养生温度对水泥稳定碎石基层抗裂性能的影响

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中国科技博览
2023年02月04日 07:09

掺SBR胶乳的水泥稳定碎石材料抗裂性能研究

周晔

[摘 要]本文在养生温度25℃以及养生温度10℃的情况之下,对水泥稳定碎石基层分别开展温缩试验、干缩试验以及无侧限抗压强度试验。通过对这两种养生温度条件之下的试验结果进行对比分析,我们可以发现:养生温度会对水泥稳定碎石的收缩性能以及强度产生影响;低温的条件之下,开展工程施工与养生,有助于提高水泥稳定碎石基层抗裂性能。本文的研究,希望可以给相关人士提供一定的借鉴。

[关键词]养生温度;水泥稳定碎石;无侧限抗压强度;温缩系数;干缩系数

中图分类号:U416.214 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)19-0231-02

1.养生温度对水泥稳定碎石基层强度的影响

通过开展养生温度对不同龄期无侧限抗压强度的影响实验,以及养生温度对不同龄期劈裂强度影响的实验,我们可以分别得出图1、图2两个图:

从图1和图2中我们可以知道:①水泥稳定碎石试件无侧限的抗压强度与养生温度成正比,也就是说抗压强度会随着养生温度的变高而相应的升高。如果养生的温度提高,会使得水泥的水化反应速度变快,在这种情况下,水泥稳定碎石试件3天的抗压强度具有明显的增长。②在10℃±2℃以及25℃±2℃,这两种养生温度条件之下,水泥稳定碎石试件无侧限抗压强度的增长趋势基本上和劈裂强度的增长趋势相一致。③在28天以前,试件的无侧限抗压强度与劈裂强度增长的速度,回随着龄期的增加而不断变快;在28天之后,则不断的变慢,而且无侧限抗压强度会低于劈裂强度增长的速度。④在强度要求、级配类型相同的条件之下,温度高的区域的水泥用量要少于那些温度低的区域的水泥用量。⑤在低温养生的条件之下,3天龄期的无侧限抗压强度损失达到最大值,这一强度的损失值基本上呈现出不断下降的趋势。在低温养生的情况之下,无限抗压强度要高于劈裂强度。⑥在低温的条件下进行工程施工,仍然能够以7天的劈裂强度以及无侧限抗压强度当做验收水泥稳定碎石基层材料的一个重要标准。经过一系列的试验研究发现,水泥稳定碎石的强度是在一系列十分复杂的化学、物力反应中慢慢形成的,而反应的过程通常需要一项的湿度条件以及温度条件,这个试验再一次证明了,高温与一定的湿度有助于水泥稳定碎石强度的提高。

2.养生温度对水泥稳定碎石基层收缩性能的影响

一般而言,水泥稳定碎石基层都是在高温的季节之中修建成的,在成型的初期其内部通常具有较大的含水量,而且还没有被沥青面层所封闭,在这个时候,基层中水分会蒸发,进而产生由外到内的收缩。除此之外,环境温度也具有昼夜温差现象,产生温度涨缩疲劳问题,进而导致温缩现象。在修建之初,半刚性基层会同时受到昼夜温度差与干燥收缩的影响, 因此,此阶段属于以干缩为主、温缩为辅的收缩阶段。

2.1 养生温度对水泥稳定碎石基层干缩性能的影响

在25℃±2℃以及10℃±2℃这两种养生温度以及同等的自然条件之下,得出水泥稳定碎石圆柱体试件干缩试验的结果如下图3以及下图4所示:

从图3以及图4中我们可知,如果失水率低于1.3%左右的时候,25℃标准养生条件之下的水泥稳定碎石试件干缩的应变系数(εd)以及平均干缩系数(αd)都要低于在10℃低温养生条件下相应的系数;而如果失水率稍微超过1.3%的时候,10℃低温养生条件下试件的平均干缩系数与干缩应变系数都较低,而在25℃养生温度条件之下试件的平均干缩系数与干缩应变系数的最大值分别是10℃养生温度条件下相关系数的约1.85倍、1.89倍。由此我们可知,在低温养生条件下对于预防水泥稳定碎石出现干缩裂缝问题是非常有利的。

2.2 养生温度对温缩性能的影响

在接受一定时间段的养生,基层之上铺盖上沥青面层之后,一般情况下基层的含水量不会有太大的变化,这个时候半刚性基层收缩转化主要为温缩现象。温缩现象主要是因为半刚性材料的气态、液态、固态三相在降温的时候互相影响的结果。通过运用路面材料涨缩仪来对不同養生温度条件之下的水泥稳定碎石试件所表现出的温缩情况进行观测。降温的区间是40℃~20℃,自40℃之后,温度每降低10℃,温度保持24小时,试验的结果如下图5、图6所示:

从上图5、图6中我们可知,温缩应变(εt)和温缩系数(αt)随温变出现的变化规律相似,都是呈现出正弦曲线的变化规律。通过分析上图,我们可知:①在0~10℃的范围内,试件的温缩应变与温缩系数都达到最大值,不利于保持路面基层的稳定性;而在20℃~30℃这一区间,试件的温缩应变与温缩系数达到最小值;②在10℃~25℃这一区间范围内,试件温缩应变与温缩系数的值与温度呈反比,也就是说会随着温度的升高而不断降低;③在负温区也就是-20℃~0℃这一区间,试件温缩应变与温缩系数的值与温度呈正比关系,此时,试件的温缩应变与温缩系数值会随着温度的降低而不断降低;④在25℃~40℃这一区间范围之中,两个试件的值会随着温度的升高而不断增加;⑤在温度值小于10℃时,25℃的养生条件之下试件的温缩应变与温缩系数值都明显超过10℃低温养生条件下试件的温缩应变与温缩系数的值;在10℃~30℃区间范围之内,则相反,后者要稍高于前者;而在温度超过30℃的情况下,又是前者超过后者;⑥如果温度的间隔为10℃的时候,该集料级配构成的基层在25℃养生温度条件喜爱,干缩应变的最大值大约是最大温缩应变值的6倍,而在10℃的低温养生条件之下,干缩应变的最大值大概是温缩应变最大值的4倍。因此,基层在0℃~10℃这一温度期间,温度较低或者温度较高的时候,其相应的温缩变形就较明显,影响路面基层的稳定性,而10℃这一低温养生条件有助于有效降低基层温度收缩变形问题。在含水量达到最佳的情况下,温缩系数与温缩应变之所以会随温度变化呈现出上述规律,主要是因为:在含水量最佳的情况下,基层材料颗粒间达到最佳的活动状态,颗粒容易受到外力的影响出现位移问题,使得基层材料的整体密度在相应作用力之下达到最大的值。就基层材料的内部颗粒而言,因为温度的变化而出现的毛细张力作用以及水的扩张作用也可以当做外来压力作用,在这种情况下,颗粒会较之于其他含水量条件下移动更大的一段距离;同时,这一作用力是通过小部分水泥水化物的内部毛细孔产生的,会随着温度的降低而增加。由于温度降低,弯液面的表面张力会有所增加,在这一表面张力大于毛细管壁颗粒内部连接力的时候,才可以使得基层试件的值有所增加。在高温条件下,随着温度的下降,基层试件的温缩应变与温缩系数的值会有所升高;而在低温区间时,基层试件的温缩应变与温缩系数的值会有所降低。这主要是因为水泥稳定碎石空隙之中,除了少量水泥水化物凝胶孔之中的水与极少石料中微小毛细孔水之外,孔隙水的冰点大多约为0℃,在低温区中,基层材料因为水的冰冻影响而出现体积膨胀现象,使得原来的收缩现象得以缓解,致使试件的值有所降低。

结束语

综上所述,我们可知在低温条件下进行养生以及工程施工,有助于不断提高水泥稳定碎石基层抗裂性能。因此,在以后的水泥稳定碎石基层工程施工的时候,可以选择在低温养生温度下进行,这样有助于提高工程施工的安全性,有助于推动工程施工的顺利开展。

参考文献

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