东北地区基层材料抗冻融性能要求研究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuehua812
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:为提高东北地区路面基层抗冻融性能,通过调查和试验对比分析,开展不同基层类型抗冻融特性;以及半刚性基层抗冻融实验方法与设计标准的研究。结果表明:影响水泥稳定碎石基层抗冻性的因素有水泥剂量、级配等因素,基层密实度好则其抗冻性越好;下基层采用半刚性材料,上基层采用大粒径沥青混凝土组成的组合式基层,对改善路面抗冻性具有良好的适用性;最后通过试验对比分析,最终确定了半刚性基层抗冻试验方法与标准。
  关键词:季冻区;基层;抗冻融;试验方法;标准
  中图分类号: D267 文献标识码: A
  
  在季节性冰冻地区,一年之内会经受多次冻融循环,其中既包括不利季节内的短期高频率冻融循环,也包括一年乃至数年内的冻融大循环。在行车荷载、大温差变化、冻融循环、水的作用等众多因素的共同作用下,路面基层极易产生低温缩裂、冻胀、融沉、翻浆等病害。目前我国使用广泛的半刚性材料,但较少发现有关冻融循环综合作用方面的研究资料,现有冻融试验主要都是针对水泥混凝土。鉴于此,本文针对东北地区气候特点和以往基层结构和材料形式,开展不同基层类型抗冻融特性;以及半刚性基层抗冻融实验方法与设计标准的研究。以提高东北地区路面基层抗冻融性能。
  1、不同基层类型抗冻融对比分析
  季冻区沥青路面受温度变化、降雨(雪)量和太阳辐射等因素影响显著,特别是水的冻融条件造成的基层破坏,是影响季冻区沥青路面耐久性和使用寿命的一个重要因素。在对季冻区气候条件进行调查的此基础上对半刚性基层、柔性基层及组合式基层使用性能进行调查,分析基层冻融破坏机理及其影响因素。
  (1)东北气候数据统计
  对东北地区1961~2000年40年气温统计资料和1991~2000年10年降水和冻结指数资料进行调查汇总,结果见表1所示。
  表1东北气候数据统计表
  
  
  
  根据表1可知,东北不同地区气候特点呈现地域分布特点,不同的气候条件决定了沥青路面基层的设计指标和材料指标都不相同。根据《公路工程抗冻设计与施工技术指南》中道路冻区划分可知,东北三省主要属于重冻区和中冻区。根据吉林省太阳辐射调查情况可知,吉林省太阳总辐射平均值为4787.4MJ/m2.a,近46年吉林省夏季太阳总辐射最大为1573.3MJ/m2,春季次之为1524.0MJ/m2,秋季为997.8MJ/m2,冬季最小为690.8MJ/m2。路面在使用过程中受到车辆荷载的反复作用、超载现象以及水和温度状况变化等循环作用的影响,结构整体刚度逐渐下降,表现为路表弯沉随时间增长而呈现衰减现象。半刚性基层经过反复冻融,结构内部出现微裂缝,经过数次冻融循环后,微裂缝逐渐累积,有的表现出纵向或横向规律性裂缝,有的则呈现出不规则的网状裂缝。
  (2)柔性基层使用性能调查
  调查结果表明:沥青碎石试验段的裂缝率明显低于半刚性基层沥青路面的裂缝情况,观测数据进一步说明沥青碎石层可有效地延缓反射裂缝的发生时间。反射裂缝的有效减少,层间连接更加牢固,增加了基层的整体性能,可以明显改善基层的湿度环境,弱化基层发生冻融破坏的环境,从而改善路面的整体抗冻性能。组合式基层沥青路面具有更好的抗冻融性能。
  (3)半刚性基层抗冻性分析
  二灰碎石材料抗冻性能受材料性质(如石灰粉煤灰细度、有效钙镁含量等)、级配、配合比及养生条件等诸多因素影响。随着有效石灰钙镁含量和二灰细度的降低,冻融后的残留强度及残留强度比逐渐下降。级配、配合比及养生条件影响二灰碎石试件的吸水率,从而影响其抗冻性能,吸水率大,则密实度降低,抗冻性差;反之,则抗冻性好。影响水泥稳定碎石基层抗冻性的因素有水泥剂量、级配等因素,水泥剂量高、基层密实度好则其抗冻性好。
  (4)不同类型基层使用期间抗冻融性对比
  通过对已通车路段半刚性基层和柔性基层进行取芯,以芯样冻融循环试验来评价不同类型基层的抗冻性。试验结果表明,沥青稳定碎石类柔性基层虽然吸水率高于水泥稳定碎石半刚性基层,但在相同的冰冻环境中,沥青碎石基层具有适应路面冻融稳定的优越性。
  (5)不同类型基层抗冻适用性分析
  二灰稳定类基层材料早期强度低,抗冻性较差,因此不宜在低于5℃的低温环境地区和昼夜温差和降雨(雪)量大较大地区施工。下基层采用半刚性材料,上基层采用大粒径沥青混凝土组成的组合式基层,对延缓沥青路面收缩裂缝具有显著的作用,从而改善路面抗冻性具有良好的适用性。
  2、半刚性基层抗冻融实验方法与设计标准的研究
  半刚性基层材料室内冻融试验条件及试验方法的确定是评价不同半刚性基层抗冻性的基础和前提,冻融循环试验是评价不同半刚性基层抗冻性、确定其抗冻性评价标准和影响因素分析的依据。通过不同冻融循环次数试验,分析不同类型半刚性基层材料的冻融衰减规律。
  2.1、半刚性基层抗冻试验方法的研究
  为提出合理的抗冻试验方法分别进行了冻融温度、冻融时间、冻融次数、试件的养生龄期及抗冻指标方面的研究。根据观测、调查及试验结果提出了适合季节性冰冻地区半刚性基层材料的抗冻试验方法和具体的指标要求。
  (1)冻融温度的确定
  抗冻试验方法中采用的冻融温度应为半刚性材料冬季时的实际工作温度,为获得合理的冻融温度,对季节性冰冻地区路面半刚性基层冬季工作温度进行了广泛的调查和观测。选取路面基层或底基层已铺筑完,但尚未建成通车的公路为对象,开展现场观测工作。工作内容包括在设定的6个路段进行冻前冻后钻探取样和埋设元件进行地温、冻深、地下水和地表冻胀观测。做常规土工测试项目、进行冻胀试验和冻土融化压缩试验。
  在路面基层及路基的不同深度埋设温度传感器观测地温变化,以Z1孔地温观测基本数据为例进行分析。图1为进入冰冻时期的12.08~02.01期间地温随测点深度的变化曲线。从图可以看出不同观测日期地温和测点深度成很好的线性关系。因此可以得出基层施工完即进入冰冻时期的基层表层温度范围应为-11~-14℃。考虑冻融试验的冻结速度和冻融试验的可靠性,确定半刚性基层材料在抗冻试验的温度。
  
  
  
  图1 Z1孔地温观测基本数据
  (2)凍融时间的确定
  对于冻融循环中的冻结和融化时间,《水泥混凝土抗冻性试验方法》(快冻法)(T0525)中规定用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4,在冻结和融化终了时以试件中心温度为控制指标。我们参考上述内容进行了一系列试验研究。
  考虑目前国内制冷设备的性能及价格,只有大型的科研机构和工程规模较大的试验室才有可能配备大型风冷制冷设备,而相当多的工地试验室会选用家用型的冰箱、冰柜代替,而且一组试验中有9个试件,考虑冰箱及冰柜的制冷速度,并根据冻融试验中试件内部的温度变化,所以确定冻融循环中冻的时间为16小时,融化的时间为8小时,一个冻融循环为24小时,这样在时间上、操作上都比较方便。对于试验条件中的融化条件,主要是考虑试件放入水中融化较快,融化温度规定为接近室温的20℃±1℃,同时也是模拟实际工程中有水的使用环境。
  (3)试件养生龄期的确定
  部颁《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)中规定了冬季路面结构承受冻融循环作用次数多的北方地区,半刚性基层应在夏季到来之前或在夏季组织施工,二灰类基层施工时间应在第一次重冰冻(-3℃~-5℃)到来之前一个月到一个半月前停止施工,由于重冰冻来临前一个月(半刚性基层强度取决于养生温度与时间的乘积)这一时期的气温平均低于20℃,将实际气温与标准养生20℃的温度进行换算后,施工期基层的养生时间接近28天,所以用28天的养生龄期去评价施工期间的抗冻性能是比较合理的。
  
  
  
  图2 二灰碎石强度与龄期的关系
  图2 是某省嵌挤结构二灰碎石和部颁《公路路面基层施工技术规范》中的二灰碎石强度与龄期的关系。
  从图2中可看出嵌挤结构和部颁规范级配两者二灰碎石强度与龄期成良好的对数关系。二灰类基层材料二灰碎石7天到28天之间强度增长较快,28天后强度增长较慢,而180天后强度增加的幅度很小,所以用180天的养生龄期去评价使用期材料的抗冻性是比较合理的。
  (4)冻融循环次数的确定
  冻融试验中的冻融循环次数要求能够模拟半刚性材料施工期间的冻融破坏和使用期内的冻融破坏两种情况。
  对采用不同集料级配的二灰碎石在标准养生条件(温度20±1℃,湿度97%)下养生28天后进行冻融循环试验,冻融循环次数分别为5次和10次,二灰碎石的配合比和集料级配见表2,试验结果见表3和表4。
  由以上试验条件确定了半刚性基层抗冻性试验方法。
  表2二灰稳定类基层不同配合比和集料通过率
  
  
  
  表3二灰碎石28天龄期5次冻融循环强度及残留强度比
  
  
  
  表4二灰碎石180天龄期10次冻融循环强度及残留比
  
  
  
  通过冻融循环试验可以得出,养生28天龄期的二灰碎石在进行10次冻融循环的试验中,其残留强度及质量损失在5次冻融循环前变化不明显,而5次之后有显著变化,所以采用5次冻融循环后的残留强度来评价施工期间的抗冻性能。对养生180天龄期的半刚性材料,因其冻前具有了一定强度,用10次冻融循环后的残留强度来评价其抗冻性能。
  (5)最终确定的半刚性基层抗冻试验方法与标准
  ①半刚性基层抗冻试验方法
  根據沥青路面基层工作温度观测结果,借鉴水泥混凝土快速冻融试验条件,拟定半刚性基层材料室内试验温度条件为,冻结温度为-18℃±1℃,融化温度为20℃±1℃。根据冻融试验中试件内部温度变化速率确定冻结温度为16小时,融化时间为8小时,一个冻融循环时间为24小时。
  ②半刚性基层抗冻性评价标准
  室内试验结果表明:对于二灰稳定碎石类半刚性基层材料,宜采用28天龄期5次冻融循环的残留强度比来评价施工期间的抗冻性,180天龄期10次冻融循环残留强度比来评价其使用期间的抗冻性。对于水泥稳定碎石(砾石)类半刚性基层,可不考虑其施工期间的抗冻性,采用180天龄期的冻融残留强度比去评价水泥稳定砂砾使用期间的抗冻性。
  2.2、不同结合料半刚性基层混合料冻融试验
  (1)钙镁含量不同的石灰做结合料的半刚性基层
  工程实际中经常有消解后的石灰由于存放时间过长,其有效钙镁含量低于Ⅲ级灰的标准,施工单位从经济的角度考虑,仍把这种石灰用于二灰类基层施工中,从而影响了半刚性基层的强度及抗冻性能。针对这种情况,大量的室内试验,分析不同钙镁含量的石灰对半刚性基层强度影响。
  将28天龄期二灰土不同钙镁含量与抗压强度的关系绘制成图3,二灰土的配合比为:石灰:粉煤灰:土=10:30:60,其中石灰的钙镁含量分别为40%,50%,55%、60%、65%。
  
  
  
  图3 石灰钙镁含量不同二灰比28天强度比较
  从图3中可以看出石灰中钙镁剂量过低对二灰土强度构成影响,钙镁含量低于55%时,强度明显降低,所以在施工中应严格控制石灰的钙镁含量。
  (2)粉煤灰细度对半刚性材料的影响
  粉煤灰细度是影响二灰碎石强度指标的主要因素,对东北地区22种粉煤灰的物理、化学性能指标进行调查。
  表5各主要粉煤灰产地出产粉煤灰物理、化学指标
  
  
  
  对不同细度粉煤灰的二灰碎石进行了28天龄期冻融循环试验,表6是几种不同比表面积的粉煤灰的强度和冻后残留强度比较。
  表6不同细度粉煤灰二灰碎石28d强度及冻融后强度比较
  
  
  
  从表6中可看出粉煤灰的细度对混合料的强度和抗冻性都有较明显的影响。
  3、结论
  (1)影响水泥稳定碎石基层抗冻性的因素有水泥剂量、级配等因素,水泥剂量高、基层密实度好则其抗冻性越好。
  (2)下基层采用半刚性材料,上基层采用大粒径沥青混凝土组成的组合式基层,对延缓沥青路面收缩裂缝具有显著的作用,从而改善路面抗冻性具有良好的适用性。
  (3)通过试验对比分析,最终确定了半刚性基层抗冻试验方法与标准。
  参考文献:
  [1] JTGD50-2006,公路沥青路面设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.
  [2] JTJ034 -2000, 公路路面基层施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.
  [3] JTG E60-2008, 公路路基路面现场测试规程[S].北京:人民交通出版社,2008.
  [4] JTJ E51-2000, 公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2009.
其他文献
【摘要】从驾驶员心理角度,分析了道路交通中道路线形要素(直线、平曲线、竖曲线、横断面以及线形组合)对交通安全的影响。分析了不良道路线形条件是如何诱发道路交通安全事故。从驾驶员心理角度对道路线形设计提出了几点建议。  【关键词】道路线形;交通安全;驾驶员心理  中图分类号: C913 文献标识码: A  道路线形是由平、竖曲线和直线组合在一起形成的,道路线形是否协调对道路交通安全和畅通有很大影响。大
期刊
【摘要】在变电站工程项目中,变压器和GIS设备的安装是一项高难度的工作,每一个安装步骤实施到位与否都将对整个变电站的安全构重大的影响。因此,有必要对每个安装过程和细节进行规范化,本文就针对这个问题,分析了变压器和GIS设备变压器设备的安装质量通病,然后提出了具体的控制措施。希望能为电力施工技术人员提供有价值的参考。  【关键词】變压器;GIS设备;安装调试技术  中图分类号: TM4 文献标识码:
期刊
[摘要]:在我国社会经济快速发展的环境下,建筑工程也随之发展。并在实践与经验的总结下,逐渐意识到了结构自防水的重要性。所以,在实现结构自防水有效性的探索、研究中,也逐渐开始在利用具有补偿收缩、防渗抗裂性能的砼的同时,进行膨胀剂的渗入。然而,从具体的工程建设环节来看,其工程问题的出现也大多出现在这个环节,因此,为了有效提高工程的自防水作用,提高建筑质量,就需要深化膨胀剂在砼补偿收缩中作用研究。本文笔
期刊
摘要:房地产市场的发展关系着我国经济社会的健康稳定,房地产市场从形式上可以分为很多种,但是其运营方式上却殊途同归,对于资金的来源大都是通过银行贷款的方式来运作,而在房地产开发商与银行之间存在着信息的不对称,本文主要分析房地产开发商与银行间的博弈关系,来更加清楚的阐述两者在房地产市场中的关系。  关键词:房地产;信息不对称;博弈  中图分类号:F293文献标识码: A  1 前沿  近几年房地产市场
期刊
摘要:电气安装工作本身具有一定的危险性,尤其是在进行强电施工时,更需要严格地按照强电施工标准进行,稍有疏忽都可能留下重大的安全隐患。本文对强电施工工程管理进行研究。  关键词:强电;施工;工程管理  中图分类号:TU71文献标识码: A  前言  随着经济和社会的快速发展,人们的生活水平越来越高,对于居住的条件和环境也有了新的要求,尤其是针对建筑的电气化有了更高的标准。这也就为电气安装中强电的施工
期刊
摘要:开发项目的工程管理是房地产企业的核心,开发商都希望能通过加强工程管理来适当降低工程造价,同时也是降低工程风险的有效途径。然而,房地产开发项目具有开发的周期长、投资多、技术要求高以及风险大等特点,这也决定了其工程管理是一项十分复杂的系统性工作,工程管理与房地产工程的建设等各方面都有着极其密切的关系,贯穿于工程建设每一个阶段。若房地产开发项目工程管理所收到的成效较好,有利于提高整个房地产工程的质
期刊
摘 要:本文主要对铺装材料进行探讨,并对园林的铺装艺术形式及运用进行分析,使铺装材料更能与周围环境融合,从而突出环境特点。  关键词:园林景观;铺装形式;铺装材料  中图分类号:TU986文献标识码: A  1铺装形式和材料应用  1.1广场铺装  园林广场指场地当中面积较大,可提供集中活动,通常位于园子出入口,水体的周边,重要的建筑前等,大部分都设有喷泉、水景、树阵、雕塑等标志性构筑物,但铺装面
期刊
摘要:根据框架结构低层工程实例提出了3种增层方案,分别为直接增层方案,分离式套建结构增层方案和整体式套建结构增层方案。并通过pkpm2010进行建模分析了分离式套建结构增层方案和整体式套建结构增层方案的楼层位移,并且分析了其优劣性。  关键词:套建结构,增层,楼层位移,地震作用  中图分类号:S611文献标识码: A  0.引言  随着我国综合国力的不断增强,带动了建筑行业的飞速发展。根据国家统计
期刊
摘要:随着低碳环保理念的进一步贯彻,人们对于各种新型清洁能源的应用也会越来越广泛。而风力发电技术作为低碳经济的重要部分,在未来的发展中必将有其新的意义和内涵。本文对风力发电技术的研究现状进行研究。  关键词:风力发电技术;特点及原理;研究现状  中图分类号:TV文献标识码: A  前言  随着全球经济的不断发展,全球变暖问题也在不断的加剧,因此全球各国都开始重视低碳环保理念在各行各业中的贯彻。在此
期刊
摘要:目前随着我国用电水平的不断提高,低压配电线路也随之快速发展起来,而竞争越来越激烈的今天,对低压配电的设计也提出了更高的要求。本文将对我国低压配电设计的现状、其中存在的问题和相关的关键点做一个探讨。  关键词:低压配电;设计;问题  中图分类号:S611文献标识码: A  为了使得低压配电设计做到保障人身的生命以及财产安全,在具体的工作中做到技术上的先进、功能方面的完善、配电方面的可靠,那么就
期刊