲻瓣耄氍瘦变片 千缨系数是指擎饿含水璧交纯下材料的线涨缩系数。若一定添度下两相邻涮点涮得的材料干 燥收缩盛变为i ，i + l ，对应的混合料含水量为oi 、。，则该区段的平均干缩系数为 磊：皿 ( 2 。1 5 ) 印f “一峨 o i + l - 。十f 相邻嚣测点测定的试件含水豢；oi + l - o 厂稍邻两铡点测定的试件千缩应变。 ( 2 ) 试验步骤 1 ) 将到达龄期的试件从养护室取出，将表预拭擦干捧。并平放干试验台； 2 ) 用电动砂轮轻轻磨光桨式试传蹲侧表嚣，井用电炊风欢于袭箍承分并欧掉表瑟遗留的浮获； 3 ) 用铅笔在德贴应交片秀嶷甄撼出中线位鬟，抒上底胶，荐粘贴瘦交片。并按轿式电路接线； 4 ) 将试孛 救八恒瀑籍( 魏鼹2 4 ) 串，并在4 0 条粹下恒温测定一定时间间隔( 时问间隔设为 2 、2 、4 、4 、i 2 、2 4 个小时) 箭试件的干燥收缩应变及相应的试件含水量。 ( 3 ) 诶差分析及修正 半刚性路顽树料是非均匀非完全密实材斟，教应尽霹自地采用长标距的残交片，激浏出较长范 闱| t i ! 的平均应变，恧且要选用相同阻壤懿应变片。斑交j 尊的粘黠质量是试骏所得试验数据准确与否 的关键，瓣黻贴质璧差静试件新测得数据偏差犬甄澄有规律，敲不能反映试件实际的收缩应变规律。 辫龀，站片过耩串要对试件表面及斑变片耢潮除湿、静压固干。并且尽可能地侵应变弦与被测试 牛 绝缘，戳减小“池漏”电流。保证数攒可靠性试验采用的成变仪灵敏系数l ( 。相对因定，焉实际所 埘的应变片的灵敏系数k 。一般与k ，不一致。l | ：财，应将读数蘩委，按下式计算： 1 4 第二章半刚性基层混合料收缩性s g 硬究的试验没计 ( 2 1 6 ) 式中， k ，一应变仪灵敏系数；k 厂一所刚应变片灵敏系数；e r 应变仪的测量傻。 2 3 7 混合料溢缩试验 1 粱式试件的制餐 温缩试验粱式试 牛裁终方法与平缩试验的糯弱，健在本试验中器将潞缩试验的试件在养护室中 漫气养护3 0 天，然后对其馓溢缩试验。 2 温缩试验 ( 1 ) 试验步骤 1 ) 将试件放入温度为1 0 5 c 的烘缎中烘1 2 小时； 2 ) 用电动砂轮轻轻磨光粱式试馋瓣应的蔫裂袭瑟，荐用奄吹爨i 欲掉表面遗留的浮灰； 3 ) 明铅笔在要测试的试件袭蔼标斑中线位譬，打上底胶粘贴应变片并按桥式电路接线； 4 ) 将试彳牛蔽入嵩低温交交箱，按设定的温度向隔( 5 或i o c ) 降温并测定收缩威变值。 ( 2 ) 数据处理 计算某一具体温度间鞲的收缎系数( 单位激发变化条传下材料始线胀缩系数) 舻西a g + 熊 ( 2 1 7 ) 式中，a 卜_ 温度间隔；ae 温度变化at 时，攒示应变的变化值；9 广湿度 偿片灼线膨胀 系数( 试验中