维普资讯 http://www.cqvip.com 第29卷第6期 2007年11月 南京工业大学学报 Vo1.29 No.6 NOV.2o07 JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 石灰、粉煤 灰、土、 碎砖 日△ , 匕口 料的铺面性能试验 袁国林 (南京工业大学土木工程学院,江苏南京210009) 摘要:确定了用于铺面工程中的混合料石灰、粉煤灰、土、碎砖之间的最佳比例关系,并对其最佳含水质量分数、 无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、干缩系数、温缩系数等铺面性能指标进行了测定.测定结果表明:按一 定比例关系组成的石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料可用作地下水位较低或少雨地区部分铺面工程中的基层和底基 层.施工期间,应在接近最佳含水质量分数时对石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料进行压实,并应控制施工温度和压实 厚度. 关键词:石灰;粉煤灰;土;碎砖;铺面 中图分类号:U414.1 文献标识码:A 文章编号:167l一7627(2007)06—0080—07 Pavement performance of mixture of lime・-lyash・f-soil・-crashed brick tested by experiment YUAN Guo—lin (College ot’Civil Engineeri ̄lg,Nanjing Univmsity ofTechnology,Nanjing 210009,China) Abstract:By experiments,the best component proportion of the mixture of lime—flyash—soil—crashed brick was deter— mined,and some pavement perfm’mance indexes such as the best water content,unconfined compressive strength, split tensile strength,modulus of compression resistance resilience,( shrinkage coeficientf and temperature shrinkage,coefficient were measured.The results indicate that the mixture of lime—flyash—soil—crashed brick with a given proportion can be used as base course or subbase of pavement in the areas with low groundwater level or little precipitation.During the construction with such mixture,it should be compacted in the optimal water content of the mixture,under the controlled construction tempature and with the right compacted layer depth. Key words:lime;flyash;soil;broken brick;payement 铺面是铺筑在地表的‘』 程结构物,由多层次结 构层组成,用以满足运载工具(汽 、 机、装载1 在一些缺乏 料的场所和地区,人们常将建筑 废料碎砖与土及石灰和粉煤灰的混合料就地拌和并 辆等)的地面行驶要求或堆载(各种货物、车辆)的 地面堆放或停放要求¨J.存公路、城市道路、厂矿道 路、林区道路的行车道部分,须铺筑路面结构以力 便 碾压后,用作铺面结构的基层或底基层.这种就地 取 ‘的做法,既降低了工程造价,又减少了建筑废料 时环境的污染. 汽车行驶,存工业区或码头的堆场,须铺筑铺而供装 载车辆装卸和搬运以及堆放各种货物;在居仲I 、步 行街或人行道上,也须铺筑各种结构物以便利行人 或非机动车行走 . 收稿日期:2007-04—13 基金项目:汀苏省交通厅资助项口(03RO15) 用石灰、粉煤厌、土、碎砖混合料作铺面工程结 构物的基层或底基层,对石灰、粉煤灰、土、碎砖混合 料的铺面性能进行l『试验研究. 作者简介:袁国林(1966),男,内蒙 赤峰人,副教授, 士,主要研究方向为通路1.程,IGmail:yuangl@hotmail.corn. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 袁国林:石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的铺面性能试验 组成、液限、塑限、塑性指数、密度等指标如表1 1材料的选择 1.1 土 所示. 1.2石灰 试验选用钙质消石灰,其有效CaO和MgO的质 量分数为63.9%,属于Ⅱ级标准,符合技术要求 . 按规范 要求,试验选择了黏土 黏土的颗粒 表l土的物理性能指标 Table 1 Physical characteristic indexes of soi 1.3粉煤灰 从表2~3可以看出:粉煤灰中各种氧化物的总 试验所选粉煤灰的主要化学成分及粒料组成如 表2、表3所示. 表2粉煤灰的主要化学成分及含量 Table 2 Main chemical consistents and their contents of flyash 质量分数超过85%,为硅一铝型粉煤灰,其中小于 0.075 mm的粒料质量分数为68.6%,烧失质量分数 为7.65%.粉煤灰的质量符合技术要求 J. 1.4碎砖 选用某建筑工地的废弃碎砖,并根据石灰粉煤 灰对其所稳定集料的最大粒径及级配要求 J,对废 弃碎砖进行人工破碎,破碎后的碎砖的最大粒径为 50 mm.对破碎后的碎砖用孔径分别为40、30、20、10 mm的圆孔筛进行粗略筛分,得到4种不同粒径的 集料.按集料粒径从大到小的顺序,分别记为1 料、 2 料、3 料、4 料,并对1 ~4 集料进行筛分试验,筛 分试验结果如表4所示. 表3粉煤灰的颗粒组成 Table 3 Grain graduation of flyash 碎砖集料的表观密度、毛体积密度、吸水率、压 碎值等物理性能指标如表5所示. 从表5可以看出:碎砖的压碎值为20.4%,其 中碎砖的吸水率是碎砖在常温下浸泡24 h后测得 的.4种不同粒径的碎砖在常温下的水中浸泡l h 的吸水率分别为12.35%、13.15%、14.09%、 14.56%,其值约为24 h吸水率的80%. 孔径/ram >0.250 0.250~0.075 0.075~0.002 <0.002 质量分数/% 0.9 30.5 62.5 6.1 表4碎砖通过方孔筛的质量分数 Fable 4 Quantitative ratio of crashed brick passed square—mesh sieve % 维普资讯 http://www.cqvip.com 82 南表5碎砖的物理性能指标 京工、 大【学学报 第29卷 "Fable Y … par ask 2 石灰、粉煤灰、土的配合比设计 为使石灰粉煤灰土的初期强度较高,m(石灰): m(粉煤灰)为1:3【 J.3组不同比例的石灰m(石 灰):m(粉煤灰):m(土)分别为6:18:76;8:24:68; 10:30:60.对按上述质量配合比设计的石灰一粉煤 灰一土进行重型击实与无侧限抗压强度试验,试验结 果见表6. 表6 石灰一粉煤灰一土28 d的无侧限抗压强度试验结果 Table 6 ExperimentaI result of unconfined compressive strength of lime・lyasfh—soil in the 28th day m(石灰):m(粉煤灰)常用1:2—1:4,m(石灰+粉 3碎砖骨料的级配设计 根据石灰、粉煤灰对其稳定骨料应具有良好级 配的要求 ,确定碎砖,目,料的质量分数.1 料、2 料、3 料、4 料的质量分数分别为62%、24%、8%、 6%.碎砖骨料的具体组成见表7. 煤灰):m(细粒土)为30:70 J.试验时m(石灰): m(粉煤灰):” (土)为1:3:1,并取石灰、粉煤灰、土 结合料与石灰+粉煤灰+土+碎砖的质量比分别为 0.2、0.3、0.4、0.5.石灰、粉煤灰、土、碎砖的质量比 表8. 表8石灰、粉煤灰、土、碎砖的质量比 表7碎砖骨料的组成 Fable 7 Composition of crashed brick aggregate Table 8 Quantitative propo ̄ion of lime・-lfyash・-soil and crashed brick 碎砖类型 l 料 2 料 3 料 4 料 (碎砖)/% 62 24 8 6 4结合料与骨料比例的确定 注:LFSBB为石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料 在碎砖、骨料颗粒之问形成嵌挤结构的同时,作 为结合料的石灰一粉煤厌一土应填充于碎砖骨料之问 5 无侧限抗压强度及抗压回弹模量 5.1 击实试验 的空隙内.因此结合料的用量是影响混合料整体强 度的重要因素 .为埘比不问 量的 灰、粉煤灰、 土结合料对混合料铺面性能的影响,试验选取了4 川重型击实法 ,确定4组混合料(石灰+粉 种不同比例的石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料。 1采 用石灰、粉煤灰土作铺面结构的基层和底基层时, 煤灰+土+碎砖)的最佳含水质量分数和最大干密 度,结果见表9. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 袁国林:石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的铺面性能试验 表9石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的击实试验结果 Table 9 Compaction experinmnt resuh of the mixture of lime—fly—soil and crashed briek 5.2无侧限抗压强度 无侧限抗压强度试验按照《公路工程材料试验 手册》 所述的方法进行.成型试件的直径和高度 均为150 mm.石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的无侧 限抗压强度试验结果见表l0. 从表10中的数据 以看出,石灰、粉煤灰、 土、碎砖混合料7 d的抗压强度均在0.7 MPa以 上,大于标准轴载的轮胎接地压力 』,28 d的抗压 强度大于表6中石灰、粉煤灰土同龄期的无侧限 抗压强度. 表l0石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的无侧限抗压强度试验结果 Fable 10 Uneonfined eonlpressive strength experinmnt result of the mixture of lime-flyash—soil and crashed brick 注:R=尺(1—1.282C );5为标准差;C 为偏差系数,C =S/R 5.3抗压回弹模量 试验过程及计算方法同5.2.抗压回弹模量 MPa ,H为试件高度,mm;L为试件的【旦j弹变形, mm.石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料抗压 弹模量的 试验结果如表1l所示. 的计算公式为:E=pH/L ,其中P的值为0.5 表11石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的抗压回弹模量的试验结果 Table 1 1 Resilient modulus expeliment resuIt of lime—flyash—soil and crashed brick 注:S为标准差;C =S/E;E =(E一1.282S) 表11中的数据表明:不同比例的石灰、粉煤灰、 土、碎砖混合料90 d的抗压回弹模量均达到了800 MPa以上.其中LFSBB ̄的混合料90 d的抗压回弹 模量伉达到了1 023 MPa.尽管在90 d之内,石灰、粉 维普资讯 http://www.cqvip.com 南京工业大学学报 第29卷 煤灰、土、碎砖混合料的强度尚未达到最大值,但其 结果足以说明压实后按一定比例设计的石灰、粉煤 灰、土、碎砖混合料具有较强的抵抗整体变形的 能力. 劈裂强度的简化计算公式R =0.004 25P/H ,MPa. 式中:P为试件破坏时的最大压力,N;H为试件高 度,mm.试验中测定了不同龄期试件的劈裂强度,试 验结果如表12所示. 由表12可以得出如下结论:石灰、粉煤灰、土、 6劈裂强度 采用间接拉伸试验测定石灰、粉煤灰、土、碎砖混 合料的劈裂强度,测试试件的制备与养生方法同5.2. 碎砖混合料的劈裂强度随结合料石灰、粉煤灰、土的 质量分数的增加而增大,随龄期的增长而增加.龄期 至180 d时,不同比例的石灰、粉煤灰、土及碎砖混 合料的劈裂强度均达到了较高的值. 表l2石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的劈裂强度试验结果 Table 12 Split tensile strength experiment result of the mixture of lime--flyash--soil and crash brick 注:S为标准差;C =S/R ;tr 。=R 一1.645S 对比表8、表12中的数据可以看出:结合料石 灰、粉煤灰、土的质量为混合料总质量的40%(LFS— BB一3)时,石灰一粉煤灰一士一碎砖混合料7 d的劈裂 强度比结合料石灰、粉煤灰、土的质量为混合料总质 量20%(LFSBB一1)时的石灰一粉煤厌一土一碎砖混 合料7 d的劈裂强度增加36%,28 d的劈裂强度增 加11.5%,90 d的劈裂强度增加10.5%. 表10、表11中的数据也可以得出类似的结论: 灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的抗压强度与抗压回弹 模量也随之增加.值得注意的是,随着结合料(石 灰、粉煤灰、土)质量比例的增加,石灰一粉煤灰一土一 碎砖混合料的劈裂强度在早期的增长较为明显,而 长龄期的石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的劈裂强度 受石灰、粉煤灰、土结合料质量的变化影响相对较 小.因此从铺面工程的造价及尽快对铺面进行使用 的角度出发,m(石灰):m(粉煤灰):m(土):m(碎 砖)以8:24:8:60为宜. 随着结合料(石灰、粉煤灰、土)质量比例的增加,石 维普资讯 http://www.cqvip.com
第6期 袁国林:石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料的铺面性能试验 85 梁试件若下.成型的小梁试件在(20±2)℃的恒温 7 石灰~粉煤灰一土一碎砖混合料的收缩特性 7.1 干缩试验 箱里养生7 d后,将其取出平放在如图1所示的干 缩试验装置上.试验时采用4根小梁试件,其中2 根用于测定小梁试件的于缩变形,另外2根用于测 量小梁试件在不同时间内的失水量.小梁试件的干 缩变形可通过安装在试件端部的千分表读取.在读 对石灰一粉煤灰一土碎砖混合料进行干缩实验 时,所采用的实验设备如图1所示. 3 取2根小梁试件的干缩变形的同时,测量另外2根 小梁试件的水分蒸发量,其水分蒸发量值可作为小 梁试件干缩时的平均水分蒸发量.每天测试1次, 直到小梁试件的含水量基本不变为止.试验共测定 了19次,具体测试结果见表13. 根据试验测定的试件干缩量和相应的水分蒸发 损失量即失水质量△m,用式(1)、式(2)计算试件的 干缩应变s 和平均干缩系数 _3 . 1一支架;2一滚轴;3--试件;4-- 分表 图l 干缩试验装置示意图 Fig.1 Tempera[are shrinkage test equlment sd=△ (1) =sd/y (2) 将LFSBB一3的石灰一粉煤灰土一碎砖混合料 采用静压法制作成规格为5 cm×5 CIn×24 cm的小 式中: 为试件的长度,1TI1TI;失水率为试件单位质 量的失水量,%;AL为失水量为Am时,试件的收 缩量,10 l ̄lIi];3/为试件的失水率. 表13 石灰一粉煤灰~土一碎砖混合料的干缩试验数据处理结果 Table 1 3 Dry shrinkage experiment data processed resuh of the mixture of lime..lyasfh..soil and crashed brick 维普资讯 http://www.cqvip.com 86 南京工业大学学报 第29卷 从表13可以看 , 19 d的下缩实验中,LF— SSB一3的石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料初期的平均 干缩系数增长较快,至第4 d时,平均干缩系数已至 最大值100.5×10~,干缩应变至第10 d时达到最 大值933.3×10~,同时_F缩量也达到最大值 224.0×10~.这些数据说明:由毛细作用、吸附作 灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的温缩应变值来看, 石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的施工温度应控制在 10℃以上. 8 结论 用、分子问力的作用、材料矿物晶体或凝胶体问层问 水的作用所引起的石灰一粉煤灰一十一碎砖混合料初 (1)石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料28 d的无侧 限抗压强度高于石灰、粉煤灰、土同龄期的无侧限抗 期的体积收缩较为明显. 7.2温缩试验 首先将制作及养护(方法同7.1十缩试验)好 的规格为5 cm×5 cm×24 CITI的小梁试件放在图i 所示的试验装置上,然后将小梁试件及试验装置一 同放人冰箱内.在保持试件的含水质最分数摹本不 变的前提下,使冰箱内的温度从20℃开始,采用一 定的温度间隔逐渐降温,至冰箱内的温度降至一20 ℃时,测定小梁试件的温缩变形.根据洲得的数据, 用式(3)、式(4)计算小梁试件的温缩应变8,及温缩 系数 占.=AL/L (3) =St/AT (4) 式中△ 为测试温度差,℃.具体测试结果如表14 所示. 表l4石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的温缩试验测试结果 Table 14 Temperature shrinkage experiment test result of the mixture of me—ulfyash—usoil and crashed brick 从表14 r{1的数据f叮以看出: 厌一粉煤灰一上一 碎砖混合料从20~一20℃时的温缩应变随着温度 的降低逐渐增大,而温缩系数则变化小人.因此从 压强度. (2) 灰一粉煤灰一土一碎砖混合料(LFSBB一3) 90 d的抗压回弹模量为1 024 MPa,180 d的劈裂强 度为0.335 MPa.石灰、粉煤灰、土、碎砖混合料可用 于地下水位较低、堆载压强小于0.7 MPa的铺面工 程的基层和底基层或地下水位较低且少雨地区的低 等级公路的底基层. (3)用于铺面工程中的混合料石灰、粉煤灰、 上、谇砖之问的最佳质量比关系为8:24:8:60,与其 财应的最大于密度为1.462 g/CITI。,最佳含水质量分 数为16.51%. (4)干缩和温缩过程中,水和温度对石灰一粉煤 灰一士一谇砖混合料体积变化的影响显著.石灰一粉煤 灰一士一砟砖混合料的干缩应变多发生在初期,其强 度增长也较快.施工期间,应在接近最佳含水质量 分数时对石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料进行压实,施 工温度应在10℃以上且施工进度宜快,以便控制石 灰一粉煤灰一土一碎砖混合料的失水率,同时应注意养 生,以助石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料早期强度的快 速提高. (5)对石灰一粉煤灰一土一碎砖混合料进行压实 时,每层压实厚度不应超过15 cm.在压实过程中, 石从一粉煤灰一土一碎砖混合料的表面应始终保持湿 润,如表面水分蒸发太快,应及时补充洒水,以防混 合料表而开裂. 参考文献: l 1] 姚祖康.铺面 程[M]上海:同济大学出版社,2001. [2】 中华人民共和国交通部.J邛O14—97公路沥青路面设计规 范[S].北京:人民交通出版社,1997. [3]邓学钧.路基路而r=程[M].北京:人民交通出版社,2006. [4] 《公路【 程材料试验手册》编委会.公路_丁程材料试验手册 lK].北京:人民交通出版社,2003.