水稳碎石基层抗裂性试验研究
随着我国公路荷载的增加，道路碎石基层受到严峻的考验。虽然水稳碎石基层材料具有强度高，整体性以及水稳定性较好等特点，但很容易在运营期间内产生干缩裂缝和温缩裂缝，在一定程度上会减少道路的使用年限。本论文基于国内外关于水稳碎石基层抗裂性的研究现状以及水稳碎石基层开裂原因，重点研究添加外掺剂即聚丙烯纤维对水稳碎石基层的抗裂性能的影响。通过配合比设计制作出添加不同量的聚丙烯纤维（2‰、4‰、6‰、8‰、10‰）的混凝土试件，在进行七天养护成型后分别测定它们的水稳定性、干缩系数、温缩系数、抗压性能和抗折性能，然后对数据进行比较汇总分析，最后说明聚丙烯纤维能够有效的改善水稳碎石基层的抗裂性能。关键词 纤维水稳碎石基层，聚丙烯纤维，抗裂性
目 录
1 绪论 1
1.1 水稳碎石基层抗裂性研究目的和意义 1
1.2 国内外水泥稳定碎石材料研究概况 1
1.3 研究的主要内容和技术路线 4
2 水泥稳定碎石基层开裂成因分析 5
2.1 引言 5
2.2 水泥稳定碎石材料开裂的微观机理 5
2.3 水泥稳定碎石基层开裂的基本种类 8
3 抗裂性水稳碎石配合比设计 9
3.1 原材料选定及检验 10
3.2 确定水泥剂量的掺配范围 12
3.3 制作试件 12
3.4 确定试验配合比 13
3.5 混合料延时成型试验 14
4实验结果及分析 14
4.1总含水量损失与纤维掺加量的关系 14
4.2干缩系数与纤维掺加量的关系 15
4.3温缩系数与掺加量的关系 16
4.4抗压强度试验 16
4.5抗折强度试验 17
结 论 19
致 谢 20
1 绪论
1.1 水稳碎石基层抗裂性研究目的和意义
随着我国经济建设的迅猛发展，我国的道路建设也取得了巨大的成果。截至2014年年底，全国高速总里程超过11万公里，位居世界第一，而到2016年底，全国高速总里程已经突破13万公里。
但道路建设发 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
展的同时也伴随着重车，超载车辆的日益增加，以及高压轮胎的广泛使用，从而使得道路基层过早的受到破坏。虽然水稳碎石基层材料具有强度高，整体性以及水稳定性好等优点，在我国道路建设中被广泛运用，但是水稳碎石基层材料属于水硬性材料在施工过程后会发生一系列的物理化学反应，随着使用时间的增长其刚度和强度也在不断增强，在汽车荷载，温度荷载等的重复作用下，也是力有不逮。很容易在运营期间内产生干缩裂缝和低温收缩裂缝[1]，而且这种裂缝一旦产生，就会很容易扩展到路面的面层，不仅影响路面的美观性以及行车的舒畅，更会使道路的使用寿命大大的缩短。
因而，水稳碎石基层的抗裂性研究至关重要。通过对水泥稳定碎石基层的抗裂性研究，改善其抗裂性能，不仅能够有效的延缓路面基层出现裂缝的时间，从而减少“反射裂缝”对路面造成破坏，确保道路的正常运营，而且在某种程度上能扩张半刚性基层材料的广泛运用，并且对节约国家建设投资，降低工程成本，加快经济发展具有重要贡献。
1.2 国内外水泥稳定碎石材料研究概况
1.2.1 国内使用研究概况
我国对半刚性基层的大量应用走过了很长时间的一段路，不断地摸着石头过河，做过很多大量的研究探索，最终取得了非常多的宝贵经验。
在上个世纪的60年代之前，我们国家筑路使用的材料还仅仅只是一些砂石料，等到了大庆油田开发之后，才开始使用油田的渣油作为铺筑材料，但是这种渣油质量很差，而且蜡的含量尤其的高[2]。这种渣油还要进行表面的一些处治，在这个时候我们道路的基层最主要采用的还是石灰稳定土。在经过了十年的漫长时间，等到胜利油田开始建设了以后，我国才开始投入并生产道路使用的沥青。但在当时道路沥青的产量远远满足不了实际的需要。就在这种情况下，我国的道路部门的首要目标是加快我国公路路面的黑色化，没有办法只能大大缩减沥青面层的厚度。在当时，沥青面层的厚度只能达到68cm。厚度这么低的沥青面层其路面强度满足不了道路使用的需要，为了使路面保持足够的强度，只能采用水泥，石灰，粉煤灰等材料作为路面基层的结构，一定程度上也满足了当时路面的需求。大概又经历了十年的时间，到了二十世纪八十年代末期，因为我国交通量的急剧增加，对道路的半刚性基层的强度要求也要越来越严苛[3]，之前所修的道路满足不了需求之后，初步建造高等级的路面，少量的使用沥青的面层才慢慢过渡到沥青混凝土。同时期的交通部重点科研项目“半刚性基层沥青路面的研究”在当时产生了较大的影响。这个项目不仅对半刚性基层集料组成进行合理的配比，还采取了一些能够防止裂缝产生的技术措施。不但有效的利用了半刚性基层整体性好，强度高等特点；还一定程度上抑制了道路裂缝的产生。这一项目是我国第一次专业的系统性的对半刚性基层的反射裂缝进行研究，提出了很多具有建设性的技术措施，大大增加了道路的使用寿命。
除了以上两个比较大规模系统的研究外，我国各地方针对自己不同的道路建设状况，也做了很多针对性的研究。其中主要包括：添加外掺剂、碎石基层的材料含量、集料的集配、施工工艺以及养护手段。03年长安大学对水稳碎石基层中添加外掺剂的抗裂性能进行了研究，研究发现在其中添加恰当剂量的膨胀剂，能够有效地增强水稳碎石基层的稳定性，提高其抗裂性能[4]。06年浙大对大粒径水稳碎石的抗裂性能进行了相关方面的研究，研究发现大粒径的水稳碎石其抗拉强度、抗压强度远远大于通常的集配，但是粒径较大大就会降低基层的抗变形能力。
总体而言，我国经过多年的路面的发展实践。对配合比设计、试验评价体系、添加外掺济、集料的性质、以及路面基层的结构对水稳碎石进行了大量的研究。
1.2.2 国外使用研究概况
在二十世纪三十年代水稳材料第一次用于道路建设开始，国外在对它的使用上积蓄了非常多的经验，但是他们把对水稳材料探索的重心放在水泥稳定土上，相反对水稳碎石的应用和探讨相对来说就少了很多。国外对那些质量稍好的粒料不会做任何的处置就把它用作基层铺垫，当然在集料比较差的情况下比如有害杂质较多时，就会使用一些水泥对该材料进行改造。
就拿America来说，其在19601970年这段期间修建了非常多的水稳基层道路，他们国家的一些相关机构如太平洋联合资本、ACCK,USE都做出了详细的设计方案。在此期间，每个州的道路部门也做出了很多与其相关的规范，就如加利福尼亚州道路部门制订标准水稳材料的无侧限抗压强度就不能低于5.87MPA，后来由于出现大量的裂缝然后就把标准降低到5.16MPa[5]。通段时间德州交通局的规范不能低于4.82MPa，British Road Institute的规范要求是1.71—2.75MPa，USAFED的规范规定不能低于2.40MPa。拿加利福尼亚和德州来说，在这么高强度之下修建的路段，在其使用时出现大量的开裂现象，因此，这几个地方较长一段时间放弃了水泥的应用，转而使用石灰和粉煤灰等。一直到最近几十年，因为路段的大量的重修等原因，才把水稳基层重新运用，但是对其要求降低很多[6]。但是对水稳碎石材料的强度标准却并未降低反而较为偏高，一般的规范要求不能高于4.10mpa。德克萨斯州在之前的是十几年里建造了非常多的抗压强度标准为1.32mpa的水稳层，并且效果显著，然而这个强度标准下的水稳碎石的稳定性和耐久性还需要进一步的进行探讨。总体而言，在对水稳层的强度要求越来越降低，但是从目前来说，很多地方的专家部门都有不同的规范标准。20世纪末泰克.潶将America各个州对于水稳碎石材料的抗压强度做出了比对，各地规范的范围总体趋于0.838.0MPa（1201160psi）之间。在对他们的使用上，各个州的情况也不一样，总体而言水稳基层现在在美国应用不多。根据调查发现，对水稳碎石层应用较多的就仅有德克萨斯州、左州、路易斯州三个地方。但是从稳定混凝土的基层，底层里，经常能够看到水稳碎石材料的使用。各个地方的使用趋势差异也很明显，较多地方已经逐渐减少对水稳碎石基层的使用。
目 录
1 绪论 1
1.1 水稳碎石基层抗裂性研究目的和意义 1
1.2 国内外水泥稳定碎石材料研究概况 1
1.3 研究的主要内容和技术路线 4
2 水泥稳定碎石基层开裂成因分析 5
2.1 引言 5
2.2 水泥稳定碎石材料开裂的微观机理 5
2.3 水泥稳定碎石基层开裂的基本种类 8
3 抗裂性水稳碎石配合比设计 9
3.1 原材料选定及检验 10
3.2 确定水泥剂量的掺配范围 12
3.3 制作试件 12
3.4 确定试验配合比 13
3.5 混合料延时成型试验 14
4实验结果及分析 14
4.1总含水量损失与纤维掺加量的关系 14
4.2干缩系数与纤维掺加量的关系 15
4.3温缩系数与掺加量的关系 16
4.4抗压强度试验 16
4.5抗折强度试验 17
结 论 19
致 谢 20
1 绪论
1.1 水稳碎石基层抗裂性研究目的和意义
随着我国经济建设的迅猛发展，我国的道路建设也取得了巨大的成果。截至2014年年底，全国高速总里程超过11万公里，位居世界第一，而到2016年底，全国高速总里程已经突破13万公里。
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展的同时也伴随着重车，超载车辆的日益增加，以及高压轮胎的广泛使用，从而使得道路基层过早的受到破坏。虽然水稳碎石基层材料具有强度高，整体性以及水稳定性好等优点，在我国道路建设中被广泛运用，但是水稳碎石基层材料属于水硬性材料在施工过程后会发生一系列的物理化学反应，随着使用时间的增长其刚度和强度也在不断增强，在汽车荷载，温度荷载等的重复作用下，也是力有不逮。很容易在运营期间内产生干缩裂缝和低温收缩裂缝[1]，而且这种裂缝一旦产生，就会很容易扩展到路面的面层，不仅影响路面的美观性以及行车的舒畅，更会使道路的使用寿命大大的缩短。
因而，水稳碎石基层的抗裂性研究至关重要。通过对水泥稳定碎石基层的抗裂性研究，改善其抗裂性能，不仅能够有效的延缓路面基层出现裂缝的时间，从而减少“反射裂缝”对路面造成破坏，确保道路的正常运营，而且在某种程度上能扩张半刚性基层材料的广泛运用，并且对节约国家建设投资，降低工程成本，加快经济发展具有重要贡献。
1.2 国内外水泥稳定碎石材料研究概况
1.2.1 国内使用研究概况
我国对半刚性基层的大量应用走过了很长时间的一段路，不断地摸着石头过河，做过很多大量的研究探索，最终取得了非常多的宝贵经验。
在上个世纪的60年代之前，我们国家筑路使用的材料还仅仅只是一些砂石料，等到了大庆油田开发之后，才开始使用油田的渣油作为铺筑材料，但是这种渣油质量很差，而且蜡的含量尤其的高[2]。这种渣油还要进行表面的一些处治，在这个时候我们道路的基层最主要采用的还是石灰稳定土。在经过了十年的漫长时间，等到胜利油田开始建设了以后，我国才开始投入并生产道路使用的沥青。但在当时道路沥青的产量远远满足不了实际的需要。就在这种情况下，我国的道路部门的首要目标是加快我国公路路面的黑色化，没有办法只能大大缩减沥青面层的厚度。在当时，沥青面层的厚度只能达到68cm。厚度这么低的沥青面层其路面强度满足不了道路使用的需要，为了使路面保持足够的强度，只能采用水泥，石灰，粉煤灰等材料作为路面基层的结构，一定程度上也满足了当时路面的需求。大概又经历了十年的时间，到了二十世纪八十年代末期，因为我国交通量的急剧增加，对道路的半刚性基层的强度要求也要越来越严苛[3]，之前所修的道路满足不了需求之后，初步建造高等级的路面，少量的使用沥青的面层才慢慢过渡到沥青混凝土。同时期的交通部重点科研项目“半刚性基层沥青路面的研究”在当时产生了较大的影响。这个项目不仅对半刚性基层集料组成进行合理的配比，还采取了一些能够防止裂缝产生的技术措施。不但有效的利用了半刚性基层整体性好，强度高等特点；还一定程度上抑制了道路裂缝的产生。这一项目是我国第一次专业的系统性的对半刚性基层的反射裂缝进行研究，提出了很多具有建设性的技术措施，大大增加了道路的使用寿命。
除了以上两个比较大规模系统的研究外，我国各地方针对自己不同的道路建设状况，也做了很多针对性的研究。其中主要包括：添加外掺剂、碎石基层的材料含量、集料的集配、施工工艺以及养护手段。03年长安大学对水稳碎石基层中添加外掺剂的抗裂性能进行了研究，研究发现在其中添加恰当剂量的膨胀剂，能够有效地增强水稳碎石基层的稳定性，提高其抗裂性能[4]。06年浙大对大粒径水稳碎石的抗裂性能进行了相关方面的研究，研究发现大粒径的水稳碎石其抗拉强度、抗压强度远远大于通常的集配，但是粒径较大大就会降低基层的抗变形能力。
总体而言，我国经过多年的路面的发展实践。对配合比设计、试验评价体系、添加外掺济、集料的性质、以及路面基层的结构对水稳碎石进行了大量的研究。
1.2.2 国外使用研究概况
在二十世纪三十年代水稳材料第一次用于道路建设开始，国外在对它的使用上积蓄了非常多的经验，但是他们把对水稳材料探索的重心放在水泥稳定土上，相反对水稳碎石的应用和探讨相对来说就少了很多。国外对那些质量稍好的粒料不会做任何的处置就把它用作基层铺垫，当然在集料比较差的情况下比如有害杂质较多时，就会使用一些水泥对该材料进行改造。
就拿America来说，其在19601970年这段期间修建了非常多的水稳基层道路，他们国家的一些相关机构如太平洋联合资本、ACCK,USE都做出了详细的设计方案。在此期间，每个州的道路部门也做出了很多与其相关的规范，就如加利福尼亚州道路部门制订标准水稳材料的无侧限抗压强度就不能低于5.87MPA，后来由于出现大量的裂缝然后就把标准降低到5.16MPa[5]。通段时间德州交通局的规范不能低于4.82MPa，British Road Institute的规范要求是1.71—2.75MPa，USAFED的规范规定不能低于2.40MPa。拿加利福尼亚和德州来说，在这么高强度之下修建的路段，在其使用时出现大量的开裂现象，因此，这几个地方较长一段时间放弃了水泥的应用，转而使用石灰和粉煤灰等。一直到最近几十年，因为路段的大量的重修等原因，才把水稳基层重新运用，但是对其要求降低很多[6]。但是对水稳碎石材料的强度标准却并未降低反而较为偏高，一般的规范要求不能高于4.10mpa。德克萨斯州在之前的是十几年里建造了非常多的抗压强度标准为1.32mpa的水稳层，并且效果显著，然而这个强度标准下的水稳碎石的稳定性和耐久性还需要进一步的进行探讨。总体而言，在对水稳层的强度要求越来越降低，但是从目前来说，很多地方的专家部门都有不同的规范标准。20世纪末泰克.潶将America各个州对于水稳碎石材料的抗压强度做出了比对，各地规范的范围总体趋于0.838.0MPa（1201160psi）之间。在对他们的使用上，各个州的情况也不一样，总体而言水稳基层现在在美国应用不多。根据调查发现，对水稳碎石层应用较多的就仅有德克萨斯州、左州、路易斯州三个地方。但是从稳定混凝土的基层，底层里，经常能够看到水稳碎石材料的使用。各个地方的使用趋势差异也很明显，较多地方已经逐渐减少对水稳碎石基层的使用。
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