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摘 要:我国公路部门或铁路部门室内常用的确定路基填料及路面基层材料的最佳含水量及最大干密度的方法是重型击实法,相应测定其技术指标的试件成型方式是静压法。重型击实方法是在室内通过施加冲击荷载对被压材料进行压实,静压法成型试件的方法与静力压路机滚压机理相同[1～4]。但对于台背与沟槽管线处路基回填场合,受施工条件限制,大型压实机械无法进入回填区域以及压实死角部位,填土压实质量很难保证,只能采用小型夯实机具进行夯击压实[5～7]。因此对应以上两种现场施工工艺,室内试验也应采用击实和振动两种试件成型方法。
关键词:重型击实方法固化粉煤灰试验研究
中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0052-02
本文在粉煤灰中掺入镇江市三新建设科技生产的粉煤灰固化剂,分别按击实法和振动法制备试件,进行强度试验,并对其试验结果作了对比分析,研究结果可为粉煤灰在路基回填工程中的广泛应用提供理论依据和参考建议,研究过程简述如下。
1 试验材料
粉煤灰采用镇江谏壁电厂湿排低钙灰,固化剂采用镇江市三新建设科技生产的粉煤灰固化剂,它是一种粉煤灰增强胶结材料,由增强剂、I级粉煤灰、MFA激发剂等材料组成,经过球磨工艺深加工充分激发其活性的材料。
2 试件成型方法
(1)试件振动成型
试验方法:参照混凝土有关试验规范,试件采用100mm×100mm×100mm立方体试件,当塌落度小于70mm时,采用标准振动台振动成形;当塌落度大于70mm时,采用人工成型。拌和物厚度大致相等的两层装入试模,每层插捣次数为12次。放在标准养护室养护,养护温度为25±2℃,养护两天后脱模,试件脱模后继续养护到试验龄期。
试验取3%、4.5%、6%、7.5%、9％五种固化剂含量,为方便,这五种剂量分别编号为A、B、C、D、E五组。
(2)试件击实成型
按公路无机结合料稳定材料试验规程 (JTG E51-2009)进行击实试验[8],试验共分A、B、C、D、E、F、G七组,分别采用3%、4.5%、6%、7.5%、9％、10.5％、12％七种固化剂含量,每一组6份分别按干重的23%～34%加入水,试验结果如下:A、B、C、D、E、F、G组的最佳含水量分别为27.8%、27.7%、27.5%、28.0%、29.2%、30.2%、27.4%,最大干密度分别为1.180、1.216、1.192、1.210、1.204、1.201、1.212g/cm3。
从上述结果可以看出,固化剂用量从3.0％变化到12.0％,最佳含水量在27.4％～30.2％之间变化,而最大干密度在1.180g/cm3～1.216g/cm3之间变化,两者的变化幅度都很小。这表明击实试验时,固化剂、粉煤灰材料确定后,最佳含水量与最大干密度也大致确定,固化剂用量对其影响很小。
3 无侧限抗压强度试验
无侧限抗压强度是路面材料常用控制指标,具有试件成型方便、设备简单而广泛、速度快、试验结果较稳定等优点,便于在施工现场实施。从固化粉煤灰的性能与使用场合出发,可考虑将其选为最基本的性能指标。本研究进行了普通击实成型试件和振捣(振动)成型试件的无侧限抗压强度试验。
3.1 击实成型试件
配比设计考虑固化剂含量、水泥含量对无侧限抗压强度的影响,固化剂含量分别为3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%,水泥剂量采用2.0％、4.0％,水的用量参照击实试验确定的最佳含水量。
(1)固化劑含量、龄期对无侧限抗压强度的影响
无侧限抗压强度试验结果如下:固化剂含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天无侧限抗压强度分别为0.31、0.48、0.53、0.55、0.62MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.52、0.76、1.07、1.21、1.42MPa;90天无侧限抗压强度分别为0.59、0.93、1.45、1.57、1.80MPa。从试验结果看,不同固化剂含量固化粉煤灰的强度随龄期增长而不断增长,但早期强度增长较快,28天以后强度仍然有一定程度增长,但增长幅度逐步减小。固化剂含量对强度有直接影响,6％固化剂时比3％有较大程度的强度提升,而9％与6％相比,强度提升幅度较小。因此,在路堤大范围应用时,采用6％以下的用量是相对经济的。
(2)水泥含量对无侧限抗压强度的影响
掺入水泥主要目标是改善固化粉煤灰的早期强度,但过大的掺量是不经济的,因此本次试验在固化剂含量为6％的固化粉煤灰中分别掺入2.0％和4.0％两者掺量进行试验并与不掺水泥的情况进行对比,试验结果下:掺入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.72、1.03、1.21MPa;掺入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.83、1.16、1.45MPa;不掺水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.57、0.77、1.03MPa。由试验结果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的无侧限抗压强度,随着水泥含量增大,强度增加。同时可以看出,加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期强度,后期强度增加减缓。在实际工程中,在工期紧张情况下,可采用加入少量水泥的临时性措施,以提高早期强度。
3.2 振动成型试件
振动成型试件和击实成型试件一样,配比设计考虑固化剂含量、含水量、水泥含量对无侧限抗压强度的影响。
(1)固化剂含量、龄期对无侧限抗压强度的影响
无侧限抗压强度试验结果如下:固化剂含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天无侧限抗压强度分别为0.30、0.38、0.44、0.48、0.56MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.50、0.55、0.67、0.75、0.96MPa;90天无侧限抗压强度分别为0.65、0.81、1.05、1.33、1.76MPa。
从试验结果可以看出,试件无侧限抗压强度随固化剂含量增加而增长,随龄期的增长而增大,且固化剂含量越大,增长幅度越大。固化剂含量增加时,对早期强度的增加效果不显著,从3％变化到9％时,强度仅从0.30MPa增加到0.56MPa;对后期强度(90d)的增长效果显著,其强度从0.65MPa增加到1.76MPa。通过分析可知,用增加固化剂的方式来提升其成型后早期强度虽有效果,但经济性并不高。
(2)含水量对无侧限抗压强度的影响
试验以6.0％的固化剂含量为基础,按照不同含水量成型,养生后测试其无侧限抗压强度,验证是否存在最佳含水量,并确定其值。测试结果如下:含水量为38％、40％、42％、45％、48％的7天无侧限抗压强度分别为0.36、0.42、0.38、0.35、0.32MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.54、0.67、0.61、0.55、0.51MPa。
由上述结果可以看出,以无侧限抗压强度为标准的固化粉煤灰拌和存在最佳含水量,本次试验为40％。大于40％时,强度随着含水量的增加而降低,而小于40％,含水量低导致水化反应慢,胶结性能差,试件甚至不能成形,强度也会降低。
(3)水泥含量对无侧限抗压强度的影响
掺入水泥主要目标是改善轻质固化粉煤灰的早期强度,但过大的掺量是不经济的,因此本次试验只选择了2.0％和4.0％两者掺量进行试验,试验结果如下:不掺水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.30、0.67、0.77MPa;掺入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.44、0.83、0.97MPa;掺入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.49、0.96、1.07MPa。
由上述结果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的无侧限抗压强度,随着水泥含量增大,强度增加。同时可以看出,加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期强度,后期强度增加减缓。在实际工程中,在工期紧张情况下,可采用加入少量水泥的临时性措施,以提高早期强度。
4 结论
击实和振动是构成固化粉煤灰的不同受力类型,由其构成的混合料的组成结构、压实特性及物理力学性质有着显著的不同。通过以上一系列试验研究,可以得出以下结论:
(1)击实成型试件与振捣成型试件相比,其无侧限抗压强度更大,这种差异在固化剂用量增加时,表现得更明显。
(2)两种成型方法的最佳含水量相差约10％左右,击实试件最佳含水量约为30％,振捣试件最佳含水量约为40％;
(3)无论何种成型方式,在固化粉煤灰中加入水泥对它的7天抗压强度影响很大,后期强度增加减缓,水泥剂量以2％比较合适,更高剂量效果虽更好,但不够经济;
(4)无论何种成型方式,固化粉煤灰的无侧限抗压强度随龄期增长和固化剂的剂量增加而增长,且增加剂量对固化粉煤灰的后期强度影响更显著。
参考文献
[1] 周卫峰,李彦伟,张秀丽,等.基于振动成型的级配碎石路用性能及设计标准[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2009,28(3):559-564.
[2] 刘爱辉.水泥稳定碎石混合料静压法与振动法成型工艺的比较研究[J].现代公路.2009,(21):102-104.
[3] 王龙,解晓光,李长江.级配碎石性能的振动与击实成型对比试验[J].中国公路学报,2007,20(6):19-24.
[4] 马骉,王秉纲.基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法[J].长安大学学报,2007,27(5):1-5.
[5] 沈正,董祥,宗兰．固化剂JNS-1固化粉煤灰在台背回填中的应用研究[J]．铁道建筑,2010,(8):103-106.
[6] 沈正,黄晓明.软土地基桥台后回填固化粉煤灰工后沉降与差异沉降分析[J].公路交通科技,2007(6):53-56.
[7] 蒋应军,李明杰,陈忠达.石灰粉煤灰在台背回填中的应用研究[J].公路交通科技,2005,22(4):41-43.
[8] 中华人民共和国交通部.JTGE51-2009公路工程无机结构料稳定材料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2010.
关键词:重型击实方法固化粉煤灰试验研究
中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0052-02
本文在粉煤灰中掺入镇江市三新建设科技生产的粉煤灰固化剂,分别按击实法和振动法制备试件,进行强度试验,并对其试验结果作了对比分析,研究结果可为粉煤灰在路基回填工程中的广泛应用提供理论依据和参考建议,研究过程简述如下。
1 试验材料
粉煤灰采用镇江谏壁电厂湿排低钙灰,固化剂采用镇江市三新建设科技生产的粉煤灰固化剂,它是一种粉煤灰增强胶结材料,由增强剂、I级粉煤灰、MFA激发剂等材料组成,经过球磨工艺深加工充分激发其活性的材料。
2 试件成型方法
(1)试件振动成型
试验方法:参照混凝土有关试验规范,试件采用100mm×100mm×100mm立方体试件,当塌落度小于70mm时,采用标准振动台振动成形;当塌落度大于70mm时,采用人工成型。拌和物厚度大致相等的两层装入试模,每层插捣次数为12次。放在标准养护室养护,养护温度为25±2℃,养护两天后脱模,试件脱模后继续养护到试验龄期。
试验取3%、4.5%、6%、7.5%、9％五种固化剂含量,为方便,这五种剂量分别编号为A、B、C、D、E五组。
(2)试件击实成型
按公路无机结合料稳定材料试验规程 (JTG E51-2009)进行击实试验[8],试验共分A、B、C、D、E、F、G七组,分别采用3%、4.5%、6%、7.5%、9％、10.5％、12％七种固化剂含量,每一组6份分别按干重的23%～34%加入水,试验结果如下:A、B、C、D、E、F、G组的最佳含水量分别为27.8%、27.7%、27.5%、28.0%、29.2%、30.2%、27.4%,最大干密度分别为1.180、1.216、1.192、1.210、1.204、1.201、1.212g/cm3。
从上述结果可以看出,固化剂用量从3.0％变化到12.0％,最佳含水量在27.4％～30.2％之间变化,而最大干密度在1.180g/cm3～1.216g/cm3之间变化,两者的变化幅度都很小。这表明击实试验时,固化剂、粉煤灰材料确定后,最佳含水量与最大干密度也大致确定,固化剂用量对其影响很小。
3 无侧限抗压强度试验
无侧限抗压强度是路面材料常用控制指标,具有试件成型方便、设备简单而广泛、速度快、试验结果较稳定等优点,便于在施工现场实施。从固化粉煤灰的性能与使用场合出发,可考虑将其选为最基本的性能指标。本研究进行了普通击实成型试件和振捣(振动)成型试件的无侧限抗压强度试验。
3.1 击实成型试件
配比设计考虑固化剂含量、水泥含量对无侧限抗压强度的影响,固化剂含量分别为3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%,水泥剂量采用2.0％、4.0％,水的用量参照击实试验确定的最佳含水量。
(1)固化劑含量、龄期对无侧限抗压强度的影响
无侧限抗压强度试验结果如下:固化剂含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天无侧限抗压强度分别为0.31、0.48、0.53、0.55、0.62MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.52、0.76、1.07、1.21、1.42MPa;90天无侧限抗压强度分别为0.59、0.93、1.45、1.57、1.80MPa。从试验结果看,不同固化剂含量固化粉煤灰的强度随龄期增长而不断增长,但早期强度增长较快,28天以后强度仍然有一定程度增长,但增长幅度逐步减小。固化剂含量对强度有直接影响,6％固化剂时比3％有较大程度的强度提升,而9％与6％相比,强度提升幅度较小。因此,在路堤大范围应用时,采用6％以下的用量是相对经济的。
(2)水泥含量对无侧限抗压强度的影响
掺入水泥主要目标是改善固化粉煤灰的早期强度,但过大的掺量是不经济的,因此本次试验在固化剂含量为6％的固化粉煤灰中分别掺入2.0％和4.0％两者掺量进行试验并与不掺水泥的情况进行对比,试验结果下:掺入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.72、1.03、1.21MPa;掺入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.83、1.16、1.45MPa;不掺水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.57、0.77、1.03MPa。由试验结果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的无侧限抗压强度,随着水泥含量增大,强度增加。同时可以看出,加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期强度,后期强度增加减缓。在实际工程中,在工期紧张情况下,可采用加入少量水泥的临时性措施,以提高早期强度。
3.2 振动成型试件
振动成型试件和击实成型试件一样,配比设计考虑固化剂含量、含水量、水泥含量对无侧限抗压强度的影响。
(1)固化剂含量、龄期对无侧限抗压强度的影响
无侧限抗压强度试验结果如下:固化剂含量3.0％、4.5％、6.0％、7.5%、9%的7天无侧限抗压强度分别为0.30、0.38、0.44、0.48、0.56MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.50、0.55、0.67、0.75、0.96MPa;90天无侧限抗压强度分别为0.65、0.81、1.05、1.33、1.76MPa。
从试验结果可以看出,试件无侧限抗压强度随固化剂含量增加而增长,随龄期的增长而增大,且固化剂含量越大,增长幅度越大。固化剂含量增加时,对早期强度的增加效果不显著,从3％变化到9％时,强度仅从0.30MPa增加到0.56MPa;对后期强度(90d)的增长效果显著,其强度从0.65MPa增加到1.76MPa。通过分析可知,用增加固化剂的方式来提升其成型后早期强度虽有效果,但经济性并不高。
(2)含水量对无侧限抗压强度的影响
试验以6.0％的固化剂含量为基础,按照不同含水量成型,养生后测试其无侧限抗压强度,验证是否存在最佳含水量,并确定其值。测试结果如下:含水量为38％、40％、42％、45％、48％的7天无侧限抗压强度分别为0.36、0.42、0.38、0.35、0.32MPa;28天无侧限抗压强度分别为0.54、0.67、0.61、0.55、0.51MPa。
由上述结果可以看出,以无侧限抗压强度为标准的固化粉煤灰拌和存在最佳含水量,本次试验为40％。大于40％时,强度随着含水量的增加而降低,而小于40％,含水量低导致水化反应慢,胶结性能差,试件甚至不能成形,强度也会降低。
(3)水泥含量对无侧限抗压强度的影响
掺入水泥主要目标是改善轻质固化粉煤灰的早期强度,但过大的掺量是不经济的,因此本次试验只选择了2.0％和4.0％两者掺量进行试验,试验结果如下:不掺水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.30、0.67、0.77MPa;掺入2.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.44、0.83、0.97MPa;掺入4.0％水泥的固化粉煤灰的7、14、28d的无侧限抗压强度分别为0.49、0.96、1.07MPa。
由上述结果可以看出在固化粉煤灰中加入水泥提高了固化粉煤灰的无侧限抗压强度,随着水泥含量增大,强度增加。同时可以看出,加入水泥主要提高了固化粉煤灰早期强度,后期强度增加减缓。在实际工程中,在工期紧张情况下,可采用加入少量水泥的临时性措施,以提高早期强度。
4 结论
击实和振动是构成固化粉煤灰的不同受力类型,由其构成的混合料的组成结构、压实特性及物理力学性质有着显著的不同。通过以上一系列试验研究,可以得出以下结论:
(1)击实成型试件与振捣成型试件相比,其无侧限抗压强度更大,这种差异在固化剂用量增加时,表现得更明显。
(2)两种成型方法的最佳含水量相差约10％左右,击实试件最佳含水量约为30％,振捣试件最佳含水量约为40％;
(3)无论何种成型方式,在固化粉煤灰中加入水泥对它的7天抗压强度影响很大,后期强度增加减缓,水泥剂量以2％比较合适,更高剂量效果虽更好,但不够经济;
(4)无论何种成型方式,固化粉煤灰的无侧限抗压强度随龄期增长和固化剂的剂量增加而增长,且增加剂量对固化粉煤灰的后期强度影响更显著。
参考文献
[1] 周卫峰,李彦伟,张秀丽,等.基于振动成型的级配碎石路用性能及设计标准[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2009,28(3):559-564.
[2] 刘爱辉.水泥稳定碎石混合料静压法与振动法成型工艺的比较研究[J].现代公路.2009,(21):102-104.
[3] 王龙,解晓光,李长江.级配碎石性能的振动与击实成型对比试验[J].中国公路学报,2007,20(6):19-24.
[4] 马骉,王秉纲.基于抗变形能力的级配碎石组成设计方法[J].长安大学学报,2007,27(5):1-5.
[5] 沈正,董祥,宗兰．固化剂JNS-1固化粉煤灰在台背回填中的应用研究[J]．铁道建筑,2010,(8):103-106.
[6] 沈正,黄晓明.软土地基桥台后回填固化粉煤灰工后沉降与差异沉降分析[J].公路交通科技,2007(6):53-56.
[7] 蒋应军,李明杰,陈忠达.石灰粉煤灰在台背回填中的应用研究[J].公路交通科技,2005,22(4):41-43.
[8] 中华人民共和国交通部.JTGE51-2009公路工程无机结构料稳定材料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2010.