（森林工程专业论文）二灰稳定膨胀土配合比设计方法与应用研究.pdf

摘要 二灰土阑其巢有强度较高、水稳健较好和裔利于环保等优点，在目前的 麓等缴公籍惑藻攥中广泛使羽。餐怒对予二灰稳定褥殊( 麴膨胀主) 的磷 究并不系统和全嚣。本论文采震正交试验设计方法，戮不瓣龄期的无侧限摅 爨强瘦弱7 天于缕为考核搔撂，在黧内对二灰稳定膨胀的配合毖逆行了研 究，势依据二获强度鞠千缵麴形成规理，疆及数璎统诗分毒嚣方法，愁试验 结果进行了分析研究。嗣时，通过室内于湿法盎实试验，对：灰稳定膨胀土 的碾嚣凄量掇制橡准进彳予了研究，著结合宁淮麓速公路二获稳定膨胀的施 工实践，总结了二灰土质量控制的荧键问题。 研究表碉：影响二获晕期强瘦的蓠要因索怒= 灰院，影响二灰土黯期 强度的首要因索建二灰禽量。因此，在混合料组成设计时，应以较长龄期的 试验维采必依据。二灰稳定膨胀鹩台琏石灰含量约为8 1 2 ，二获跷 黻l ：3 为佳。二灰稳定膨胀土应戬漱法击实试验获静的最大干密度和最佳含 水鲎 乍毙矮蓬接制标准。本论文豹结论对令嚣遴一步并震二获稳定鬻藏的 磷究帮应蔫舆有定懿建论徐僵及拯警 乍耀。 荧键诩：二获稳定膨胀主：抗压强度；干燥收缡；于湿法；质量控制 t h em i xd e s i g nm e t h o da n d a p p l i c a t i o ns t u d yo nl i m e - a s h s t a b i l i z e de x p a n s i v es o i l a b s t r a c t b e c a u s eo fm a n ym e r i t s ，s u c ha sh i g h e rs t r e n g t h ，b e t t e rw a t e rs t a b i l i t y , a n dg o o df o r e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，l i m e - a s hs o i li sw i d e l yu s e dn o wi nh i g hc l a s sh i g h w a ys u b - b a s e b u t ， i ti sn o ts y s t e m a t i ca n dc o m p r e h e n s i v et os t u d yl i m e - a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i l t h ep a p e r r e g a r d st h en o n s i d el i m i m t i o nc o m p r e s s i v es t r e n g t ha td i f f e r e n ta g e sa n ds h r i n k a g ea ts e v e n t h d a ya si n s p e c t i o nn o r m ，u s i n go r t h o g o n a ld e s i g nm e t h o d ，a n ds t u d i e si n d o o mt h em i xo f l i m e a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i lb a s e do nt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fl i m e - a s hs o i l ss t r e n g t h a n ds h r i n k a g ea n da n a l y t i c a lm e t h o do fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s i nt h em e a n t i m e ，b yi n d o o r c o m p a c t i o ne x p e r i m e n to fd r ya n dw e tm e t h o d s ，t h ep a p e rs t u d i e sr o l l e dq u a l i t yc o n t r o l s t a n d a r do f l i m e a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i l i na d d i t i o n c o m b i n i n gw i mc o n s t r u c t i o np r a c t i c e o fl i m e - a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i li nn i n h u a le x p r e s s w a y , t h ep a p e rh a ss u m m a r i z e dt h e k e yp r o b l e mo fl i m e a s hs o i l sq u a l i t - c o n t r 0 1 t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s t h ef i r s tf a c t o rt oa f f e c tl i m e - a s hs o i l se a r l ys t r e n g t hi s l i m e a s hp r o p o r t i o n ，a n dt h ef i r s tf a c t o rt oa f f e c tl i m e a s hs o i l sl a t es t r e n g t hi sl i m e a s hc o n t e n t s o ，i nm i x t u r e sc o m p o s i t i o nd e s i g n ，i ts h o u l db a s eo nl a t e ra g ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s t h e r e a s o n a b l el i m ec o n t e n ti nl i m e a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i li sa b o u t8p e r c e n tt o12p e r c e n t ， a n dt h eo p t i m a ll i m e a s hp r o p o r t i o ni so n et ot h r e e l i m e a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i ls h o u l d t a k et h em a x i m u md r yd e n s i t ya n dt h eo p t i m u mw a t e rc o n t e n tf r o mc o m p a c t i o ne x p e r i m e n to f w e tm e t h o d sa sq u a l i t yc o n t r o ls t a n d a r d s t h ep a p e r sc o n c l u s i o nw i l lp r o v i d es o m et h e o r e t i c a l v a l u ea n dd i r e c t i o nf o rt h es t u d ya n da p p l i c a t i o no fl i m e - a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i l k e y w o r d s ：l i m e a s hs t a b i l i z e de x p a n s i v es o i l ；c o m p r e s s i v es t r e n g t h ；d r ys h r i n k a g e ；d r ya n d w e tm e t h o d s ；q u a l i t yc o n t r 0 1 c h e n g j i a n c o l l e g eo fc i v i le n g i n e e r i n go f n a n j i n gf o r e s tu n i v e r s i t y s u p e r v i s e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rw a n gy u a n g a n g y9 0 6 4 8 0 致谢 本论文醣碍究和撰笛走纛导坪美言跨麓裁授、 王 兄镧教授赡悉心器导节兜崴麓。感案吴老姆在论文婚 逶题，试验碍霓工给予褥点披，感鹞 美老臻和师母在 生活盘酶史力支娉| ，霉时，感谢童老辑磊文章踌评圜 和定稿给予的悉心撩导互毒末，褥健导辑严谨赡活 学态度，涧博静学职深谍曲彩嘲和教诲着学t ，终生 难忘，t 论文褥喉秣晃崴还替盖学蠢裳囊逯嚣程恶公霹豁 晓簌项霹镬理、王国庆主馕和穹慕高速塞岛一称套体 羹工酶燕忱攫善和帮助。鑫撼。姆豫粕表零苯深确敬 意和敝以蠢诚挚的搬意 遣要感谢在试验期间给予我太力帮助的李燕、 王 荐和蜂拳患等篙学， 蔫后，把静文款给誊爸薅鹅。羲1 薅 诬裁2 枣善采酶 养育龟恙，感谢土木院奎体老译对学建长迭尹粤i 砖培 养 程箭 2 0 0 6 牟4 蔗 1 前言 1 1 国内外研究状况 1 1 。l 路蟊底蓥星魏瘴用羧况 路面底基屡魑设置在基层之下，并与面腰、基层一起承受车轮荷载反复作用，超次簧 承熏 乍用的层次。它对抗裂、拭水害、提高路巍使用寿命旃着重要作雳。半剐性路面键掏 牵鲍瘫基层与传统懿柔佳路瑟络梅中静底綦艨楣篦较蹩予宠全不同懿惫僚。盘予半瘸镶基 层熬有较大的强度与刚度，成为车载弯曲应力的主要承重朦，而底基层成为基层的直接支 撑，应提出比一般路面底基层更高的要求。理想的底基层为二灰稳定细孝立土、水泥稳定细 粒。在我国毫铸级公路建设中，底基层圭爱使用磊灰土、水泥、二获士三静半强擞榜 辩。 石灰土是在土中掺入石灰和水，经拌和、压实和养生厝得到的强度符合规定的一种无 机树料【l 】。在高等级公路建设的早期，石灰土应用于底基艨比较多。但随着科技水平发展 帮撬褰，对五灰主鼹用蛙能豹认识也在逐步燕澡，其主要缺点是菝拉强瘦低、承稳镶蓑、 抗冲捌性差、收缩大，蟊蓠禳少应用于高等级公路底基鬣，其是在j e 方、干燥地区和摊农 良好路段使用。 水泥土是在中掺入水泥和水，经拌和、压实和养生藤得到的强度符合规定的一种无 飒枣孝瓣h 】。其圭瑟绫点是强度麓，特裂是旱麓强凄毫。竣患是竣臻大、撬净副性差、遗徐 较蕊，主要适宜稳定砂土和粉土。 二灰土是在土中掺入石灰、粉煤灰和水，经拌和、压嶷和养生后得到的强度符合规定 的一种无机材料【l 】。其主要优点是强度较高、水稳性较好、抗冲刷性较好、造价低和施工 蕊蠢芋。爨鬟是羚攥获豹综合裂麓骞剩手我毽繇搽事整豹发装，襞变褒魏窳，又减少7 繇襞 污染，有很大的社会效益。适寂稳定各种粘性土，特别是塑性指数i p = 1 2 2 0 的亚粘土， 同时实践证明其对各种膨胀土肖很好的稳定效果。自从沪宁高速公路、省门第一路南 京机场高速公路及有“生态、旅游、环保、娥观”之称的宁杭赢速公路使用二灰土作为底 鍪黧戮来，疆着辩箕往能魏不鞭谈识，嚣蘸避在毫等缀公臻底基凄孛缮副广泛镬臻。 1 1 2 粉煤灰在国内外公路工程中的成用状况 隧着我匡l 经济的飞速发展，睾会各幸亍照辩电力需求的零断扩大，耪缣获捧敖量继续增 加，据专家预测2 0 0 5 年，全闼粉煤灰年排放量有可能达到3 亿吨以上；这些粉煤灰不仅 占用太量耕地，消耗大量冲敷用水，而且粉煤灰的二次扬尘对生态环境造成严重的危害。 党瀚卡六丈“统筹入与塞然秘谐发篾”、“坚黪以a 为本，树立全瑟、渗调、虿持续夔发震 观，促进经济社会和人的全面发展”等一系列方针政策的提出，给粉煤灰综合利用的发展 带来了新的机遇。在继续提高粉煤灰综合利用率的同时，更要重视提高资源综合利用效率， 最大地发挥粉煤灰的资源能力。现在粉煤灰已大量在公路建设方面得到应用，取得了良好 的经济效益和社会效益。目前，我国公路建设使用粉煤灰主要有以下几种方式： ( 1 ) 填筑路基 在我国有些地区，公路用地较困难，大量用地可能破坏生态环境，所以在粉煤灰比较 丰富的地区，采用粉煤灰填筑路基也是一种比较好的方式。同时由于粉煤灰自重小，作为 轻质材料填筑路堤可有效降低基底应力，减少沉降，用于软土地区可大大减少软基处治费 用，更有其特殊意义。 ( 2 ) 路面基层材料 不论是柔性路面还是刚性路面均要求路面的承重层( 底) 基层具有足够的强度和 稳定性。在公路建设中一贯坚持就地取材、综合利用的原则，而我国不少地区粉煤灰资源 较丰富，用其修建路面基层，不但提高了工程质量，而且降低了修筑费用。鉴于二灰稳定 类混合料路面经济、可靠的良好品质，全国越来越多的路面结构设计中采用了二灰稳定类 混合料路面。 ( 3 ) 粉煤灰水泥砼 通过大量实验研究和工程实践表明，粉煤灰可作为水泥混凝土的掺合料。根据试验结 果表明：粉煤灰掺入砼后能够改善砼的性能，增加砼的密度、强度提高砼的和易性，减少 泌水和坍落度损失，降低水化热，节省水泥，降低砼成本，节约资源。因而粉煤灰水泥砼 广泛应用于国内外公路、桥梁、房屋建设中，并被建设部列为“九五”重点推广应用的事 项新技术之一。 国外粉煤灰在道路工程中的应用主要有以下几方面： ( 1 ) 粉煤灰路堤，构造物的回填。一般情况下作为路堤材料，借土在城镇地区通常很 困难，而且费用很高。粉煤灰作为路堤材料使用起源于6 0 年代。 ( 2 ) 粉煤灰基层和底基层。为了用作道路的基层和底基层，粉煤灰应与石灰或水泥拌 合，以改善其力学和工程特性。 ( 3 ) 代替沥青混合料的矿粉。矿粉是沥青混合料中用量最少的组成部分，它通过增加 骨料接触点的摩擦或悬浮于沥青中而影响沥青的力学性能。 ( 4 ) 在刚性路面中的应用。用粉煤灰代替水泥硷中的部分水泥修筑刚性路面。 1 1 3 二灰土的研究状况 国外学者对二灰类半刚性基层材料路用性能有一定的研究。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。1 9 7 6 年，r s a n d r e 研究了影 响石灰、粉煤灰碎石混合料耐久性的因素。1 9 8 8 年，b r a a k o f o 通过对二灰稳定土无侧 限抗压强度的室内试验，得出最佳的石灰和粉煤灰含量3 1 。 国内的沙庆林院士在上个世纪7 0 年代就进行了二灰土的调查和研究。后来黑龙江、 广西等地也相继进行了一系列的研究，并取得了一定的成果。商庆森进行了黄河地区二灰 稳定细粒土的强度影响因素研究，得出了二灰土影响强度的主次因素。丁庭进行了二灰土 技术及填料优化设计研究，对二灰土的配比进行了确定。孑l 繁龙对石灰粉煤灰稳定土底基 层施工技术进行了研究。王新明对二灰土底基层施工质量控制进行了研究。 1 2 研究的目的和意义 二灰土底基层质量的好坏最终将影响到路面的使用性能，因此对二灰土的研究是十分 必要的。本文就是针对二灰土实践中存在的问题，对二灰土的组成设计和应用进行了研究。 在二灰土组成设计方面，公路路面基层施工技术规范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 存在以下问 题。在混合料组成设计一般规定中，规定二灰与土的比例是3 0 ：7 0 9 0 ：1 0 ( 重量) ，二灰 比例是l ：2 1 ：4 。在混合料的设计步骤中：第一步，制备不同比例的二灰混合料。第二 步，根据第一步确定的二灰比例，制备同一土样的4 5 种不同配合比的二灰土。最后， 以七天无侧限抗压强度为指标，选定混合料的配合比。 从以上的几条可以看出：第一，选用二灰比例时，其龄期没有具体确定是7 d ，2 8 d ， 9 0 d ，还是1 8 0 d ；同时，固定唯一二灰比例与一般规定中二灰比例为1 ：2 1 ：4 相矛盾。 第二，在配合比选择中，规范规定的范围比较宽，二灰与土的比例是3 0 ：7 0 9 0 ：1 0 ( 重 量) ，造成了配合比设计时随意性比较大。第三，规范中只规定了7 d 无侧限抗压强度一个 指标来指导配合比设计，不能正确反映材料的使用性能。 由于以上问题，给设计和施工单位在进行二灰土组成设计时带来了困惑。有的设计和 施工单位甚至不做试验，而凭经验确定配合比，留下了质量隐患。当然，规范是在二灰土 并未大规模应用的情况下制定的，存在问题是不可避免的。因此在二灰土广泛应用的今天， 对其组成设计深入的研究就尤为紧迫，具有重要的现实意义和指导意义。 在二灰土施工方面，目前研究主要集中在二次掺灰，碾压最佳含水量和压实度的控制 和养护方面。施工最佳含水量的控制主要依据规范规定的千法击实试验，并没有对干法和 湿法的差别进行研究。宁淮高速公路约有9 2 k m 的地基为膨胀土，二灰土底基层填筑料也 只能用膨胀土。采用二灰稳定膨胀土的施工实践较少，因此对确保膨胀土地区二灰土工程 质量的施工工艺进行研究具有实际意义。 本文在对二灰土路用性能进行系统的试验研究基础上，结合宁淮高速公路二灰土底基 层的铺筑，对其施工应用进行研究。本文的研究成果将有利于二灰土底基层使用质量的提 高，并对降低工程造价、节省工程投资产生较大的影响，具有显著的社会和经济效益。 1 3 研究的内容 ( 1 ) 原材料的试验，包括石灰、粉煤灰、土的性能指标的试验。 ( 2 ) 二灰土配合比的选定。 以下简称：规范 ( 3 ) 二灰土无侧限抗压强度的影响因素，按公路工程无机结合料稳定材料试验规程 进行，分别测定7 天、2 8 天、9 0 天、 8 0 天的无侧限抗压强度。 ( 4 ) 对选定的配合比进行干缩试验，按照其它半刚性材料干缩试验的方法测定。 ( 5 ) 湿法对二灰土最佳含水量、最大干密度的影响。 ( 6 ) 二次掺灰施工工艺与二灰土施工质量控制。 4 2 原材料的性质 2 ，1 石灰 各种化学组成的石灰均w 用于稳定土。石灰的等级愈商( 即c a o + m g o 的含量愈嵩) 露，在弱撵石获麴譬下毒较多鹣c a o 窝m g o 与主莛终惩，因瑟稳定簸袋) 黢努。嚣灰豹缓 皮愈大，其比表黼愈太，在相阕剂量下与士粒的作用愈充分，因而效果愈好。因此，猫灰 质擞应符合i i i 级以上标准，并尽量缩短石灰的存放时间，最好在生产厝不迟于三个周内 投入使用。 国努毒用黪缁鑫孽釜夏获稳定澄精主，获褥整好效栗。瓣梵生五获程灌鬃孛毒敖蠢犬囊 热能，加速灰土的硬化。另外，刚消解的石获呈胶状氢氧化钙，其活憔和溶解度均较高， 能保证石灰与土中胶粒更好地作用。因而，采用生石灰稳定土的效果优千熟石灰。但是生 嚣获磨缨工作量太，灰耪飞扬黛中，对人体健康危害较大，曩翦尚少饺翅。 二灰土半刚瞧燕榜辩主要怒敷磊获窝耪澡灰作为获凝搴辛糕，所良磊获矮量静蟹耀辩二 灰土的性能会产嫩直接的影响。而石灰中的氧化钙和氧化镁含量对二灰土的影响较大当 石灰中的氧化钙芽日氧化镁的含爨低于2 0 时，其二灰土的强度会受到明显的影响。本课 题采月经充分瀵勰鲍消石灰，擞握公路工缓茏飘结台辩稳定麓辩试骏缎程( 鞠8 0 1 3 9 4 ) 铡褥其有效钙镁禽塞为5 9 ，6 ，震于l i i 级溺石灰。竞叠满是公路鼹掰基层麓工技术规 范( j t j 0 3 4 2 0 0 0 ) 规定的技术指标。在试验前把经充分消解和烘干后的消石灰过2 m m 筛 予，去除未烧好的石块。 2 2 粉煤灰 粉煤灰是火力发电厂排出的季中工业废渣。它是瘗成一定细度的煤粉在粉煤锅炉中燃 浇( 1 1 0 0 l s ) 磊，麸燧遵簿凄蒡经浚集熬麓末，怒一罩孛灾出灰奉孝睾毒。它透露慧获 自到黑色，是实心的或空心的球状颗粒，其矿物组成主要怒铝硅玻璃体，迸有少量石英( n s i 0 2 ) 和莫来稿( 3 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 ) 等结晶矿物以及未燃尽的炭粒。粉煤灰的玻璃含嫩( 非 晶璇材料) 占7 1 8 8 ，是粉煤灰具有活性戆主要组成都分。粉煤获的主要成分是s i 0 2 零羹a l z 0 3 ，次要陂分有碳帮铁、锷、镁及巯戆氧纯物，篷霹麓有镶、舞、铰、锰军霉磷的氧 化物a 由于粉煤灰细度以及燃烧条件的不同，粉煤灰的化举成分也有较大波动。其氧化物 含髓的波动范围为：s i 0 2 ：4 0 6 5 ，a 1 2 0 3 ：1 5 4 0 、f e 2 0 3 ：4 2 0 。据报导， 耪媒荻中各种氧他物豹总量常翘过8 5 ，氧诧钙含量一般必2 6 筠，这孝孛羚煤荻可拣为 碜锅粉漂灰，个澍遮方的粉漾敬含有1 0 4 0 翡氧往锈，这种粉潆获霹称作高钙粉艨获， 宙肖足够数量游离石灰的高锊粉煤灰，不需疆再加石灰绒水泥而能自行硬化。 粉煤灰的结构细密，内比波面积小，且对水的吸附能力较小，从而对相同量的石放或 拳娓，其鬟瘩量较小。所以，羚煤获混会料其商于缎蛙，j 、抗裂性好，嗣时瞧熬真东化热 低、抗蚀憔好等优点。作为一种礁质的或硅铝质材料，粉煤获本身很少或没有率占性，豫魑 当以细分数热状态姆水秘消石灰戏水溅混合时，能发生反应，生成具有胶凝性能的水硬性 承诧产物，材辩韵逡一髓髓称为火山获性质，识及愚粉漾菝鞠活豫。正因为这一待茬粉澡 获方褥戳广泛痊弱予公藏工程。 粉煤投的技术指标要求如下： ( 1 ) 烧失量( 瞧8 0 0 9 0 0 温度下能烧失的量) 烧失爨主要是指糟煤灰中寒燃尽躺煤的含爨，邋常用粉煤获程8 0 0 9 0 0 c - f ，绱烧 3 0 m i n 器龚重量损失表示。嶷失歉过大，巍骥燃嶷不宠努，辩耱爨获熬震壤彩璃较大。受 子炭粒粗大、多孔，具有较强的饱水能力，且擞粒的大气稳建性较差，当粉煤获中的含碳 耋大辩。冀嚣隶鬟墩爨然增燕，葬蓦壤糖秘豹强发下黪、牧缨增援，囊重久缝下黪。我国公 路路颟整屡技术规范( j t j 0 3 4 - 2 0 0 0 ) 规定烧必爨不应超过2 0 。 ( 2 ) 氧纯将鹣含蛩( s i 0 2 + a 1 2 0 3 + f e 2 0 3 ) 粉煤次的活性取决于s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 2 玻璃体的含嫩，其对二灰土的强度有明娃 影蝻。我瓣公魏潞霆纂爰按零撬范j t j 0 3 4 - 2 0 0 0 ) 燕定耪煤获孛氧爨镪、襞纯磋巍蕊 化锬瀚含爨应大予7 0 。 ( 3 ) 缅度 粉煤获的细度也直接影响与猫获溅合后，反应的速度和反应嫩成物的数量，从而影响 混会糕熬强度，羧漾灰静颓褴越缀，魄表蘧较魑大，耪臻获蕊嚣拣越强，获褥溅合瓣翁强 度越嵩。我国公路路瑟基层麓工投零规范瓣定粉煤灰舶蹴表灏积宜大于2 5 0 0c n l 魄* ( 或9 0 通过o 3 m m 筛孑乙，7 0 通过0 0 7 5 m m 筛孔) 本课题所使用的粉煤灰是溅阴华能发电厂的湿j 灰。其检验结果见袭2 ”1 所示，各项 技术捂轹均满足麓范翡要求。 袭2 - 1港戮牮裁发毫厂羧漂获纯学或捡骏结鬟 2 。3 备种成因的豫移、亚秸、粉主类帮糨主类童都可鞋爝莓获来稳定。般来说，柩 土颗粒的活性强、比面积太，鬏筒能爨也较大，故掺入石敷等活性材料臌，所形成的离子 交换、谈酸证作蘧、绪瀑俸建稻火蠹疑雩# 焉黎魄骏潘获，敬= 获主强囊蘸土懿瀵燕撵数磴 搬两攮太。重牯强然糙颓靛含量多，由予不易粉碎和撵酾，稳定效粜葳丽蒺些，面髓 容弱僵路黼造成编裂。如土的黧饿指数偏小，鬟6 施工时难| 三l 磷疆成型。戮诧，一般采丽鳖 性拯数为1 0 2 0 的，易于粉獬均匀，便予碾压成型，铺筑效果较好。 6 试验土样取自宁淮高速公路盱眙县旧铺镣k 9 1 + 6 0 0 处6 # 取土坑。根撼公路施工的特 点，对原状土的物璇指标进行了滚内试验。本试验所用土的梭验分析结果，如表2 - 2 、2 - 3 所豕。出表2 - 2 可判定土为弱膨胀类裹液限糕。 表2 - 2膨胀土矿物成分及颗粒组成 天然妻承整 天然毪辩笼 僦 滚隈 舰 6 0 2 鋈酲 舶 2 3 9 塑洼摆数 脯 鑫峦蘑强辜 ， 2 8 50 7 34 2 3 室内试验的方法与试验结果 3 1 配合比的确定 由于二灰土的强度影响因素较石灰土要多，试验量要大很多，所以采用正交试验设计 法。正交试验法是用“正交表”来安排和分析多因素问题试验的一种数理统计方法。这种 方法的优点是试验次数少，效果好，方法简单，使用方便，效率高。因此，正交试验法在 工农业生产和其它科学研究领域中得到广泛地应用，并且收到了显著效果。 在正交试验计划的安排中，首先要根据实际情况，选定因素、因素的水平以及需要考 察的交互作用。然后选出一张正交表，进行表头设计。表头上每列只能安排一个内容，不 允许出现同- n 包含两个或两个以上内容的混杂现象。表头设计以后，因素所占的列就组 成了试验计划。所以，一个设计方案的最后确定，最终都归结为选表和表头设计。表选得 合适，表头设计得好，就可以用比较经济的人力、物力和时间完成试验任务。但正交表的 选用又是很灵活的，没有严格的规定。必须具体情况具体分析，具体选用。 对试验结果( 数据) 的处理分析，通常有两种方法，一是直观分析法，又叫极差分析法。 它是通过极差分析和画趋势图来进行综合比较得出试验结论，另一种方法是方差分析。直 观分析法是利用正交表挑选一部分有代表性的试验，缩短了试验周期，只需要在正交表上 作少量的计算，就可以获得重要的信息。不仅可以直接比较各因素还可以比较因素间的交 互作用对试验指标的影响。从中选出最优的生产条件。其缺点是不能给出误差的估计，因 而无法知道分析的精度。方差分析正是将试验条件不同所引起的试验结果间的差异与偶然 因素所引起的试验结果的差异区分开来的一种数学方法，由此需要用它来对正交试验设计 进行统计分析。 本试验利用正交试验设计方法，以7 d 、2 8 d 、9 0 d 和1 8 0 d 龄期的浸水无侧限抗压强度 为考核指标，确定a 、b 两种影响因素的显著程度。 a ：二灰含量二灰干重占二灰土混合料干重的百分比 b ：二灰比二灰中石灰与粉煤灰干重之比 考虑到技术和经济原因，由基层施工规范：石灰粉煤灰做基层或底基层时，石灰与粉 煤灰的比例常用1 ：2 1 ：4 ，石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是3 0 ：7 0 9 0 ：1 0 。二灰含量 选为3 0 、3 5 、4 0 和4 5 四水平，二灰比选为l ：2 、1 ：3 和l ：4 三水平。得到的试验配合比 如表3 一l 所示。 袭3 - 1辩台比结果 溺辩，在予缝试验配会毙确定辩，考虑到莘曩嚣毒二获子缝试验成祭豹踺毙，及零论 文对二灰稳定膨胀士既侧限抗睚强度研究的成果，确定了石灰宙量和二获比两因素。石灰 会爨( c ) 选秀8 1 2 ，二灰毙( 器) 选为l ：2 i ：4 ，褥到翔下表试验配念比。 袭3 t干缩试验配合比结果 3 2 室游试验方法 3 ，2 1 击实试验 ( 1 ) 击实试验 本瀵验法逸髑予在魏定的斌翅内，霹承澹稳定土( 农窳淀瘩耽翦) 、麓窳稳定主我嚣 灰( 或水泥) 粉煤软稳定土迸行击嶷试验，戳绘制稳定土的含水量一千密度关系曲线，麸 9 薅确定英最健含水量葶最太于密度，为下一步试验傲准备。 根据公路工程无机结合料稳定材料试验规程( j t j 0 5 7 9 4 ) 选用甲类击实方法， 其主要试验参数如表3 - 3 。 表3 - 3试验参数 旧 锤的质量 键击嚣 试筒尺寸 每屡平均单容诲媛 直径 落高 锤街 锤击 位击实 大粒径 ( 毽) ( e m ) 内经藏骞织 瑟数 ( e r a ) 次数功( j ) ( f n m ) ( c m )( c m )( c m ) 卜 4 ，5 5 04 5 1 01 2 。79 9 7s2 72 。6 8 72 5 ( 2 ) 二灰士击实试验缀集分桥 鑫击实试验铡褥试验结暴强表3 - 4 瑟嚣： 液3 q各浆会魄毒实试验结果 袋大干密凌 疆餐含永量 试验号 ( 静o ) ( ) 1 1 s 0 81 9 1 3 21 5 9 91 9 ，5 31 6 0 61 9 ，6 41 。5 7 62 0 0 51 5 6 32 0 9 f 61 5 5 52 1 2 7l ，5 5 8 2 0 ，7 8j 5 1 2 2 1 9 5 2 1 7 l ej 5 0 4 2 l ，8 l1 4 9 6 2 1 。8 1 21 4 8 0 2 2 | 3 1 31 6 4 2 1 8 1 1 41 6 0 3 1 9 4 151 5 l 2 1 7 1 61 6 0 8 1 9 3 1 71 5 1 2 2 1 1 1 8l ，4 7 3 2 3 4 警1 5 7 1 2 0 t 3 2 01 4 7 7 2 2 ，8 2 l1 4 1 2 2 4 4 0 由表3 4 可见，二灰含量越大则最佳含水量越大，而相应最大干密度越小。粉煤狄含 量越大则最佳含水量越大，而相应最大干密度越小。 产生上述现象的原因是：首先，由于在整个混合料的组成中，石灰、粉煤灰的密度小 于土的密度，它们含量的增加势必会造成混合料中土量的减少进而影响最大干密度。石灰、 粉煤灰二者的密度相差不大，混合料中粉煤灰与石灰所占的比例为2 ：l 至4 ：l ，粉煤灰在 “量”上要大于石灰的。故粉煤灰对最大干容重的影响要大于石灰对最大干容重的影响。 石灰、粉煤灰的颗粒组成较细，比表面积较大，容易吸收水分。粉煤灰是亲水性材料， 持水率较高，极易吸收把持水分，工地上粉煤灰含水量可达3 0 以上，从文献5 】1 6 l 中粉煤 灰的击实试验可以看出，含水量与干容重的关系曲线比较平缓，说明适宜压实所需的含水 量范围幅度大。同时石灰的比表面积要比粉煤灰的大，从这个角度来说，石灰是影响混合 料含水量的主要因素，然而从二灰土混合料整体角度来说，粉煤灰是影响混合料含水量的 主要因素，因为石灰的比表面积虽然比粉煤灰的大，但二者相差并不明显，在混合料中粉 煤灰所占的比例要远大于石灰，二者的比例通常为l ：2 或l ：4 。 n e 鼍 一 越 档 h _ 含水量( ) 图3 1 石灰：粉煤灰：土为1 0 ：2 0 ：7 0 的二灰土击实曲线 上图为二灰土各配合比击实曲线图代表，从图3 一l 可以看出，二灰土峰值干密度所对 应的含水率变化范围较大。这表明二灰土对含水率相对不是很敏感，说明二次士在达到规 范的压实度时，含水率允许在较大范围内变化，这样对施工控制更有利。 3 2 2 试件的制作与养生 根据公路工程无机结合料稳定材料试验规程( j t j 0 5 7 - 9 4 ) 规定，本试验用直径 为5 0 m m 、高度为5 0 m m 的试模制作试件，采用静力压实法成型。然后用塑料薄膜包复， 放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生( 湿度 9 8 ，温度保持2 0 a ：2 。c ) 。养生到 最后一天，将试件浸泡在水中2 4 小时后再进行试验。 干缩试验的试件制作是参照公路工程水泥混凝土试验规程( j t j 0 5 3 - 9 4 ) 中混凝 土干缩性试验的试件方法。试件的规格为1 0 0 m m 1 0 0 m m x 5 1 5 m m 的金属试模，由于本试 验试件是通过静聪法制备而成，因此把试模敬造为1 0 0 m m x 2 0 0 m m x 5 1 5 m m 的规格，用 l o o m m x l o o m m x 5 1 5 m m 的压块，通过压力机压实成型。养护方法与前糊同。 3 。2 。3 秃侧限拣压强度试验 将葬曼芝到龄期豹试l 牛敦到黪蠢材料强度试验枫上，进纷抗厦试验。试验怼程中，应 使试件的炎形等：穗增加，并傈替速率约为i m r r j m i n ，记录试件破坏时的竣大蓊载p ( n ) 。 试锌瓣无撰| 鼹淡垂疆度宠。鹣诗雾： r e - _ p 爿= 0 删5 i p ( m p a ) 斌中：p _ 一式俸破环时酌簸文穗载( n ) ： a 试昝豹藏瑟鬏( a ；苎d 2 ，d 试髂懿壹径5 0 r a m ) 。 3 2 。4 干缩试验 = 灰土底基层材料经拌和聪实成裂后，由乎水分挥发和混合料内部的水化作用，混台 料水分不凝减少，癞此发生豹耄缁管 磐髑，吸黼搀鼹，分予潮力豹搀用，糖料矿物晶辱拳戏 凝胶体闻滕间求韵律用和碳1 i 艺作埔等忿引起= 获土的体积收缩。描述材料千缩特住的指标 膏予维痿交、于续系数、于缭爨、失承量、炎承攀舔平鹭予缡系数。 以上的指标的必系如下： 盎f 岛2 了 炉岳 戏孛：? 试 牛弱长度； 嬲含承羹颁失时，试停的整体敝缩羹； s f 一予缭应变，指电墩分撰失弓| 怒的试传单接长渡熬收缩量，l 酽； o 广平均千缩系数，指巢失水量时，试件干缩成变与试件失水率之比，1 0 一； a 试件平均失水率，。 零试验采用聪力撬静压成甏豹方法裁襻1 0 0 m m x l 0 0 m m x s l 5 m m 瓣，j 、梁试释，程 2 0 a ：2 遁滠下葬生链最鼗出，平敷在试验室必潘察嚣上囊然干燥，逶过淀凝土于缝纹读 取不闶时间试件的干缩慧，同时测定平均水分蒸发损失量。测定过程中奁至试件含水量不 再减少，予缩披上钓读数变化很小为止( 约为2 0 d ) 。其中干缨量、失水量为簿扫上午8 ：o o 9 ：0 0 测得。 3 3 试验结果 3 3 1 无侧限抗压强度试验结果 表3 - 5 抗压强度测试值结果 试验号龄期( 天) r e ( m p a ) s c v ( 呦r c o9 5 ( m p a ) 70 7 90 0 6 68 4o 6 8 2 81 2 8o 1 2 79 91 0 7 1 9 02 2 600 6 83 o2 1 5 1 8 02 9 10 1 6 95 82 6 3 7 o 7 50 0 5 37 】 0 6 7 2 81 ，2 3 o 1 l l 9 i1 0 4 2 9 02 3 2o 1 4 06 02 0 9 1 8 03 0 40 1 3 44 4 2 8 2 7o ，s 8 o 0 3 0 5 10 5 3 2 81 1 50 0 9 78 40 9 9 3 9 0 1 8 4 0 1 1 7 6 4 1 6 5 1 8 02 7 0o 1 2 8 4 72 4 9 70 7 90 0 5 36 70 7 0 2 81 4 00 1 2 69 01 1 9 4 9 02 3 800 4 82 02 3 0 1 8 03 1 2o 0 8 12 62 9 9 7 0 引0 0 5 26 50 7 2 2 81 2 90 0 7 25 6 1 1 7 5 9 02 5 50 1 1 84 62 - 3 6 1 8 03 4 60 1 3 74 03 2 4 7 0 7 0o ，0 5 17 20 6 2 2 81 2 40 0 8 06 51 1 1 6 9 02 0 70 0 8 84 21 9 2 1 8 02 8 5o 1 6 95 92 ，5 8 7o 8 20 0 4 04 9o 7 5 2 81 1 3 0 0 7 97 ，0 1 0 0 7 9 02 ，5 3o 1 2 75 o2 3 2 1 8 03 4 50 1 4 74 3 3 2 l 70 8 0 0 0 2 73 5 0 7 5 2 8 1 5 5 0 0 7 8 5 01 4 2 8 9 0 2 7 40 1 9 47 12 4 2 1 8 0 3 8 8 0 1 6 2 4 23 6 1 3 续上表 试验号龄期( 天) r e ( m p a )s c v ( 呦 r c o9 5 ( m p a ) 70 7 30 0 3 44 70 6 7 2 81 3 10 0 7 75 91 1 8 9 9 02 3 80 0 9 23 92 2 3 1 8 0 3 5 0 0 0 9 52 73 3 4 7o 7 1 0 0 6 4 9 0o 6 1 2 8 1 1 0 0 0 9 3850 9 4 1 0 9 0 2 7 8 0 2 0 6 7 42 4 4 1 8 03 9 70 1 4 43 ，63 7 3 70 6 90 0 4 56 5o 6 2 2 81 4 20 1 1 17 81 2 4 1 1 9 02 9 90 1 7 65 92 7 0 1 8 04 4 20 1 8 04 14 1 2 7o 6 60 0 4 87 20 5 8 2 81 2 90 0 9 1 7 111 4 1 2 9 02 6 70 0 9 13 4 2 5 2 1 8 04 1 l0 1 9 4 47 3 7 9 3 3 2 干缩试验结果 表3 - 6试验号为1 3 的二灰土干缩试验结果 时间 ( d )昌n 。k 。，失水量干糍平鬻率鬻平气鬻数 08 9 9 51 0 5 6 2000 00 l8 9 4 l1 0 5 3 85 42 4 0 74 6 66 7 1 28 8 9 41 0 4 6 8 10 1 9 4 1 31 8 2 51 4 0 4 38 8 3 91 0 4 0 01 5 61 6 22 03 1 4 6 1 5 6 7 48 7 7 91 0 2 7 02 1 62 9 22 85 6 7 02 0 4 0 58 7 3 49 8 7 l 2 6 1 6 9 1 3 41 3 4 1 73 9 9 4 68 6 9 39 8 3 83 0 27 2 4 3 91 4 0 5 83 6 1 7 78 6 4 89 5 1 03 4 71 0 5 2 4 52 0 4 2 74 5 7 4 88 6 1 69 4 7 63 7 91 0 8 64 92 1 0 8 7 4 3 2 3 98 5 9 5 9 2 8 44 0 01 2 7 85 12 4 8 1 6 4 8 2 0 1 08 5 7 3 9 2 0 54 2 21 3 5 75 42 6 3 5 0 4 8 5 2 118 5 6 19 1 3 54 3 41 4 2 7 5 62 7 7 0 9 4 9 6 1 1 28 5 4 19 0 5 04 5 41 5 1 2 5 82 9 3 5 95 0 2 5 1 38 5 2 69 0 0 04 6 91 5 6 2 6 03 0 3 3 ，05 0 2 5 1 48 5 0 68 9 5 04 8 91 6 1 26 33 1 3 0 1 4 9 7 4 158 4 9 08 8 2 05 0 517 4 26 53 3 8 2 5 5 2 0 4 1 6 8 4 7 7 8 8 1 05 1 81 7 5 26 73 4 0 1 9 5 1 0 3 178 4 6 6 8 7 8 25 2 917 8 06 83 4 5 6 3 5 0 7 7 1 88 4 5 5 8 7 1 15 4 0 1 8 5 l 6 93 5 9 4 2 5 1 7 2 1 98 4 4 68 6 8 55 4 91 8 7 7 7 13 6 4 4 75 1 5 8 2 qg 塑8g 鲮15 5 21 韭l 2 ：23 笪2 ：鲤：5 1 4 表3 - 7 试验号为1 4 的二灰土干缩试验结果 鬻三 。l m 。，失樘干缩量平鬻率彳簿平气鬻数 09 1 2 31 0 6 6 800 00 0 i 9 0 6 2 1 0 5 7 46 l4 70 89 i 7 1 1 4 6 2 8 9 9 3 1 0 3 7 61 3 01 4 61 72 8 3 9 1 6 7 0 38 9 4 0 1 0 2 0 41 8 3 2 3 2 2 44 5 0 31 8 7 6 48 8 8 7 9 9 9 32 3 6 3 3 8 3 16 5 5 4 2 11 4 58 8 2 69 4 3 52 9 76 1 73 9 11 9 7 33 0 7 0 6 8 7 7 39 1 5 43 5 07 5 7 4 61 4 6 9 93 2 0 0 78 7 2 3 8 7 5 64 0 09 5 65 2 18 5 6 63 5 4 2 88 6 8 7 8 5 6 14 3 61 0 5 45 72 0 4 5 9 3 5 8 0 98 6 6 0 8 3 8 44 6 311 4 26 1 2 2 1 7 23 6 5 0 1 08 6 3 5 8 2 5 54 8 81 2 0 66 42 3 4 2 3 3 6 6 0 1 18 6 1 58 0 8 5 5 0 8 1 2 9 i 6 72 5 0 7 7 3 7 6 6 1 28 5 9 2 7 9 5 85 3 l1 3 5 57 02 6 3 1 43 7 8 3 1 38 5 7 4 7 8 7 25 4 91 3 9 87 22 7 1 4 7 3 7 7 5 1 48 5 5 97 8 0 4 5 6 41 4 3 27 , 42 7 8 1 03 7 5 8 1 58 5 3 47 5 7 8 5 8 91 5 4 57 72 9 9 9 63 8 8 7 1 68 5 2 07 5 5 96 0 31 5 5 5 7 93 0 1 8 6 3 8 i 8 1 78 5 0 77 4 6 26 1 61 6 0 3 8 13 11 2 43 8 5 6 1 88 4 9 5 7 4 2 56 2 81 6 2 18 2 3 1 4 833 8 2 6 1 98 4 8 5 7 3