基于离散元法的水泥稳定碎石微裂细观机理研究

为探究水泥稳定碎石微裂细观演化机理,构建了细观非均质水泥稳定碎石数值模型,结合室内无侧限抗压强度试验和单轴压缩数值试验反演出模型细观参数,引入微裂隙网络研究不同裂隙参数对微裂程度的影响,分析不同裂隙数目下系统能量演化规律。结果表明:数值模拟与室内试验结果基本吻合,构建的水泥稳定碎石离散元模型可较为准确地表征材料细观破坏特征;微裂损伤是二次振动加载后裂隙宽度增大和裂隙数目增多共同作用的结果,裂隙密度对水泥稳定碎石微裂程度起决定性作用;裂隙密度增加,材料储存弹性应变能的能力减弱,峰值点水泥稳定碎石材料的输入总能量降低。验证了早期微裂对于降低收缩应力的积极作用,揭示了水泥稳定碎石材料微裂力学特征和细观机理。

基于路用性能的基层水泥稳定碎石质量控制

以广东武深高速公路广东段项目为背景,旨在分析水泥稳定碎石基层的配合比设计及其对路用性能的影响,以提高施工质量和耐久性。对不同水泥剂量、最大干密度、最佳含水率及施工过程中的延迟时间等参数进行详细分析。通过击实试验和无侧限抗压强度试验,确定了最佳水泥剂量为5.0%,含水率为5.4%,最大干密度为2.312 g/cm^(3),提出了现场施工时计算水泥稳定碎石中水泥剂量的拟合方程。通过生产过程控制,确保了混合料生产时的含水率和水泥剂量稳定,最佳产量为600 t/h。试验结果表明,延迟施工时间不应超过4 h,否则混合料的强度将显著下降。

胶粉纤维改性水泥稳定碎石抗裂性能研究

针对水泥稳定碎石基层易开裂问题,在混合料中掺入适量胶粉及聚乙烯醇(PVA)纤维,开展强度、抗压回弹模量、干缩性能和扫描电镜试验(SEM);分别掺入橡胶粉、改性胶粉、PVA纤维、不同水泥剂量的胶粉纤维,对比其对混合料抗裂性能的影响。发现掺入材料对水泥稳定碎石混合料性能具有明显影响。掺入胶粉、改性胶粉后会降低混合料强度和抗压回弹模量,提升抗干缩性能;掺入纤维能增强混合料强度、模量和抗干缩性能;加入不同水泥剂量的胶粉纤维对混合料强度、抗压回弹模量提升效果明显,但降低了抗干缩性能;宏观力学指标试验和SEM试验结果显示出改性胶粉纤维与水泥基具有良好的黏结性,可以提升水泥稳定碎石混合料的抗裂能力。

水泥稳定碎石拉压不同力学特性研究

为解决现行路面结构设计参数及其取值与材料实际力学特性不匹配的问题,选取典型水泥稳定碎石开展了不同水泥剂量与加载速度下的单轴压缩及直接拉伸试验,研究了其应力应变特性,并分析了压拉强度、模量及泊松比的变化规律及其相互关系,揭示了水泥稳定碎石的拉压不同力学特性.结果表明:水泥稳定碎石拉压受力状态下的应力应变性质符合双模量理论的双线性特征,2%~3%水泥剂量范围为水泥稳定碎石力学本质特性发生变化的过渡区;水泥稳定碎石的拉压力学参数与加载速度和水泥剂量均呈良好的非线性变化关系;就影响因素而言,水泥剂量对材料拉压参数的影响程度远大于加载速度;就力学参数而言,模量受水泥剂量和加载速度的影响最大,其次为强度,最后为泊松比,且相较于抗压,抗拉力学参数受这2种因素的影响更为显著;压拉模量比及压拉泊松比的比值受加载速度和水泥剂量的影响较小,压拉强度比随水泥剂量的增大而逐渐减小,当水泥剂量超过3%时,压拉强度比趋于稳定,据此建立了水泥稳定碎石的拉压力学参数量化取值模型.研究结果可为基于双模量理论的路面结构设计参数取值提供依据.

环境荷载作用下掺建筑垃圾水泥稳定碎石的性能劣化规律

为了研究建筑垃圾再生骨料在水泥稳定碎石中的适用性,采用冲刷试验、干湿循环试验、冻融循环试验和劈裂疲劳试验,研究了掺再生骨料水泥稳定碎石混合料(CACSM)在环境荷载作用下的性能劣化规律。明确了冲刷时间、干湿循环次数和冻融循环次数对CACSM力学强度的影响。分别构建了CACSM在不同条件下的性能劣化预测模型,提出了在环境荷载作用下CACSM强度劣化的极限值和疲劳寿命。结果表明:CACSM在水冲刷作用下损失质量随再生细集料掺量增大而增加,随冲刷时间延长先迅速增加后趋于稳定;干湿循环和冻融循环作用下CACSM具有明显的强度劣化效应,建立的强度劣化模型可以预估CACSM的强度劣化极限值;因再生集料的多孔结构和强吸水性导致CACSM在干湿及冻融循环过程中抵抗荷载的能力降低,CACSM的最低干湿极限劣化系数和冻融极限劣化系数分别为84.1%和63.5%;掺45%再生骨料细集料的CACSM的疲劳寿命略高于水泥稳定碎石,这表明适量掺加再生骨料细集料不会降低水泥稳定碎石抵抗荷载重复作用的能力;高再生骨料掺量的CACSM在环境荷载作用下性能劣化严重,在实际工程应用中须验证力学强度劣化极限值是否满足路面基层的要求。

考虑养生期水化热影响的高海拔地区水泥稳定碎石层温度分布研究

为了揭示高海拔地区水泥稳定碎石层养生期温度分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了基于水化热的水泥稳定碎石层养生期三维非稳态计算模型,分析了日最低气温、日温差、太阳辐射总量、风速、水泥稳定碎石厚度及水泥剂量等因素对水泥稳定碎石层养生期温度场分布的影响及其敏感性。分析表明:随着日最低气温、日温差、日太阳辐射总量及水泥剂量的增大,水泥稳定碎石层表面及层中温度逐渐提高;随着风速的增大,水泥稳定碎石层表面及层中温度逐渐降低;水泥稳定碎石层表面最低温度的关键影响因素为风速,层中最低温度的关键影响因素为水泥稳定碎石厚度。

水泥稳定再生碎石物理力学性能研究进展

再生集料的使用对交通基础设施建设的可持续发展具有重要意义,将其用于集料占比大而强度要求低的水泥稳定碎石基层具有较大的推广价值,但目前相关研究及应用较少,缺乏系统总结。本文对水泥稳定再生碎石物理力学性能研究进行综述,统计了再生集料基本性能指标,总结了再生集料、水泥、龄期和外掺物等因素对水泥稳定再生碎石物理力学性能的影响,得到以下结论:再生集料性能较低,应进行表面处理并合理掺配,当掺量小于40%时,水泥稳定再生碎石各项性能降幅均较小,掺量较大时性能降低显著;再生集料替代粒径越大,干燥收缩性能越高,但强度、刚度和抗冲刷等性能降低;水泥掺量的增加提高了水泥稳定再生碎石的强度、刚度、抗冲刷和疲劳等性能,但其收缩性能降低,因此在满足基层强度和刚度的基础上,应适当减少水泥掺量以有效降低收缩;水泥稳定再生碎石的强度和收缩等均在28 d龄期达到稳定,因此其应进行适当龄期的养护,以满足后续面层施工要求;添加适当的外掺物虽然降低了水泥稳定再生碎石的强度和刚度,但提高了其收缩和疲劳性能,因此可缓解基层开裂。然而,不同粒径的再生集料对水泥稳定再生碎石物理力学性能的影响机理不明确,可将其作为今后研究的切入点,为其在路面工程设计和施工中的应用提供理论和技术支撑;此外,不同来源的再生集料对水泥稳定再生碎石性能的影响不同,今后研究应以吸水率和压碎值等作为修正系数控制指标,对其掺量与水泥稳定再生碎石性能模型进行修正。

掺建筑垃圾水泥稳定碎石力学强度增长规律与预测模型

本文研究了建筑垃圾再生集料掺量对水泥稳定碎石(CSM)力学强度的影响,以强度最高或掺量最大为原则提出了再生集料最佳掺量和配比,并在最优掺量下研究了再生集料水泥稳定碎石(CSMRA)的力学强度增长规律,提出了CSRA力学强度的预测模型,并进行了可靠性验证。结果表明:CSRA抗压强度随再生细集料掺量增加先增大后减小,随再生粗集料掺量增加而降低,再生集料最大掺量为70%(质量分数);所建立的力学强度增长方程和预测模型的相关系数均大于0.98,预测值与实测值误差不大于14.0%,表明在确定水泥掺量、集料类型、矿料配比及7 d强度后,该模型可准确预测CSRA在其他养生龄期时的力学强度。

钢渣粉-水泥稳定碎石路面基层材料的力学性能及水损害行为研究

文中探讨了利用钢渣粉生产水泥稳定碎石的可行性.制备了钢渣粉-水泥稳定碎石试样,研究了其力学性能、水化产物、微观结构和水损害行为.结果表明:当钢渣粉掺量不超过胶凝材料总量的30%时,试样的7 d无侧限抗压强度超过4 MPa,满足工程应用要求;当钢渣粉掺量增加时,样品在12 d时的干燥收缩系数降低了32%,钢渣粉的添加抑制了干燥收缩;混合物中的主要水化产物是水化硅酸钙和钙矾石;钢渣粉的加入使试样内部结构变得更加疏松,有利于水分的渗入,使试样在水损伤后产生孔隙.

水稳碎石材料细观修复行为及最佳修复时机

为了探究水稳碎石(CSM)材料的细观修复行为及最佳修复时机,基于损伤-愈合模型对其修复效果影响因素进行了分析。首先,基于离散元法(DEM)建立CSM的二维半圆弯曲(SCB)数值试件,引入损伤因子模拟材料的局部损伤与愈合效应,进而构建细观尺度的损伤-愈合数值模型。其次,通过虚拟SCB疲劳试验实现不同程度的荷载损伤,基于愈合变量来表征损伤修复过程,模拟局部损伤愈合行为。然后,基于损伤-愈合模型开展不同损伤状态下的修复效果评估,分析初始损伤状态、愈合程度对修复效果的影响规律,并进一步研究了CSM材料的最佳修复时机。结果表明:所提出的损伤-愈合模型能够再现CSM材料在细观尺度上的损伤与愈合行为,初始损伤状态和愈合程度对修复效果的影响具有非线性,在70%~85%的疲劳寿命阶段,局部损伤修复对结构强度的提升作用较为显著。基于对损伤修复效果的数值分析,推荐将70%~85%的疲劳寿命作为CSM材料的最佳修复时机,此外,选择强度优良、数量充足的愈合剂可以最大程度地提升局部损伤修复效果。

市政道路施工中水泥稳定碎石基层施工技术

在当前市政道路工程建设过程中,水泥稳定碎石得到较为广泛的应用,其在实际应用过程中表现出远超其他材料的水稳性,进而使得道路工程具备更强的耐久性。基于此,本文研究中将针对水泥稳定碎石基层施工质量控制相关内容进行探究,以确保其可以切实提升市政道路工程施工以及使用质量。

宽幅大厚度水泥稳定碎石基层整体铺筑工艺及青海地区适用性分析

针对青海地区路面工程实际情况,从水泥稳定碎石基层混合料的拌合与运输、摊铺、压实三个方面入手,探究了宽幅大厚度水泥稳定基层的施工技术要点;通过对比传统的水泥稳定碎石基层并机分层摊铺施工工艺,总结了宽幅大厚度水泥稳定碎石基层整体铺筑技术在青海地区应用的优势及现存问题。研究分析表明:宽幅大厚度水泥稳定碎石基层整体铺筑过程中,需提高相应拌合运输能力,依工程实际从两种主要摊铺工艺中按需选择,通过合理的机械组合使基层整体压实度达到要求,并使上下压实度差异较小;从施工和性能两方面因素考虑,宽幅大厚度水泥稳定碎石基层整体铺筑技术在青海地区路面工程中的适用性更高,社会经济效益更好,建议在工程实践中结合项目实际加以推广应用。

不同养生方式下的水稳材料关键力学性能试验研究

根据久马高速公路的情况,选取了PE薄膜密封养护、养护土工布覆盖滴灌节水保湿养护、可降解保湿膜养护三种常见养生方式,并辅以室内外养生作为环境条件。其中水稳材料的关键力学性能指标为无限制抗压强度、劈裂强度和回弹模量,按照要求进行检测和比较研究。结果显示,在核心技术指标即7 d力学性能试验中,PE薄膜和可降解保湿膜效果均表现优异,劈裂强度相差无几,相对而言土工布的方式的效果较差,在长期关键力学性能增长的过程中,可降解保湿膜效果均表现更为突出。说明可降解可降解保湿养生膜具有积极意义,一定程度上提升了水泥稳定碎石劈裂强度,同时这类塑膜还保持了可降解的特性,具备了较好环保特性,因此在有条件的情况下,环境脆弱或少水地区推荐采用可降解可降解保湿养生膜养生。

高速公路快速养生再生水稳碎石基层关键技术研究与应用

当前,路面铣刨料(RAP)再生利用环节存在利用途径窄、利用层位偏下等问题,而且传统的水泥稳定碎石基层施工需要封闭交通7 d进行保水养生,之后才能实施沥青面层施工作业,容易引发交通拥堵问题和安全隐患。因此,文章针对上述不足之处,开展高速公路快速养生再生水稳碎石基层关键技术研究,提升了铣刨料再生应用层位,同时在混合料中添加自主研发的免养生剂,实现基层施工完成1 d后即可开放交通、开展下一道工序的施工,为当前高速公路尤其是应急工程及改扩建工程项目水稳施工提供了新的技术借鉴。

高温地区水泥稳定碎石基层养护关键技术研究

水泥稳定碎石(以下简称水稳碎石)基层的强度和抗裂性是半刚性基层施工的主要技术指标,研究如何提高水稳碎石的强度和抗裂性具有重要意义。水稳碎石的强度和抗裂稳定性在很大程度上取决于基层所处的温湿度养护环境和养生时间,尤其在高温地区更加敏感。文章通过现场试验的方式,研究温湿度养护方式和养护时间对高温地区水稳碎石基层养护效果的具体影响,结论可为相关工程提供技术参考。

不同压实方法对水泥稳定碎石混合料性能的影响

基于无侧限抗压强度、弯拉强度、动态回弹模量及温缩试验与三分点加载疲劳试验,对比分析静压成型、振动成型与现场压实试件的力学特性、变形特性及疲劳特性差异。结果表明:试件7天无侧限抗压强度、弯拉强度、动态回弹模量及疲劳特性优劣排序为现场压实>振动成型>静压成型;振动压实试件的力学性能、温缩系数和疲劳寿命与现场压实更为接近,在配合比设计阶段采用振动压实能够减小水泥掺量,降低水泥稳定碎石混合料生产成本;振动压实试件测试水泥稳定碎石混合料力学性能与疲劳特性,有一定的安全度,建议水泥稳定碎石混合料在配合比设计阶段推广应用振动压实工艺。

基于CT技术的水泥稳定碎石微裂程度控制模型

为探究水泥稳定碎石材料内部细观空隙特征变化对微裂程度的影响,借助CT无损检测技术提取微裂后水泥稳定碎石试件空隙特征参数,采用灰熵关联度探讨水泥稳定碎石空隙参数与微裂程度关联性,建立空隙数量与微裂程度灰色关系模型。结果表明:延长振动时间,面空隙率呈现先增大后减小趋势、微裂程度呈现先增长后降低趋势。微裂后水泥稳定碎石试件相比未微裂试件空隙数量有所增加,且微裂作用对面积在0~0.1 mm^(2)范围内的空隙影响最为显著。圆度在0~0.2范围内空隙占比随振动时间延长逐渐增大,微裂后空隙分形维数均大于未微裂试件,且材料内部空隙形状趋于复杂化。空隙数量与微裂程度关联度最高。基于上述结果建立的微裂程度GM(1,2)预测模型可为水泥稳定碎石微裂技术细观层面研究和应用提供理论参考。

聚丙烯纤维增强水稳基层抗裂性能评价及微观机理

为提升水泥稳定碎石基层的抗裂耐久性,可在其中加入不同掺量的聚丙烯纤维。通过试验测试不同养护龄期下试件的劈裂抗拉强度,确定了最佳聚丙烯纤维掺量;采用宏观力学性能试验,分析了聚丙烯纤维的掺入对试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯拉强度的影响;对掺入和未掺入聚丙烯纤维的两组试件进行了半圆弯曲试验,并利用数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术对加载过程进行了全时域监测对比,得到其位移时间曲线。试验结果表明:水稳碎石基层中聚丙烯纤维的最佳掺量为0.10%,聚丙烯纤维的掺入能提升水稳基层的宏观力学性能,延缓水稳基层裂缝的发展,并通过应力传递降低水稳基层的应变集中及位移激增。

改性橡胶粉水泥稳定碎石抗裂性能研究

为研究橡胶粉、建筑垃圾再生集料和级配对水泥稳定碎石抗裂性能的影响,本文进行了半圆弯曲试验,通过刚度、断裂能、断裂韧性等指标评价改性橡胶粉水泥稳定碎石抗裂性能。结果表明,未改性橡胶粉可增强混合料的断裂能、断裂韧性,改性橡胶粉对混合料抗裂性能的提升更显著。抗裂级配可提高混合料的刚度、断裂能和断裂韧性,从而增强混合料的抗裂性能。改性橡胶粉水泥稳定碎石的抗裂性能随着再生集料掺量的增加而降低,当再生集料以等体积的方式替代30%的天然集料时,其抗裂性能和强度均优于普通水泥稳定碎石。

ATB-25沥青稳定碎石路面设计及施工技术研究

为提高路面的整体性能,确保路面的稳定性和耐久性,以实际工程为例,对ATB-25沥青稳定碎石的设计、施工技术、质量控制及性能评价进行研究。结果表明,通过优化矿料级配和沥青用量,可显著提高混合料的稳定性和路面的承载能力,所提出的设计优化和施工技术改进措施对提高ATB-25沥青稳定碎石路面的施工质量,确保路面的稳定性和耐久性具有实际意义。