无机结合料稳定材料试验规程课件.ppt

公路工程无机结合料稳 定材料试验规程 JTGE51 2009 宣贯材料 交通部公路科学研究院 规程修订的背景 规程修订的过程 本次修订的主题思想 本次规程修订的主要内容 背 景 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 一本年轻的规程 伴随我国高速公路建设发展而逐渐完善 从1994到2009 公路路面基层材料试验规程 1986当前半刚性基层沥青路面发生的质量问题 与无机结合料稳定材料的质量控制有关 因此迫切需要对该规程进行修订 与现行基层施工技术规范的衔接 提出了相关技术指标要求 但没有给出试验方法 与沥青路面设计规范的衔接 一些试验方法纳设计规范 但没有写入试验规程 修订过程 2006年 交通部决定对原规程进行修订 由交通部公路科学研究院负责修订工作 2006年11月21日 交通部公路司在北京主持召开了 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 修订的大纲审查会 会议明确了该 规程 的修订内容不包括级配碎 石和加固土的相关试验内容 修订过程 2007年11月11日 交通部公路司在北京主持召开了 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 修订 征求意见稿专家评审会 增加的系列试验方法有必要 对工程有指导意 见 专家基本同意了提高测量精度的思想 但须考 虑工程实施具体情况 对细粒土的分级提高到最大粒径为4 75mm 最 大公称粒径为2 36mm 方孔筛是大势所趋 需要补充 并尽量通用 无侧限抗压强度的端部影响状况进入条文说 明 供研究者参考 提出标准养生方法和快速养生方法 加载速率由于影响到试验结果 尽量不要改变 疲劳试验在条文说明中增加试验结果处理的相 关内容 振动压实方法应增加适用范围 2008年1月底 编写组发出了 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 修订 征求意见稿 进行全国范围的征求意见 接受并修改的问题 根据专家意见增加了术语 符号和代号 对每个试验的内容进行了规范化 并对原试验规程的部分试验内容和化学试验相关内容增加了 精密度和允许差 将标准养生温度统一为温度20 2 相对湿度在95 以上 还要遗留的问题有 一些专家建议在含水量测试中加入微波法 精度的提高个别专家还有疑意 对个别参数的定值问题 由于没有数据积累 没有给出 直读式测钙仪的读数时间 砂浴法测含水量的砂浴温度 回弹模量层参数的取值标准等问题 关于混合料级配检验 修订过程 2008年5月13日 交通部公路司在北京主持召开了 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 送审稿 审查会 针对近年来我国公路工程实际需要以及相关材料试验方法发展 编写组对原规程进行了全面修订 对于规范公路工程无机结合料稳定材料试验方法有重要意义 修订后的规程完善了原有相关试验方法 补充了无机结合料稳定材料的物理力学性能试验方法 内容全面 结构合理 修订过程 2008年6月提交 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 报批稿 2009年10月15日交通运输部 公布 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 E51 2009公告 2010年1月1日起施行 修订的主要思想 满足当前公路建设进步的需要强化试验操作的规范提高试验结果的可靠性试验方法的标准化 便于工程应用和操作 修订思想 使试验方法跟上时代的步伐 当前路面施工中无论是基层还是面层都统一采用 方孔筛 因此此次修订也进行了统一 随着半刚性基层材料的进步 当前在二级及其以上公路半刚性基层中 基层已经普遍采用水泥或二灰稳定碎石 而不仅仅是稳定土类 因此在称呼上拓宽了其使用范围 将原规程中无机结合料稳定土统一改为无机结合料稳定材料 包括了土 碎石土 砂砾石 级配碎石 级配砾石 修订思想 提高使用精度 仪器设备更新与进步标准筛应用 电子天平 压力机 路强仪测量范围 标准养护室 因此结合发展的需要 对相关的仪器进行相应的精度提高 如称量仪器 修订思想 方便适用 与其它路面材料的要求相统一 如标准养生温度 为了和其他试验规程一致 试验方法的编号统一采用4位 即原规程中的T08010 T08011 T08012 T08013统一成T0810 T0811 T0812 T0813 修订思想 修订原规范中的存在问题 水泥或石灰稳定材料中水泥或石灰剂量测定方法 EDTA滴定法 中室内标准曲线和现场取样的不一致 导致水泥和石灰剂量检测中存在人为误差 此次针对以上问题进行了修订 与施工规范相配合补充一些原材料试验方法 根据 公路路面基层施工技术规范 提出了相关的技术指标要求 补充了一些原材料试验方法 修订思想 根据无机结合料稳定材料的要求完善试验方法 针对路面对半刚性基层材料的主要技术要求 足够的强度和刚度 足够的水稳性和冰冻稳定性 足够的抗冲刷能力 收缩性小 四项主要性能 增加了一系列相关的试验方法 以便各施工单位和研究部门在应用过程中 统一相关试验方法 积累数据和经验 为确定基层材料参数提供依据 修订的主要内容 归结为三类试验方法 试验原取样 成型物理 原材料 内容材料和养生 力学 取样 成型和养生物理 力学 总数 15 6 14 原有方法 5 1 4 新增方法 10 5 10 修订的主要内容 方法来源 原有规程方法 其他标准引用新编规程 原由5章2个附录组成 包含35试验方法 无机结合料类材料的原材料 的相关试验方法 石灰细度试验方法 石灰未消化残渣含量测定方法 采标 建筑石灰试验方法物理试验方法 JC T478 1 92 粉煤灰二氧化硅 氧化铁和氧化铝含量测定方法 采标 水泥化学分析法 GB T176 1996 无机结合料类材料的原材料的 相关试验方法 粉煤灰烧失量测定方法 采标 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB T1596 2005 粉煤灰细度试验方法 石灰 粉煤灰密度测定方法 粉煤灰的比表面积测定方法 勃氏法 采标 水泥比表面积测定方法 勃氏法 GB T8074和 公路工程水泥和水泥混凝土试验规程 JTJ053 2008 试验成型 养生和取样试验方法 无机结合料稳定材料试件制作方法 圆柱形 无机结合料稳定材料试件制作方法 梁式 无机结合料稳定材料现场取样方法无机结合料稳定材料养生试验方法 无机结合料稳定材料的物理力学 试验方法 无机结合料稳定材料弯拉强度试验方法 无机结合料稳定材料劈裂模量试验方法 无机结合料稳定材料弯拉模量试验方法 无机结合料稳定材料干缩试验方法 无机结合料稳定材料温缩试验方法 无机结合料稳定材料疲劳试验方法 无机结合料稳定材料室内动态抗压回弹模量试验方法 无机结合料稳定材料冻融试验方法 无机结合料稳定材料抗渗试验方法 无机结合料稳定材料抗冲刷试验方法 无机结合料稳定材料振动成型试验方法 试验方法的基本格式 适用范围仪器设备试验准备试验步骤 计算 结果整理 报告记录 条文说明 称谓的统一 规范 最大粒径与公称最大粒径 主要问题出在碎石场的筛网 称谓的统一 规范 细粒土 2 36mm 中粒土 19 0mm 粗粒土 称量精度提高 量程大于10kg 感量0 1g 4000kg 感量0 01g 基本取消台秤 加强实验室条件建设 保证试验可靠性 称谓的统一 规范 试验设备的精度 称量精度提高 量程大于10kg 感量0 1g 4000kg 感量0 01g 基本取消台秤 加强实验室条件建设 保证试验可靠性 T0801 2009含水量试验方法 烘干法 增加方法的使用范围 水泥 石灰 粉煤灰提出烘箱控制精度要求 2 电子天平平行试验容许误差 需要提前将烘箱温度设置到110 T0802 3 2009含水量试验方法 砂浴法调整不多 酒精燃烧法增加使用范围 粗粒土 含大量黏土 石膏石灰质及有机质土采用烘干法 降低烘干温度 有争议时 以烘干法为主 含水量试验方法 微波 含水量试验方法 微波 比较两种试验方法所得结果的平均值进行比较 用数理统计中的t检验来鉴别两种方法是否存在显著差异 结果表明 微波炉法和烘箱烘干法测得的数据之间无明显差异 微波可用于施工质量控制 T0809 2009EDTA滴定法 本办法适用于在水泥终凝之前的水泥含量测定 现场土样的石灰剂量应在路拌后尽快测试 否则需要用相应龄期的EDTA二钠的耗量的标准曲线确定 原规范 不受水泥或石灰稳定土龄期 7d内 影响 T0809 2009EDTA滴定法 T0809 2009EDTA滴定法 水泥稳定材料超出终凝的修正以小时计算石灰稳定材料超出7d的修正以天计算 主要原因 随龄期的增长 无机结合料中部分钙离子与稳定材料中矿物发生反应 游离钙离子减少 试验结果偏低 不同龄期应用不同的标注曲线 T0809 2009EDTA滴定法 T0809 2009EDTA滴定法 为了减少粗集料的离散 宜采用实验室单份现配后直接测试 每种样品取1000g左右 取样方法的改进 标准曲线 现场取样均过9 5mm筛方法也可以对比采用 主要是考虑1000g对于粗粒土很难取到全级配 T0809 2009EDTA滴定法 EDTA滴定过程中 溶液的颜色有明显的变化过程 从玫瑰红色变为紫色 并最终变为蓝色 因此要把握好滴定的临界点 切不可直接将溶液滴到纯蓝色 因此此时的滴定速度务必放慢 并保持摇匀 以免滴定过量 一般来说在溶液颜色变为紫色后 如水泥剂量较低 1 2滴就能彻底变蓝 如水泥剂量较高 可能需要再多些 因此此时的滴定速度务必放慢 逐滴滴入 并保持摇匀 以免滴定过量 T0809 2009EDTA滴定法 混合料为1000g 搅拌5min 静置时间增加 10min 操作时每个试样 包括现场取样样品 均按同一方式搅拌 静置 T0809 2009EDTA滴定法 如集料 水泥 配比等发生变化时应重新确定标准曲线 对原规范室内配料 现场取样方式进行了调整 对搅拌时间 静置时间进行了调整 室内配料的含水量应为最佳含水量 土 水及水质发生变化应重新标定 制备每个样品时搅拌的时间 速度及方式应相同 每个样品测试完成后应水冲洗电极 并吸干水分 T0810 2009石灰稳定土中石灰剂量测定方法 直读测钙仪 2020 1 30 45 可编辑 T0811 2009石灰有效氧化钙测定方法 筛孔变化 将2mm圆孔筛改为1 18mm T0812 2009石灰氧化镁测定方法 T0813 2009石灰氧化钙和氧化镁简易测定方法 T0814 2009石灰的细度测定方法 本试验方法参照中华人民共和国建材行业标准 建筑石灰试验方法物理试验方法 JC T478 1 92方法编制 建筑行业标准是用0 9mm 0 125mm方孔筛 公路路面基层施工技术规范 JTJ034 2000 中石灰细度要求为通过0 71mm方孔筛和0 125mm方孔筛的含量确定 为了便于操作 改为0 6mm和0 15mm两个筛孔 并根据石灰在基层材料中的使用方法确定平行试验次数 T0814 2009石灰的细度测定方法 本试验方法参照中华人民共和国建材行业标准 建筑石灰试验方法物理试验方法 JC T478 1 92方法编制 建筑行业标准是用0 9mm 0 125mm方孔筛 公路路面基层施工技术规范 JTJ034 2000 中石灰细度要求为通过0 71mm方孔筛和0 125mm方孔筛的含量确定 为了便于操作 改为0 6mm和0 15mm两个筛孔 并根据石灰在基层材料中的使用方法确定平行试验次数 T0815 2009 石灰的未消化残渣含量测定方法 本试验方法参照中华人民共和国建材行业标准 建筑石灰试验方法物理试验方法 JC T478 1 92方法编制 将其中5mm圆孔筛改为方孔筛 根据石灰在基层材料中的使用方法确定平行试验次数 T0816 2009粉煤灰的二氧化硅 氧化 铝和氧化铁含量测定方法 本方法参照 水泥化学分析方法 GB T176 1996中水泥的二氧化硅 基准法 三氧化二铁 基准法 三氧化二铝 基准法 的方法编制 有些单位反映操作难度大 T0818 2009 粉煤灰细度试验方法 本试验方法参照中华人民共和国国家标准 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 GB T1596 2005方法编制 根据 公路路面基层施工技术规范 JTJ034 2000 中粉煤灰细度要求为通过0 3mm方孔筛和0 075mm方孔筛的含量确定 并根据粉煤灰在基层材料中的使用方法确定平行试验次数 区分于国标0 045筛 T0841 2009无机结合料稳定土的取样方法 根据不同的试验目的 采取不同的取样对策 总体水平控制 施工均匀性评价试验室试验分料 目标 理论 配合比阶段各种石料应逐档筛分 然后按设定级 配进行配料 施工过程中混合料取样 1 施工现场取料 应在摊铺机后摊铺宽度范围内左 中 右三处取料 进行无侧限抗压强度成型及试验 2 摊铺机后取料 且取料应分别来源于3 4台不同的料车 进行无侧限抗压强度成型及试验 T0841 2009 无机结合料稳定土的取样方法 公路工程沥青与沥青混合料试验规程 T0804 94 无机结合料稳定土的击实试验方法 加有水泥的试样拌和后应在1h内完成击实试验 据施工经验 石灰土 特别是稳定粘土类土 击实最大干密度在7天以内其数值是逐渐减小的 因此现场压实度检测的时间 即天数 应与击实成型时间一致 含水量等级的设定5 6个 含水量间隔0 5 1 5 两次平行试验及精度要求 两次试验最大于密度的差不应超过0 05g cm3 稳定细粒上 和0 08g cm3 稳定中粒土和粗粒土 最佳含水量的差不应超过0 5 最佳含水量小于10 和1 0 最佳含水量大于10 设定含水量 第一次 第二次 含水量均值 湿密度 干密度 含水量均值 湿密度 干密度 3 4 5 6 7 3 103 704 475 226 13 2 4252 4712 5652 5592 557 2 3522 3822 4552 4322 410 2 983 754 485 376 07 2 3772 4372 5122 5402 524 2 3082 3492 4042 4112 379 中值 4 12 4802 4602 440 2 4202 4002 380 y 0 0275x2 0 2746x 1 7593R2 0 8858 最佳含水量 最大干密度 2 360 2 3402 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 第一次 4 99 2 4448 第二次 5 15 2 4287 中值 4 2 平均 5 07 2 4368 2 4202 4002 3802 3602 340 2 3202 3002 280 y 0 0235x2 0 2389x 1 7986R2 0 9476 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 T0842 2009 无机结合料稳定土的振动压实试验方法 本试验方法适用于在室内对水泥 石灰 石灰粉煤灰稳定粒料土基层材料进行振动压实试验 对无机结合料稳定粒料一般选用面压力约为 0 1Mpa 激振力约6800N 振动频率为28 30Hz的振实条件 由于还未建立起振动压实试验测试的干密度与击实试验和工程现场振动压实效果的相关关系 因此该试验方法主要用于室内研究 重型击实与振动成型的比较 指标 最佳含水量 最大干密度 试验方法 4 振动压实5 00 重型击实5 50 误差 0 50 振动压实2 414 重型击实2 41 误差0 004 悬浮密实水泥碎石骨架密实水泥碎石骨架空隙水泥碎石悬浮密实二灰碎石骨架密实二灰碎石 5 6 4 5 6 6 8 10 4 11 859 16 754 11 85 5 20 5 00 4 80 4 80 5 00 3 80 4 00 4 50 8 50 10 00 8 00 5 70 5 50 5 20 5 00 5 00 4 60 4 60 4 80 7 50 8 50 7 10 0 50 0 50 0 40 0 20 0 00 0 80 0 60 0 30 1 00 1 50 0 90 2 432 4352 4152 4192 4282 2052 2122 2312 2151 932 239 2 4212 4232 412 4052 3952 2162 2212 2252 212 152 211 0 0090 0120 0050 0140 033 0 011 0 0090 0060 005 0 2200 028 摘自 长安大学 公路半刚性基层材料多指标控制组成设计方法研究报告 冲击荷载与等幅震动荷载 压实功量化最佳含水量与最大干密度 实验的本质室内实验与工地现场控制 协调一致现有实验数据与历史资料 统一继承 仍采用重型击实试验方法 骨架嵌挤型结构 水泥稳定级配碎石的级配分析 孔径 31 5 26 5 19 16 13 2 9 5 4 75 2 36 1 18 0 6 0 3 0 15 0 075 骨架密实悬浮密实 100100 68 8690 100 38 5860 80 22 3229 49 16 2815 32 8 156 20 0 30 5 SMA 20 100 90 100 65 85 45 65 20 32 15 24 14 22 12 18 10 15 9 14 8 12 原规范 100 90 100 72 89 47 67 29 49 17 35 8 22 0 7 新规范推荐 100 89 82 84 73 78 65 67 53 45 35 31 19 22 11 15 6 10 3 7 2 5 0 不存在严格工程意义上的骨架密实结构 碎石含量一般不宜多于65 控制在60 65 之间 严格控制各档级配 U V W X Y 六种水泥稳定碎石的级配 级配Z 31 5100 0 100 0 100 0 100 0 100 0 100 0 1996 6 94 4 92 3 90 2 88 0 85 9 9 572 6 67 6 62 7 57 7 52 7 47 7 4 7549 6 44 8 40 0 35 2 30 3 25 5 2 3633 7 30 1 26 5 22 8 19 2 15 5 0 619 5 17 4 15 3 13 2 11 1 9 0 0 0754 7 4 2 3 7 3 2 2 6 2 1 最大干密度 g cm 3 击实试验 矿料级配 U V W X Y Z 第一次 最佳含水量最大干密度 5 95 5 22 2 31012 3428 5 51 2 3510 5 47 2 3699 5 74 2 344 6 05 2 3139 第二次 最佳含水量最大干密度 5 84 5 64 2 31682 3137 5 55 2 3435 5 12 2 3256 5 50 2 3249 6 04 2 3138 平均 最佳含水量最大干密度 5 89 5 43 2 31352 3283 5 53 2 3472 5 30 2 3477 5 62 2 3345 6 05 2 3139 6 20 6 00 5 80 5 60 5 40 5 20 5 00 最佳含水量 2 362 352 342 332 322 312 32 29 最大干密度随级配变化情况 4 80 U V W X Y Z U V W 级配 X Y Z 各级配无侧限抗压强度 龄期7天90天 级配平均值 MPa Cv95 保证率 MPa 平均值 MPa Cv95 保证率 MPa U4 186 70 3 728 764 81 8 06 V4 274 34 3 979 273 66 8 71 W4 837 61 4 228 926 47 7 97 X4 428 51 3 87 865 70 7 12 Y3 798 41 3 276 956 81 6 18 Z3 175 96 2 865 987 91 5 2 对于7天抗压强度 W级配的强度水平最高 此时的粗集料含量为60 4 75mm的通过率为40 对于90天的抗压强度 V级配的强度水平最高 此时的粗集料含量为55 4 75mm的通过率为45 因此 从抗压强度角度看 为了达到较高的强度标准 混合料中的粗集料含量的合理范围为60 55 抗弯拉强度 龄期7天 级配平均值Cv代表值 95 U0 455 98 0 41 V0 486 45 0 43 W0 598 27 0 51 X0 577 85 0 50 Y0 518 42 0 44 Z0 4510 44 0 37 在W级配和X级配附近出现弯拉强度最大值 也就是说当粗集料含量在60 65 之间具有最佳的抗弯拉强度 这个级配范围与上文从抗压强度指标得到的级配范围略有差异 前者比后者的粗集料含量增加5 左右 Cv Cv 抗压回弹模量 龄期90天 级配 静态模量平均值 MPa 代表值 MPa 动态模量平均值 MPa 代表值 MPa UVWXYZ 119011491478143113171266 10389651168124511351024 7 81 9 73 12 77 7 91 8 41 11 62 170016511897245715341441 143913551554219912241184 9 31 10 89 10 99 6 39 12 29 10 86 从数据看 对于X级配 4 75mm以上粗集料含量65 的动态和静态模量都最大 其次是W级配 为了达到最佳的模量水平 混合料中的粗集料含量宜为60 65 U V W X Y Z 6种混合料干缩试验的干缩参数汇总 级配 碎石含量50 55 60 65 70 75 干缩应变5 84E 044 80E 044 93E 044 30E 045 00E 043 81E 04 干缩系数1 14E 029 71E 039 63E 031 05E 021 07E 028 09E 03 失水率5 11 4 94 5 12 4 12 4 66 4 71 针对前5种混合料 通过数据分析表明 混合料的干缩应变与混合料最佳含水量有良好的相关性 相关系数达到0 9837 疲劳试验结果 疲劳试验结果 A值表示曲线的斜率 其值大小决定了疲劳曲线的陡缓 表示了材料的力学敏感性 A值越大 曲线越陡 说明应力的变化对疲劳寿命的影响越大 通过比较三种级配的A值可见 不论是95 保证率下还是50 保证率下A值的大小排序为 W U Y由此可见W级配的力学敏感性最低 其在相同的路面结构受力下抗超载超限的能力也会越强些 疲劳试验结果 B值表明了曲线的截距 其值的大小反应了曲线位置的高低 B值越大 疲劳曲线位置越高 混合料的抗疲劳性能越好 三个级配的B值大小的排序如下 Y W U按照ASSTHO试验路的规律认为 半刚性材料的轴载换算指数为8次方 力学性能敏感性低的可能最终的疲劳性能会更强些 疲劳试验结果 疲劳性能W级配明显优于U级配和Y级配 而从曲线的走势上看 Y级配的疲劳性能是最差的 通过趋势有理由相信 Z级配的疲劳性能将会更加的劣于其他的级配 因此 在级配上过分的追求所谓的嵌挤结构 可能会在干缩等方面取得一定的收益 但是如果因为减小了干缩和温缩性能而牺牲疲劳性能那对于路面来讲将是更加的致命 疲劳性能的降低将会是路面整个承载能力的总体降低 对于路面的损坏将是无法弥补的 在级配的配合比设计上一定要综合考虑各种因素对于路用材料的路用性能的影响 通过试验比选 优选最优的级配类型才是最为重要的 综合分析 通过混合料的级配优化可以有效提高混合料的力学性能 试验表明 当混合料中4 75mm以上的粗集料含量为55 65 之间时 混合料具有最佳的力学状态 其最大干密度较高 最佳含水量较低 同时强度和模量较高 同时 在这种条件下 混合料具有