級(jí)配碎石基床級(jí)配室內(nèi)試驗(yàn)報(bào)告

1、基床水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的材料試驗(yàn)1.引言按新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定，遂渝鐵路基床表層材料采用級(jí)配碎石或砂礫石，基床表層厚度為0.60m。在進(jìn)行基床級(jí)配碎石填筑工藝試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)，在碾壓施工后，不能發(fā)生凝結(jié)反，K30值達(dá)不到規(guī)范要求，基床表層的整體性明顯較差。究其原因是，遂渝鐵路遂寧段的級(jí)配碎石以卵石為基材，通過破碎而成。卵石材質(zhì)以花崗巖和玄武巖為主，在破碎過程中，細(xì)粒含量特別是小于0.075mm的成分明顯偏低。又加之花崗巖和玄武巖這兩種材質(zhì)的表面活動(dòng)性低。對(duì)于這種情況，目前處理方法是摻加石粉（以石灰石粉主要），但在遂渝線遂寧段，石粉很難找到，且價(jià)格昂貴，因此，專家討論推薦采用低配

2、比的水泥進(jìn)行穩(wěn)定處理，并委托課題組對(duì)級(jí)配碎石進(jìn)行水泥穩(wěn)定試驗(yàn)。2.試驗(yàn)內(nèi)容和分組根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況，選擇了兩種級(jí)配碎石(鐵一局和鐵18局采用的級(jí)配碎石)進(jìn)行試驗(yàn)研究。根據(jù)基床表層對(duì)材料力學(xué)特性、施工工藝方面的要求，試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容包括擊實(shí)試驗(yàn)、無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，從強(qiáng)度、模量和滲透三方面確定合適的改良方法，并考慮了齡期的影響。改良方法采用水泥穩(wěn)定和水泥加粉煤灰穩(wěn)定兩種方式。其中水泥穩(wěn)定的情況，水泥與級(jí)配碎石比例為：2：100,3：100和4：100。水泥加粉煤灰穩(wěn)定的情況，水泥：粉煤灰：級(jí)配碎石的比例為：2：6：100，2：10：100，2：14：100。試驗(yàn)分組和編號(hào)

3、如表1。其中T1表示1集料，T2表示2集料。表1試驗(yàn)分組與編號(hào)編號(hào)T11T12T13T14T15T16水泥含量（%）2.003.004.000.000.000.00粉煤灰含量（%）0.000.000.006.0010.0014.00編號(hào)T17T18T19T110T21T22T23水泥含量（%）2.002.002.001.002.002.002.00粉煤灰含量（%）6.0010.0014.006.006.0010.0014.003.試驗(yàn)結(jié)果分析3.1級(jí)配曲線圖1和圖2分別是1#和2#集料的級(jí)配曲線。圖中上限和下限分別是路基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的級(jí)配碎石級(jí)配的上下限值。從圖中可看出，1土樣的級(jí)配介于規(guī)范規(guī)

4、定的上下限值之間，基本滿足規(guī)范要求。2土樣在粒徑大于2mm后，曲線均低于規(guī)范下限值的要求，且曲線較陡，說明2土樣的小粒徑的含量明顯偏低，且10mm40mm范圍內(nèi)的粒徑較均勻。圖11集料級(jí)配曲線圖22集料級(jí)配曲線3.2擊實(shí)試驗(yàn)理論上講，對(duì)于級(jí)配碎石這類粗粒土應(yīng)該采用振動(dòng)法，以相對(duì)密度或孔隙率作為密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，但摻加水泥和粉煤灰后，因不能采用振動(dòng)法，因此，采用擊實(shí)試驗(yàn)。本次試驗(yàn)采用重型擊實(shí)試驗(yàn)。圖315是不同擊實(shí)曲線。表2列出了各組的最佳含水量w和最大干密度d。從表中數(shù)據(jù)可看出，對(duì)于相同改良方法的情況，如T1-1T1-3、T1-4T1-6、T1-7T1-9和T2-1T2-3，隨著改良劑摻加量的增加，

5、w和d均有增加，但變化幅度較小，可認(rèn)為是一致的。表2擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)T11T12T13T14T15T16最佳含水量（%）5.71 6.14 6.31 7.04 7.04 7.41 最大干密度（kN/m3）21.24 21.30 21.41 21.42 21.61 21.64 編號(hào)T17T18T19T110T21T22T23最佳含水量（%）7.16 7.31 7.38 7.43 7.49 7.52 7.46 最大干密度（kN/m3）21.61 21.73 21.81 21.69 21.34 21.38 21.47 圖3 T1-1擊實(shí)曲線圖4 T1-2擊實(shí)曲線圖5 T1-3擊實(shí)曲線圖6 T1-4擊

6、實(shí)曲線圖7 T1-5擊實(shí)曲線圖8 T1-6擊實(shí)曲線圖9 T1-7擊實(shí)曲線圖10 T1-1擊實(shí)曲線圖11 T1-9擊實(shí)曲線圖12 T1-10擊實(shí)曲線圖13 T2-1擊實(shí)曲線圖14 T2-2擊實(shí)曲線圖15 T2-3擊實(shí)曲線3.3無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)在穩(wěn)定改良土的研究中，通常采用無側(cè)限強(qiáng)度指標(biāo)作為評(píng)價(jià)強(qiáng)度的指標(biāo)。按照試驗(yàn)規(guī)范要求，在室內(nèi)進(jìn)行水泥或水泥加粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)，采用150*150mm的圓柱形試樣，試樣根據(jù)計(jì)劃的密實(shí)度和含水量采取靜壓方法制作。試樣制作前，將干燥的級(jí)配碎石與水泥或粉煤灰混合后，按計(jì)劃含水量拌合均勻，并迅速制作出試樣。若拌和土?xí)r間超過4小時(shí)尚未做出試樣，土樣做廢。按規(guī)程

7、要求，無側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)每組試樣數(shù)量至少6個(gè)樣，取其平均值。試樣做好后，每一種配比情況下的試樣分成2組，每組6個(gè)樣，一組在25°恒溫箱下養(yǎng)護(hù)7日，進(jìn)行無側(cè)限試驗(yàn)，得到改良土的不浸水無側(cè)限強(qiáng)度。另一組在在25°恒溫箱下養(yǎng)護(hù)6日后，取出后浸水24小時(shí)，進(jìn)行無側(cè)限試驗(yàn)，得到浸水強(qiáng)度。浸水無側(cè)限強(qiáng)度與不浸水無側(cè)限強(qiáng)度之比即為材料的水穩(wěn)定性系數(shù)，反映材料的水穩(wěn)性。表3是無側(cè)限強(qiáng)度和水穩(wěn)性試驗(yàn)結(jié)果。表3 無側(cè)限強(qiáng)度編號(hào)不浸水無側(cè)限強(qiáng)度(MPa)浸水無側(cè)限強(qiáng)度(MPa)水穩(wěn)定系數(shù)T110.910.770.85T121.341.040.78T131.381.120.81T140.08T150.

8、11T160.08T170.590.460.78T180.600.570.94T190.930.580.63T1100.610.490.80T210.480.400.84T220.660.550.83T230.670.570.84對(duì)于1#集料，當(dāng)水泥配比為2%、3%和4%時(shí)，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的不浸水無側(cè)限強(qiáng)度分別為0.91MPa、1.34MPa和1.38MPa， 浸水無側(cè)限強(qiáng)度分別為0.77MPa、1.04MPMPa和1.12MPa，水穩(wěn)系數(shù)分別為0.85、0.78和0.81，由此可見，隨著水泥含量增加，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的不浸水與浸水無側(cè)限強(qiáng)度增加，但水穩(wěn)性系數(shù)基本一致。從強(qiáng)度方面來考慮，配比

9、為2%的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石能夠滿足基床表層對(duì)材料的要求。對(duì)于1#集料，只摻加粉煤灰的情況下(T1-4T1-6)，試樣在養(yǎng)護(hù)6天后，試樣浸水即崩解，因此，其浸水無側(cè)限強(qiáng)度為0。同時(shí)，也可看出，在不浸水條件下，其無側(cè)限強(qiáng)度也較小，這是由于此粉煤灰改良土的強(qiáng)度增加較緩慢，通常需要在28天齡期之后，無側(cè)限強(qiáng)度才能達(dá)到最終強(qiáng)度60%以上?？梢姡?根據(jù)施工工期的要求，單獨(dú)采用粉煤灰改良的方法是不可行的。在水泥含量為2%，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的不浸水無側(cè)限強(qiáng)度隨粉煤灰含量增加而增加，在粉煤灰含量分別為6%、10%和14%的情況下，不浸水無側(cè)限強(qiáng)度分別為0.59MPa、0.60MPa和0.93MPa，浸水無側(cè)強(qiáng)度隨

10、粉煤灰含量增加的變化較小。且所有試驗(yàn)組的無側(cè)限強(qiáng)度均小于只摻加相同含量水泥(T1-2組)的情況，這說明，摻加粉煤灰無助于穩(wěn)定級(jí)配碎石近期強(qiáng)度的增加。對(duì)于2#集料穩(wěn)定效果更差一籌，因此，從強(qiáng)度方面考慮，不應(yīng)該采用摻加粉煤灰和水泥的方案。通過以上分析，從無側(cè)限強(qiáng)度和施工方便性考慮，建議采用3%的水泥含量的穩(wěn)定級(jí)配碎石。為了研究水泥含量為3%的穩(wěn)定級(jí)配碎石的長期強(qiáng)度，進(jìn)行了2d、7d、28d、90d和180d的無側(cè)限強(qiáng)度(圖16和表4 )，從圖中可看出，隨著齡期的增加，無側(cè)限強(qiáng)度也隨之增加，強(qiáng)度增長速率隨齡期增長越來越慢，最后將趨向于某一最終值。水穩(wěn)系數(shù)也越來越接近，在180d時(shí)，水穩(wěn)系數(shù)達(dá)到0.9

11、1。7d齡期的不浸水無側(cè)限強(qiáng)度是180d的77.6%。而浸水條件下則為66.2%。表4 摻加3%水泥的穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限強(qiáng)度齡期(天)272890180浸水無側(cè)限強(qiáng)度（MPa）0.64 1.04 1.33 1.51 1.57 不浸水無側(cè)限強(qiáng)度（MPa）0.85 1.34 1.60 1.70 1.73 水穩(wěn)性系數(shù)0.75 0.78 0.83 0.89 0.91 圖16 摻加3%水泥的穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限強(qiáng)度與齡期3.4回彈模量試驗(yàn)對(duì)于基床表層來講，具有一定的彈性是必要的，但若彈性剛度過大，對(duì)行車的舒適性有影響。因此，合適的回彈模量對(duì)基床材料是必要的。根據(jù)客貨共線要求基床表層K30在190MPa

12、/m以上，根據(jù)此要求，計(jì)算回彈模量為42MPa，也就是講，基床表層材料的回彈模量應(yīng)在42MPa以上。本次回彈模量試驗(yàn)采用公路土工試驗(yàn)規(guī)程的強(qiáng)度儀法，分7級(jí)加載，最大加載壓力為214kPa。每組試樣為3 個(gè)，取3個(gè)樣的回彈模量平均值作為該組的回彈模量值。表5是1#集料不同試驗(yàn)組合的回彈模量值，均大于42MPa。滿足設(shè)計(jì)要求。表5 摻加3%水泥的穩(wěn)定級(jí)配碎石的回彈模量編號(hào)T11T12T13T14T15T16T17T18T19回彈模量值(MPa)101.2 144.6 249.6 50.8 70.3274.9 56.596.98100.03.5 滲透試驗(yàn)滲透試驗(yàn)采用變水頭滲透試驗(yàn)方式，試驗(yàn)裝置采用改

13、造的滲透儀。滲透試驗(yàn)進(jìn)行了3個(gè)試樣，試樣1是級(jí)配碎石，試樣2是2%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，試樣3是水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石。三個(gè)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果見表6。可見， 3%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的滲透系數(shù)是級(jí)配碎石的1.15%，具有一定的防滲能力。表6 滲透試驗(yàn)結(jié)果試樣編號(hào)試樣高度(cm)試樣直徑(cm)測(cè)定時(shí)間(s)滲透量(ml)初始水頭(cm)試后水頭(cm)水力梯度滲透系數(shù)(cm/s)11515.160027083654.935.10E-0421515260025086624.931.10E-0431515.26222030084.5514.525.89E-06 4、結(jié)論1) 水泥含量為3%的穩(wěn)定級(jí)配碎石在強(qiáng)度、回彈模量、滲透性和壓實(shí)性等方面均滿足基床表層對(duì)材料的要求。2) 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限強(qiáng)度和水穩(wěn)性隨水泥含量增加而增加。3) 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的無側(cè)限強(qiáng)度和水穩(wěn)性隨齡期增加而增加。水泥含量為3%的情況下