Review on the mesoscale characterization of cement-stabilized macadam materials

The base layer constructed by cement-stabilized macadam(CSM)has been widely used in highway construction due to its low elasticity deformation and high carrying capacity.As a bearing layer,the CSM base is not exempt from fatigue cracking under cyclic loading in the service process.Cracks in the base will create irreversible structural and functional deficiencies,such as the potential for reflective cracking of subsequently placed asphalt concrete overlays.The fracture of the base will shorten the service life of the pavement.The quality of the CSM base is directly related to the bearing capacity and integrity of the whole pavement structure.It is of practical significance to further study the fatigue failure behavior of CSM material for the long-term performance of the pavement.The CSM material is a typical heterogeneous multiphase composite.On the mesoscale,CSM consists of aggregate,cement mortar,pores,and the interface transitional zone(ITZ).On the microscale,the hardened mortar contains a large number of capillary pores,unhydrated particles,hydrated crystals,etc.,which makes the spatial distribution of its material properties stochastic.In addition,cement hydration,dry shrinkage,and temperature shrinkage can also produce micro-crack defects in cement mortar.These microcracks will have crossscale evolution under load,resulting in structural fracture.Macroscopic complex deformation and mechanical response are the reflections of its microscopic and even mesoscale composition and structure.This study summarized the existing studies on the mesoscopic properties of CSM materials,respectively from the three aspects of mesostructure,structural characterization,and mesoscale fatigue damage analysis,to help the development of long-life pavement.The future research direction is to explore the mesoscale characteristics of CSM using multiscale representation and analysis methods,to establish the connection between mesoscale characteristics and macroscopic mechanical properties.

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。

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。

用MacAdam椭圆检验CIE1964 LUV和CIE1976 LAB色空间的均匀性

绘制出C IE1964 LUV和C IE1976 LAB色空间色度图中的M acAdam色分辨椭圆,并利用M acAdam椭圆的分布情况对这2种色空间的均匀性进行了检验。比较和分析的结果表明C IE1976LAB色空间在均匀性上比C IE1964 LUV有所提高,并由此指出了2种颜色空间适用的使用领域。

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。

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。

基于离散元的废旧二灰碎石与土混合料承载比细观力学特性研究

建筑垃圾应用于路基过程中,其材料承载力对道路服役性能具有重要影响。为评价建筑垃圾用于路基填料时的细观力学特性,该文利用离散元软件对不同含石率的废旧二灰碎石与土混合料进行承载比试验,并利用离散元法揭示强度形成机理。结果表明:混合料的承载比随含石率增大不断增加,含石率为80%时达到最大值。在离散元模拟承载比试验中,空隙率随着二灰碎石土的含石量的增大先降低后增大,当含石率为80%时混合料的空隙率最小,此时能达到最佳的承载效果。随着含石率的逐渐增大,废旧二灰碎石之间的颗粒相互嵌挤,形成骨架结构,因此能够有效承担来自贯入杆的荷载。

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。

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。

混合碎石料配比对浆体流动性能和充填体强度的影响

随着矿产资源的开发,如何治理采空区和高效回收利用残矿已经成为很多矿山亟待解决的问题。该文对哈图金矿采一矿区(934~1094 m)空区治理与残矿资源回收利用进行研究,首先从矿山尾砂的基本性质、充填料浆流动性、尾砂充填强度配比方面进行研究测试,得出灰砂比1∶20变化至1∶4时,充填体强度变化较大,同时添加20%碎石砂可增强充填体强度效果,特别是早期强度提升显著。并结合矿山具体情况,采取直接利用干尾砂进行充填(尾矿不再选)的采空区治理方案。对残采、充填工艺技术进行充分研究的基础上,在采一矿区934 m中段选择上向进路充填采矿法开展残采矿体实验,工业实验结果达到预期。该文采空区治理与残矿资源回收利用实例可为其他矿山提供参考和借鉴意义。

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。

骨架嵌挤型水泥稳定碎石基层在高速公路施工中的应用研究

以某高速公路3标段为研究背景,探讨了高速公路骨架嵌挤型水泥稳定碎石基层施工要点。首先对水稳基层原材料质量要求进行分析,通过相关试验确定混合料的生产配合比,通过振动压实试验和重型压实试验确定骨架嵌挤型水泥稳定碎石混合料的最佳含水率和最大干密度。最后从混合料拌和、运输、碾压以及施工接缝处理等方面对水泥稳定碎石基层施工方法进行了研究。

路面结构内部排水系统设计与修筑

为探讨沥青路面结构内部排水系统的设计和施工方法,观察使用效果,设计修筑了3段沥青稳定碎石排水层试验路。在总结材料、结构、施工技术要点的基础上,确认以沥青稳定碎石排水层代替部分路面结构层,构建路面结构内部排水系统的方案可行。所采用的3种排水层位能够适合不同的路面结构设计需要。

PVA纤维水泥稳定碎石力学性能及耐久性能研究

为改善水泥稳定碎石力学及耐久性能,研究了不同PVA纤维长度与掺量下水泥稳定碎石系列力学性能,确定了PVA纤维最佳掺配长度及掺量。在此基础上,借助冻融循环与疲劳试验,研究了普通水泥稳定碎石与PVA纤维水泥稳定碎石耐久性能差异。结果表明:随着PVA纤维长度或掺量的增大,PVA纤维水泥稳定碎石系列力学性能均先增大后减小;长度12 mm、掺量0.9 kg/m^(3)的PVA纤维水泥稳定碎石综合性能最佳;28 d龄期时,在冻融5、10、15次后,长度12 mm、掺量0.9 kg/m^(3)的PVA纤维水泥稳定碎石抗压强度保持率为90.21%~84.39%;长度12 mm、掺量0.9 kg/m^(3)的PVA纤维水泥稳定碎石在应力强度比为0.7~0.8下,疲劳寿命提升了13529%~17501%。

干拌水泥碎石桩在高速公路养护中的应用

介绍了干拌水泥碎石桩施工技术的特点,以某高速公路养护施工为例,阐述了干拌水泥碎石桩施工技术的工艺原理,对原材料处理、测量放样、试桩及钻机就位、钻孔施工、成桩处理、交通管控中的要点进行了分析,并提出制定管理制度、强化现场作业人员专业水平考核等质量控制措施。

掺碱激发再生集料的水泥稳定碎石力学性能分析

为了提高建筑垃圾再生集料的再生利用附加价值,研究了不同碱激发剂对再生集料物理力学性能的强化效果,基于性能最佳原则比选了最佳碱激发剂类型和掺量,并研究了掺碱激发再生集料的水泥稳定碎石的力学性能。结果显示:碱激发剂通过改善破碎的砂浆层及填充孔隙和微裂纹的方式,对再生集料的各项物理力学指标均有明显改善,其中有机硅树脂在降低再生集料压碎值、吸水率和提高黏附性性能方面远远优于硅烷偶联剂和水玻璃溶液;掺加碱激发再生集料的水泥稳定碎石强度不低于纯天然集料的水泥稳定碎石,可以满足规范中半刚性基层的最低强度要求。

纤维沥青碎石封层在高速公路预防性养护中的应用

随着我国公路路网的不断完善,公路总里程每年都在增加,但也带来了一个新的问题,公路养护工作随之不断加重。目前不少公路管养单位不断尝试使用新材料、新设备、新工艺对公路进行养护,以实现既行车舒适、安全,又节省成本,又延长道路使用的目的,公路预防性养护应运而生。作为预防性养护的措施之一,纤维沥青碎石封层技术已越来越受到重视,不但可以作为下封层,又可以作为新铺设路面的磨耗层对公路进行预防性养护。本文以某公路路面预防性养护为背景,简单介绍其施工工艺及效果评价。

尾矿粉掺入水泥稳定铁矿废石混合料施工最佳配合比试验研究

为了研究尾矿粉掺加水泥稳定铁矿废石混合料施工最佳配合比的影响,对不同掺量尾矿粉(0%、5%、10%、15%、20%)及不同种类和剂量外加剂的水泥稳定铁矿废石混合料进行无侧限抗压强度、水稳性、抗冻性、疲劳性能试验,试验结果表明,随着尾矿粉掺量增加水泥稳定铁矿废石混合料无侧限抗压强度、水稳定系数、抗冻系数呈现先增加后降低变化趋势,当尾矿粉掺量达到14.5%时,混合料无侧限抗压强度、水稳定系数、抗冻系数达到峰值;当尾矿粉掺量为6.3%时,混合料疲劳性能达到最佳;尾矿粉掺入水泥稳定铁矿废石混合料剂量为15%时,可以广泛应用于道路基层中。