您好,佛山市创立信化工有限公司欢迎您!

专业为客户提供

石油沥青应用方案

佛山市创立信化工有限公司

服务热线

13602748098

联系方式
全国服务热线:13602748098

联系人:刘付关平

座机:0757-85222725 

手机:13602748098
邮箱:1215441917@qq.com
地址:中国广东佛山市南海区松岗山南大道岐阳工业区/广州市海珠区穗和北街6号

历史记录

磷石膏基抗裂缝剂水泥稳定碎石性能试验研究

来源:石油沥青厂家   发布时间:2018-11-12   点击量:907

石油沥青路面

从八十年代开始半刚性基层与沥青路面逐渐变为我国高速公路的主要路面形式。半刚性基层在温度和湿度的变化下极易产生温缩与干湿效应从而产生反射裂缝,而现在反射裂缝严重影响着沥青路面的使用寿命。

本文所提及到的连续施工,通过创新施工方法,基层施工完不需要进行七天养护,直接进行沥青面层摊铺。连续施工施工方法中,在半刚性基层中添加微膨胀缓凝剂,半刚性基层的初凝时间达到10小时,为面层铺筑争取了足够的施工时间,而微膨胀性将半刚性基层空隙率减少,使得温缩和干湿的收缩空间变小,抑制反射裂缝的产生。

在本文中采用的主要材料为磷石膏,成分为CaSO4·2H2O,通过实验研究发现磷石膏对于半刚性基层强度影响微乎其微。柠檬酸具有缓凝作用,将柠檬酸添加到磷石膏中,开发半刚性基层抗裂缝剂,改善水泥稳定碎石基层的收缩性能。本文在进行大量试验的基础上,对抗裂缝剂水泥稳定碎石的力学性能和收缩性能进行了研究,进一步验证抗裂缝剂的抗裂效果,分析抗裂机理。

原材料及试验方案

原材料

磷石膏∶柠檬酸的比例100∶1制备抗裂缝剂,用于进行抗裂缝剂水泥稳定碎石力学性能试验。所取磷石膏物理性能中密度2.45g/cm3。在60°以下,对磷石膏进行烘干以免影响其物理和化学性能。水泥用量5%。

试验方法

试验过程中,各种试件的成型均采用静力压实法成型,按照JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》测定水泥稳定碎石力学性能及收缩性能。

抗裂缝剂对水泥胶浆凝结时间的影响

不同抗裂缝剂掺量的水泥净浆凝结时间测定结果。可以看出,抗裂缝剂的添加能够明显延长水泥的凝结时间,随着抗裂缝剂掺量的增加,水泥的初凝和终凝时间均不断被延长。当抗裂缝剂掺量为6%时,与空白组相比,水泥初凝时间达到了10h。

抗裂缝剂对水泥稳定碎石力学性能影响

无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度

不同抗裂缝剂掺量的水泥稳定碎石无侧限抗压强度和劈裂强度试验结果。可知,抗裂缝剂并没有对水泥稳定碎石的力学性能产生影响。通过抗裂缝剂掺量的增加,水泥稳定碎石的无侧限抗压强度先有所增长,在掺量大约为3%时达到最大,然后缓慢下降。与空白组相比,在抗裂缝剂掺量为6%时,其7d和28d抗压强度基本相等,而当掺量超过6%时,水泥稳定碎石7d抗压强度有显著下降,但28d强度并未下降。

可知,抗裂缝剂掺量对水泥稳定碎石劈裂强度的影响与抗压强度有所不同。抗裂缝剂掺量对水泥稳定碎石的7d劈裂强度影响并不明显,随着掺量的增加,7d劈裂强度稍有提高,在6%时达到最大,提高了约8%,随后缓慢下降。水泥稳定碎石的28d劈裂强度首先下降,在抗裂缝剂掺量为3%时,劈裂强度达到最小值,随后大幅度提高,掺量为12%时,劈裂强度提高了约17%。

抗压回弹模量

不同抗裂缝剂掺量的水泥稳定碎石抗压回弹模量试验结果。可知,通过添加抗裂缝剂,能够在一定程度上降低水泥稳定碎石的抗压回弹模量。当抗裂缝剂掺量为6%时,水泥稳定碎石的回弹模量降低约16%;掺量为12%时,降低约27%。

抗裂缝剂的加入,使得水泥稳定碎石基层成为更为致密的板体,使基层混合料能够作为更为密实的整体承受荷载,一定程度上减小基层回弹模量,增强了基层的抗变形能力,有利于保证半刚性基层材料不会因承受较大的收缩变形而导致破坏。

抗弯拉强度和弯拉回弹模量

根据JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》T0851-2009无机结合料稳定材料弯拉强度试验方法和T0853-2009无机结合料稳定材料弯拉回弹模量试验方法,采用尺寸为100mm×100mm×400mm的梁式试件标准养生90d进行试验,测定不同抗裂缝剂掺量的水泥稳定碎石的抗弯拉强度和弯拉回弹模量。选取M0和M2配合比,进行掺抗裂缝剂与不掺抗裂缝剂的水泥稳定碎石在不同养护龄期下的抗弯拉强度及弯拉回弹模量的对比分析。

①养护龄期对抗弯拉强度及弯拉回弹模量的影响。采用空白组和抗裂缝剂掺量6%的M2组分别测定不同养护龄期的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量的变化。可以看出,6%的抗裂缝剂掺量对水泥稳定碎石的抗弯拉强度和弯拉回弹模量有一定的影响。水化胶结物产生,胶结料的增加使得集料颗粒之间的粘聚力和嵌挤作用增大。因而,水泥稳定碎石的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量均随养护龄期逐渐增大。养护龄期达到28d以后,抗弯拉弹性模量增长速率较28d前大。养护龄期为7d时,掺抗裂缝剂的水泥稳定碎石弯拉强度M2低于空白组水泥稳定碎石M0,这是由于抗裂缝剂中的缓凝成分导致水泥稳定碎石水化时间延后,水泥基体间的联结较弱。随着养护龄期的增长,掺抗裂缝剂的水泥稳定碎石的抗弯拉强度最终超过不掺抗裂缝剂的水泥稳定碎石。

②抗裂缝剂掺量对抗弯拉强度及弯拉回弹模量的影响。分别为不同抗裂缝剂掺量水泥稳定碎石的90d抗弯拉强度和抗弯拉回弹模量。可以看出,抗裂缝剂的加入提高了水泥稳定碎石的抗弯拉强度,且降低了水泥稳定碎石的弯拉回弹模量。

抗裂缝剂的加入,一方面使水泥水化胶结物更为密实,其微膨胀作用降低了水泥稳定碎石材料的空隙率,使混合料中集料与胶结物的胶结界面增加,且提高胶结面的强度和密实度,集料颗粒之间由于水化胶结物的增加,相互之间的牵制作用和约束作用也逐渐增强;另一方面改善了水泥稳定碎石内部由于干燥收缩和温度收缩等造成的不同尺寸的微裂纹,减少微裂纹的数量,并使裂缝尺寸变小。在承受荷载作用时,通过抑制裂缝的产生与进一步扩展,从而提高水泥稳定碎石的抗弯拉强度。

抗裂缝剂对水泥稳定碎石收缩性能影响

干燥收缩

半刚性基层产生收缩一般为干燥收缩。在初期会产生大量裂缝,而裂缝进而产生微小裂缝。在车辆及温度影响下,半刚性基层开裂越来越严重。

①抗裂缝剂掺量对水泥稳定碎石干缩性能的影响。分别拟定抗裂缝剂的掺量为3%、6%和9%,与空白组水泥稳定碎石进行对比,用于测试其成型养护7、14、21、28d的干缩应变及干缩系数。不同抗裂缝剂掺量的水泥稳定碎石各龄期的干燥收缩系数。可以看出,抗裂缝剂对于半刚性基层的干缩有着积极的影响。随着抗裂缝剂掺量的增加,水泥稳定碎石的干缩应变明显降低。在抗裂缝剂掺量为3%~6%时,水泥稳定碎石的28d干缩率降低了27%~42%。

②养护龄期对水泥稳定碎石干缩性能的影响。抗裂缝剂掺量为6%的M2组和空白组水泥稳定碎石干缩系数的变化规律。由图中可以看出,6%掺量的抗裂缝剂对水泥稳定碎石各个龄期的干缩系数均有明显的降低,水泥稳定碎石的干缩系数随养护龄期的增长而减小。在试件成型初期,水泥稳定碎石的干缩系数急剧减小,当养护龄期超过7d,干缩系数减小较小,逐渐趋于平稳。

水泥稳定碎石基层的干缩主要发生在基层混合料摊铺碾压后的初期,大约为基层铺筑后的一周内。因此,在此期间,通过采取有效的措施防止基层水分过快地损失,对于减少基层的干燥收缩裂缝十分有利。传统水泥稳定碎石基层施工后,通常采用洒水或覆盖塑料薄膜进行养护,对于防止基层含水量损失并不十分有效,且易导致基层含水量忽高忽低,更易诱发基层微裂缝。连续施工方法,基层铺筑碾压完成8h内即完成下面层沥青混合料的摊铺和碾压,由于面层沥青混合料的覆盖,基层含水量的散失得到有效的控制,保证其在成型初期含水量不发生太大变化,有效防止基层干缩裂缝的产生。

温度收缩

不同抗裂缝剂掺量的水泥稳定碎石在各温度区间的平均温缩系数变化规律。可以得出,水泥稳定碎石材料的温缩系数,随着温度区间的升高先增大,后减小,在-10~0℃温度区间,温缩系数达到最大。与空白组相比,抗裂缝剂的加入使水泥稳定碎石材料的温缩系数有所减少,且随着抗裂缝剂掺量的增大,水泥稳定碎石的温缩系数不断减小。当抗裂缝剂掺量为6%时,水泥稳定碎石基层材料在-10~0℃范围内的平均温缩系数降低了约21.4%。

抗裂缝剂水泥稳定碎石基层抗裂机理分析表4所示为SEM分析。

进行了微观扫描。三天的样品中产生了胶凝物质、片状晶体和纤维状水化产物;柠檬酸中的羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的Ca2+生成不稳定的络合物,在水化初期控制了Ca2+的浓度,产生缓凝作用。

7d的试件中。可以看出,7d以后D1水化产物减少显著。D2中产生了硅酸钙。D3样品中,与D1比较可知晶粒较小。D4样品中,水化产物显著增长。随着水化过程的进行,柠檬酸中的羟基与游离Ca2+生成的不稳定络合物自行分解,水泥水化继续正常进行,并不影响水泥后期水化。

通过28d的水化,起结构更加紧密,空隙率下降显著。D2结构和空隙效果更佳。D3还是具有较多水化物。而D4具有更少水化物。

在半刚性基层中添加抗裂缝剂,首先可以达到缓凝作用,其次起微膨胀性可以让结构更加紧密从而减小收缩裂缝的产生。

结论

①通过实验得到的道路抗裂缝剂(3%~6%)能够提高水泥稳定碎石的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯拉强度,并降低水泥稳定碎石的回弹模量和抗弯拉弹性模量,增强基层的抗变形及抵抗开裂的能力;

②适量抗裂缝剂的加入可以有效减小水泥稳定碎石的干缩系数和温缩系数,提高水泥稳定碎石的抵抗干燥收缩和温度收缩的能力,从根本上改善水泥稳定基层材料的收缩性能,减少干缩裂缝和温缩裂缝产生的数量;

③抗裂缝剂的加入,一方面延缓了C3S及C4AF的早期水化作用,使水泥水化作用延长,水泥熟料矿物水化更为充分,提高水泥的后期强度;另一方面对水泥水化的微膨胀作用,生成更多膨胀性的钙矾石和单硫型水化铝酸钙,填充水泥石及水泥稳定碎石间的空隙,使水泥稳定碎石基层形成更加致密的结构,从而其抗弯拉及抗干缩和温缩的性能提高。

热门标签: