級配碎石基床級配室內試驗報告

1、基床水泥穩(wěn)定級配碎石的材料試驗1.引言按新建時速200公里客貨共線鐵路設計暫行規(guī)定，遂渝鐵路基床表層材料采用級配碎石或砂礫石，基床表層厚度為0.60m。在進行基床級配碎石填筑工藝試驗時，發(fā)現，在碾壓施工后，不能發(fā)生凝結反，K30值達不到規(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配碎石以卵石為基材，通過破碎而成。卵石材質以花崗巖和玄武巖為主，在破碎過程中，細粒含量特別是小于0.075mm的成分明顯偏低。又加之花崗巖和玄武巖這兩種材質的表面活動性低。對于這種情況，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，且價格昂貴，因此，專家討論推薦采用低配

2、比的水泥進行穩(wěn)定處理，并委托課題組對級配碎石進行水泥穩(wěn)定試驗。2.試驗內容和分組根據現場施工實際情況，選擇了兩種級配碎石(鐵一局和鐵18局采用的級配碎石)進行試驗研究。根據基床表層對材料力學特性、施工工藝方面的要求，試驗研究的主要內容包括擊實試驗、無側限強度試驗、回彈模量試驗和滲透試驗，從強度、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：級配碎石的比例為：2：6：100，2：10：100，2：14：100。試驗分組和編號

3、如表1。其中T1表示1集料，T2表示2集料。表1試驗分組與編號編號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.試驗結果分析3.1級配曲線圖1和圖2分別是1#和2#集料的級配曲線。圖中上限和下限分別是路基設計規(guī)范規(guī)定的級配碎石級配的上下限值。從圖中可看出，1土樣的級配介于規(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范圍內的粒徑較均勻。圖11集料級配曲線圖22集料級配曲線3.2擊實試驗理論上講，對于級配碎石這類粗粒土應該采用振動法，以相對密度或孔隙率作為密實度標準，但摻加水泥和粉煤灰后，因不能采用振動法，因此，采用擊實試驗。本次試驗采用重型擊實試驗。圖315是不同擊實曲線。表2列出了各組的最佳含水量w和最大干密度d。從表中數據可看出，對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，可認為是一致的。表2擊實試驗結果編號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擊實曲線圖4 T1-2擊實曲線圖5 T1-3擊實曲線圖6 T1-4擊

6、實曲線圖7 T1-5擊實曲線圖8 T1-6擊實曲線圖9 T1-7擊實曲線圖10 T1-1擊實曲線圖11 T1-9擊實曲線圖12 T1-10擊實曲線圖13 T2-1擊實曲線圖14 T2-2擊實曲線圖15 T2-3擊實曲線3.3無側限強度試驗在穩(wěn)定改良土的研究中，通常采用無側限強度指標作為評價強度的指標。按照試驗規(guī)范要求，在室內進行水泥或水泥加粉煤灰穩(wěn)定級配碎石無側限強度試驗，采用150*150mm的圓柱形試樣，試樣根據計劃的密實度和含水量采取靜壓方法制作。試樣制作前，將干燥的級配碎石與水泥或粉煤灰混合后，按計劃含水量拌合均勻，并迅速制作出試樣。若拌和土時間超過4小時尚未做出試樣，土樣做廢。按規(guī)程

7、要求，無側限強度試驗每組試樣數量至少6個樣，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個樣，一組在25°恒溫箱下養(yǎng)護7日，進行無側限試驗，得到改良土的不浸水無側限強度。另一組在在25°恒溫箱下養(yǎng)護6日后，取出后浸水24小時，進行無側限試驗，得到浸水強度。浸水無側限強度與不浸水無側限強度之比即為材料的水穩(wěn)定性系數，反映材料的水穩(wěn)性。表3是無側限強度和水穩(wěn)性試驗結果。表3 無側限強度編號不浸水無側限強度(MPa)浸水無側限強度(MPa)水穩(wěn)定系數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對于1#集料，當水泥配比為2%、3%和4%時，水泥穩(wěn)定級配碎石的不浸水無側限強度分別為0.91MPa、1.34MPa和1.38MPa， 浸水無側限強度分別為0.77MPa、1.04MPMPa和1.12MPa，水穩(wěn)系數分別為0.85、0.78和0.81，由此可見，隨著水泥含量增加，水泥穩(wěn)定級配碎石的不浸水與浸水無側限強度增加，但水穩(wěn)性系數基本一致。從強度方面來考慮，配比

9、為2%的水泥穩(wěn)定級配碎石能夠滿足基床表層對材料的要求。對于1#集料，只摻加粉煤灰的情況下(T1-4T1-6)，試樣在養(yǎng)護6天后，試樣浸水即崩解，因此，其浸水無側限強度為0。同時，也可看出，在不浸水條件下，其無側限強度也較小，這是由于此粉煤灰改良土的強度增加較緩慢，通常需要在28天齡期之后，無側限強度才能達到最終強度60%以上?？梢?， 根據施工工期的要求，單獨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)定級配碎石的不浸水無側限強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，不浸水無側限強度分別為0.59MPa、0.60MPa和0.93MPa，浸水無側強度隨

10、粉煤灰含量增加的變化較小。且所有試驗組的無側限強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)定級配碎石近期強度的增加。對于2#集料穩(wěn)定效果更差一籌，因此，從強度方面考慮，不應該采用摻加粉煤灰和水泥的方案。通過以上分析，從無側限強度和施工方便性考慮，建議采用3%的水泥含量的穩(wěn)定級配碎石。為了研究水泥含量為3%的穩(wěn)定級配碎石的長期強度，進行了2d、7d、28d、90d和180d的無側限強度(圖16和表4 )，從圖中可看出，隨著齡期的增加，無側限強度也隨之增加，強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)系數也越來越接近，在180d時，水穩(wěn)系數達到0.9

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

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

13、造的滲透儀。滲透試驗進行了3個試樣，試樣1是級配碎石，試樣2是2%水泥穩(wěn)定級配碎石，試樣3是水泥穩(wěn)定級配碎石。三個試驗的試驗結果見表6?？梢?， 3%水泥穩(wěn)定級配碎石的滲透系數是級配碎石的1.15%，具有一定的防滲能力。表6 滲透試驗結果試樣編號試樣高度(cm)試樣直徑(cm)測定時間(s)滲透量(ml)初始水頭(cm)試后水頭(cm)水力梯度滲透系數(cm/s)11515.160027083654.935.10E-0421515260025086624.931.10E-0431515.26222030084.5514.525.89E-06 4、結論1) 水泥含量為3%的穩(wěn)定級配碎石在強度、回彈模量、滲透性和壓實性等方面均滿足基床表層對材料的要求。2) 水泥穩(wěn)定級配碎石的無側限強度和水穩(wěn)性隨水泥含量增加而增加。3) 水泥穩(wěn)定級配碎石的無側限強度和水穩(wěn)性隨齡期增加而增加。水泥含量為3%的情況下