级配碎石基床级配室内试验报告-1[2].doc

基床水泥稳定级配碎石的材料试验
1.引言
按《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》，遂渝铁路基床表层材料采用级配碎石或砂砾石，基床表层厚度为0.60m。在进行基床级配碎石填筑工艺试验时，发现，在碾压施工后，不能发生凝结反,K30值达不到规范要求，基床表层的整体性明显较差。究其原因是，遂渝铁路遂宁段的级配碎石以卵石为基材,通过破碎而成。卵石材质以花岗岩和玄武岩为主,在破碎过程中，细粒含量特别是小于0.075mm的成分明显偏低.又加之花岗岩和玄武岩这两种材质的表面活动性低。对于这种情况，目前处理方法是掺加石粉（以石灰石粉主要),但在遂渝线遂宁段，石粉很难找到，且价格昂贵，因此，专家讨论推荐采用低配比的水泥进行稳定处理，并委托课题组对级配碎石进行水泥稳定试验。
2.试验内容和分组
根据现场施工实际情况，选择了两种级配碎石（铁一局和铁18局采用的级配碎石）进行试验研究.根据基床表层对材料力学特性、施工工艺方面的要求，试验研究的主要内容包括击实试验、无侧限强度试验、回弹模量试验和渗透试验，从强度、模量和渗透三方面确定合适的改良方法，并考虑了龄期的影响.
改良方法采用水泥稳定和水泥加粉煤灰稳定两种方式.其中水泥稳定的情况，水泥与级配碎石比例为:2：100，3：100和4:100。水泥加粉煤灰稳定的情况，水泥:粉煤灰:级配碎石的比例为:2：6:100，2：10：100,2：14：100.试验分组和编号如表1.其中T1表示1＃集料，T2表示2＃集料。
表1　试验分组与编号
编号
T1－1
T1－2
T1－3
T1－4
T1－5
T1－6

水泥含量（%)
2。00
3。00
4.00
0。00
0.00
0.00

粉煤灰含量（％）
0.00
0.00
0。00
6.00
10.00
14。00

编号
T1－7
T1－8
T1－9
T1－10
T2－1
T2－2
T2－3
水泥含量(％）
2。00
2.00
2.00
1.00
2。00
2.00
2.00
粉煤灰含量（%）
6。00
10.00
14.00
6.00
6。00
10.00
14.00
3.试验结果分析
3。1级配曲线
图1和图2分别是1＃和2＃集料的级配曲线。图中上限和下限分别是路基设计规范规定的级配碎石级配的上下限值。从图中可看出，1＃土样的级配介于规范规定的上下限值之间，基本满足规范要求。2#土样在粒径大于2mm后，曲线均低于规范下限值的要求，且曲线较陡，说明2＃土样的小粒径的含量明显偏低，且10mm～40mm范围内的粒径较均匀。

图1　1＃集料级配曲线

图2　2＃集料级配曲线

3。2击实试验
理论上讲，对于级配碎石这类粗粒土应该采用振动法，以相对密度或孔隙率作为密实度标准，但掺加水泥和粉煤灰后,因不能采用振动法，因此，采用击实试验.本次试验采用重型击实试验.
图3~15是不同击实曲线。表2列出了各组的最佳含水量w和最大干密度γd。从表中数据可看出,对于相同改良方法的情况，如T1—1~T1—3、T1—4～T1—6、T1—7~T1—9和T2-1～T2—3，随着改良剂掺加量的增加,w和γd均有增加，但变化幅度较小，可认为是一致的。
表2　击实试验结果
编号
T1－1
T1－2
T1－3
T1－4
T1－5
T1－6

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

编号
T1－7
T1－8
T1－9
T1－10
T2－1
T2－2
T2－3
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

图3 T1-1击实曲线

图4 T1—2击实曲线

图5 T1-3击实曲线

图6 T1—4击实曲线

图7 T1-5击实曲线

图8 T1-6击实曲线

图9 T1-7击实曲线

图10 T1—1击实曲线

图11 T1-9击实曲线

图12 T1—10击实曲线

图13 T2—1击实曲线

图14 T2-2击实曲线

图15 T2—3击实曲线

3.3无侧限强度试验
在稳定改良土的研究中，通常采用无侧限强度指标作为评价强度的指标.按照试验规范要求，在室内进行水泥或水泥加粉煤灰稳定级配碎石无侧限强度试验，采用150＊150mm的圆柱形试样,试样根据计划的密实度和含水量采取静压方法制作。试样制作前,将干燥的级配碎石与水泥或粉煤灰混合后,按计划含水量拌合均匀，并迅速制作出试样。若拌和土时间超过4小时尚未做出试样，土样做废。按规程要求，无侧限强度试验每组试样数量至少6个样，取其平均值。试样做好后，每一种配比情况下的试样分成2组，每组6个样，一组在25°恒温箱下养护7日，进行无侧限试验，得到改良土的不浸水无侧限强度。另一组在在25°恒温箱下养护6日后，取出后浸水24小时，进行无侧限试验，得到浸水强度。浸水无侧限强度与不浸水无侧限强度之比即为材料的水稳定性系数，反映材料的水稳性。表3是无侧限强度和水稳性试验结果.
表3 无侧限强度
编号
不浸水无侧限强度(MPa）
浸水无侧限强度（MPa）
水稳定系数
T1－1
0.91
0。77
0.85
T1－2
1。34
1。04
0.78
T1－3
1.38
1。12
0。81
T1－4
0.08

T1－5
0.11

T1－6
0.08

T1－7
0。59
0.46
0。78
T1－8
0。60
0.57
0.94
T1－9
0。93
0。58
0.63
T1－10
0。61
0.49
0。80
T2－1
0。48
0。40
0。84
T2－2
0.66
0。55
0.83
T2－3
0.67
0。57
0.84
对于1＃集料,当水泥配比为2%、3%和4％时，水泥稳定级配碎石的不浸水无侧限强度分别为0.91MPa、1.34MPa和1.38MPa， 浸水无侧限强度分别为0.77MPa、1.04MPMPa和1.12MPa,水稳系数分别为0.85、0.78和0.81,由此可见，随着水泥含量增加，水泥稳定级配碎石的不浸水与浸水无侧限强度增加，但水稳性系数基本一致。从强度方面来考虑,配比为2％的水泥稳定级配碎石能够满足基床表层对材料的要求.
对于1#集料,只掺加粉煤灰的情况下(T1-4~T1-6）,试样在养护6天后,试样浸水即崩解,因此，其浸水无侧限强度为0。同时，也可看出，在不浸水条件下,其无侧限强度也较小，这是由于此粉煤灰改良土的强度增加较缓慢，通常需要在28天龄期之后，无侧限强度才能达到最终强度60%以上。可见, 根据施工工期的要求,单独采用粉煤灰改良的方法是不可行的。
在水泥含量为2%，水泥稳定级配碎石的不浸水无侧限强度随粉煤灰含量增加而增加,在粉煤灰含量分别为6%、10％和14％的情况下,不浸水无侧限强度分别为0。59MPa、0。60MPa和0。93MPa，浸水无侧强度随粉煤灰含量增加的变化较小。且所有试验组的无侧限强度均小于只掺加相同含量水泥(T1-2组）的情况，这说明，掺加粉煤灰无助于稳定级配碎石近期强度的增加.对于2#集料稳定效果更差一筹，因此，从强度方面考虑,不应该采用掺加粉煤灰和水泥的方案。
通过以上分析,从无侧限强度和施工方便性考虑，建议采用3%的水泥含量的稳定级配碎石。为了研究水泥含量为3%的稳定级配碎石的长期强度,进行了2d、7d、28d、90d和180d的无侧限强度（图16和表4 )，从图中可看出，随着龄期的增加，无侧限强度也随之增加，强度增长速率随龄期增长越来越慢，最后将趋向于某一最终值。水稳系数也越来越接近,在180d时，水稳系数达到0。91。7d龄期的不浸水无侧限强度是180d的77.6％。而浸水条件下则为66。2%.
表4 掺加3%水泥的稳定级配碎石的无侧限强度
龄期(天)
2
7
28
90
180
浸水无侧限强度（MPa）
0。64
1。04
1.33
1.51
1。57
不浸水无侧限强度（MPa）
0.85
1.34
1。60
1.70
1.73
水稳性系数
0。75
0。78
0.83
0.89
0.91

图16 掺加3％水泥的稳定级配碎石的无侧限强度与龄期
3.4回弹模量试验
对于基床表层来讲，具有一定的弹性是必要的,但若弹性刚度过大，对行车的舒适性有影响。因此，合适的回弹模量对基床材料是必要的。根据《客货共线》要求基床表层K30在190MPa/m以上，根据此要求，计算回弹模量为42MPa，也就是讲，基床表层材料的回弹模量应在42MPa以上。本次回弹模量试验采用公路土工试验规程的强度仪法，分7级加载，最大加载压力为214kPa。每组试样为3 个，取3个样的回弹模量平均值作为该组的回弹模量值.表5是1#集料不同试验组合的回弹模量值，均大于42MPa。满足设计要求。
表5 掺加3%水泥的稳定级配碎石的回弹模量
编号
T1－1
T1－2
T1－3
T1－4
T1－5
T1－6
T1－7
T1－8
T1－9
回弹模量值(MPa）
101。2
144.6
249.6
50。8
70.32
74。9
56。5
96.98
100。0
3.5 渗透试验
渗透试验采用变水头渗透试验方式,试验装置采用改造的渗透仪。渗透试验进行了3个试样，试样1是级配碎石，试样2是2%水泥稳定级配碎石，试样3是水泥稳定级配碎石。三个试验的试验结果见表6。可见, 3%水泥稳定级配碎石的渗透系数是级配碎石的1.15%,具有一定的防渗能力.
表6 渗透试验结果
试样编号
试样高度（cm)
试样直径(cm)
测定时间（s)
渗透量(ml)
初始水头（cm）
试后水头（cm)
水力梯度
渗透系数（cm/s)
1
15
15.1
600
270
83
65
4。93
5.10E—04
2
15
15
2600
250
86
62
4。93
1。10E-04
3
15
15.2
62220
300
84。5
51
4.52
5.89E—06

4、结论
1) 水泥含量为3％的稳定级配碎石在强度、回弹模量、渗透性和压实性等方面均满足基床表层对材料的要求。
2) 水泥稳定级配碎石的无侧限强度和水稳性随水泥含量增加而增加.
3) 水泥稳定级配碎石的无侧限强度和水稳性随龄期增加而增加。水泥含量为3%的情况下，7d龄期的不浸水无侧限强度是180d的77.6%.而浸水条件下则为66.2％。
4) 集料级配对水泥稳定级配碎石的强度影响较大，细粒含量偏小的级配碎石经过水泥稳定改良后，其强度明显低于级配良好的级配碎石的情况。
5) 单独采用粉煤灰稳定改良的级配碎石浸水崩解。
6) 稳定改良的级配碎石的渗透系数随水泥含量增加而减少，3％水泥稳定级配碎石具有较好的防渗功能，其渗透系数是级配碎石的1.15%。