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道路半刚性基层材料收缩性能试验方法探讨

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


道路半刚性基层材料收缩性能试验方法探讨
韦 小 碧
S
张 爱 军
2 ,柳 志 军
S
王 东 权
1
( 1 . 中 国 矿 业 大 学 力 学 与 土 木 工 程 学 院 ,江 苏 徐 州 221116;
2 .宿 迁 市 公 路 管 理 处 ,江 苏 宿 迁 223000 )
摘 要 :针 对 现 行 规 范 的 道 路 半 刚 性 材 料 收 缩 性 能 试 验 方 法 ,分 析 了 其 采 用 梁 式 试 件 进 行 测 试 存
在的主要问题 ,提出了采用柱式试件替代梁式试件进行试验的新思路 ,从 试 件 制 备 、收 缩 仪 设 计 、
数 据 测 读 等 3 方 面 构 建 了 一 套 新 的 试 验 操 作 方 法 .为 检 验 其 效 果 ,以 水 泥 稳 定 碎 石 为 例 ,分别采用
新 、旧 两 种 方 法 对 材 料 干 缩 特 性 进 行 了 对 比 试 验 测 试 ,结 果 表 明 两 种 方 法 的 测 试 最 终 结 果 等 效 ,但
新 方 法 的 平 行 试 验 数 据 更 稳 定 ,同时制备试件成本更低、试验操作更便利 .
关键 词 :试验方法;半刚性基层材料;收缩性能;试件制备;收缩仪
中图分类号 : T U 502. 6 ; U 414 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 :2095 3550(2017)03 0004 05
Experimental method for shrinkage character of semi-rigid base material
WEI Xiaobi
1
, Z H A N G A i j u n
2
,L I U Z hijun
1
,WANG Dongquanl
( 1. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology,Xuzhou,
Jiangsu 221116,China;2. Suqian Administration of Highway,Suqian,Jiangsu 223000,China )
Abstract:
According to
experimental method defects of semi-rigid road material shrinkage character in
current specification while it
is
based on beam specimens
test,the
new
method that
column should take
place of beam type
was
proposed.
And
the
paper proposeshow to prepare specimens,design
shrinkage
test instrument and measure data. The dry-shrinkage tests of cement stabilized macadam were carried
out by the new and
old
experimental method respectively,
and
the
result shows that
the
new
method
function was equivalent to the old one while the test
data
produced
from
the
new
method were more
sta
ble,
in addition the
cost of specimens
preparation was lower and
test
operation
was
more convenient.
Key words:
experimental method; semi-rigid base material; shrinkage character;
specimen prep
aration; shrinkage test mstrument
作 为 路 面 材 料 试 验 的 主 要 内 容 之 一 ,半刚性基
层材料的收缩性能主要采用干缩和温缩两类试验
进行测试 [12].其试验方法在《公 路 工 程 无 机 结 合 料
稳定材料试验规程 》 (J T G E 51— 2 0 0 9 )首 次 出 现 ,执
行 实 践 表 明 :该 方 法 实 际 操 作 起 来 较 为 复 杂 ,且诸
多环节操作不便.试验结果的准确性和测试数据的
稳 定 性 主 要 受 原 材 料 、试 件 制 备 方 法 及 其 成 型 质
收稿日期 : 2017 06 09
基 金 项 目 :宿 迁 市 交 通 科 学 研 究 计 划 项 目 (K I2016 6)
作 者 简 介 :韦 小 碧 ,男 ,江 苏 徐 州 人 ,硕士研究生 .
E — mail: 1548923671@ qq.com
量 、测 试 仪 器 、操 作 环 境 和 方 法 等 较 多 因 素 的 影
响[34],试 验 方 法 越 复 杂 ,影 响 因 素 可 能 会 越 多 ,试
验 结 果 的 准 确 性 和 稳 定 性 越 差 [56 ]. 为 此 ,本文以半
刚 性 基 层 材 料 水 泥 稳 定 碎 石 的 干 缩 试 验 为 例 ,对现
行 方 法 存 在 的 问 题 进 行 分 析 ,并 提 出 改 善 的 新 试 验
方法供贝博安卓和生产工作借鉴参考.
1 现行试验方法分析
干缩试验主要是测定半刚性基层材料成型后
因失水导致的干燥收缩特性.现行规范的试验方法
采 用 梁 式 试 件 ,试 件 内 壁 尺 寸 (高 X 宽 X 长 )根据集第 3 期
韦 小 碧 ,等 :道 路 半 刚 性 基 层 材 料 收 缩 性 能 试 验 方 法 探 讨
5
图 2
中梁试模构造尺寸
Fig. 2 Structural dimension of middle beam test die
由 于 承 压 较 高 以 及 使 用 频 率 较 高 ,因 此 ,试验
对螺栓强度以及钢板材质与厚度要求较高.因为是
长 方 形 试 模 ,这 对 于 压 力 机 压 头 尺 寸 要 求 较 高 ,必
须 略 大 于 试 模 的 长 边 ,尤 其 是 对 于 大 梁 试 件 ,一般
的 压 力 机 压 头 都 不 具 备 这 种 条 件 ,为此规 范 也 只 能
放 宽 条 件 (在 实 验 室 不 具 备 大 梁 成 型 条 件 时 ,中梁
试 件 的 公 称 最 大 粒 径 可 以 放 宽 到 26. 5 m m ) 除此
之 外 ,制 作 出 来 的 试 模 即 便 是 小 梁 型 号 也 非 常 沉
重 ,而 成 型 试 件 无 法 使 用 脱 模 仪 进 行 脱 模 ,只能人
工 拆 散 侧 板 后 取 出 (如 图 3b 所示)这些都不便于
试 验 操 作 中 的 搬 运 、拼 装 、拆 卸 ,同 时 也 给试件的成
料粒径大小分为3 种类型:小梁为50 m m X 5 0 mmX
200 m m 、中梁为 1 0 0 m m X 100 m m X 400 m m 、大梁
为 150 m m X 150 m m X 550 m m .通过读测收缩仪上
千分表读数和称量试件的质量变化计算材料的干
缩 性 能 各 指 标 ,工 作 示 意 如 图 1 所示.
图 1
干缩试验工作示意
Fig. 1 Schematcc diagram of dry shrinkage test
这种方法在实际操作中主要存在3 个方面问题:
1)试件制备困难. 半刚性基层材料梁式试件的
制备不同于一般混凝土材料,主要区别在于半刚性基
层材料需要控制一定的压实度标准 [78],试件的成型
并不是混合料自然填满试模或简单振捣就可以 [940],
需要对松散的混合料施加很大的压力使其达到规定
的密实程度 .显然,这需要试模能够承受很大的内部
混合料受压后产生的膨胀力 .为此,试模的材质以及
侧 板 和 端 板 的 厚 度 就 十 分 关 键 ,过 薄 无 法 承 受 膨 胀
力 ,过厚则不经济 .调查表明,市场上目前尚无成品生
产 ,而规范中虽然给出了中梁试模(小梁和大梁未给
出)的构造尺寸图(如 图 2 所 示 )并说明采用静压法
成 型 ,但 鉴 于 试 验 安 全 和 经 济 性 ,无论对于何种类型
的梁试模,仍 必 须 根 据 测 试 材 料 的 品 种 不 同 、压实度
要 求 差 异 、试模原料材质等通过重新设计验算后才能
进行加工制作(如图3a 所示 ).
________ 5Q0_______ -
isn
型质量带来隐患.
图 3
梁式模具
Fig. 3 Beam mold
2)收缩仪设计问题 .目前使用的梁式试件的收
缩仪及其测试方法如图4 所示.其主要问题有 : a)两
端千分表安置时必须留有一定的量程活动空间,但在
实际操作中,当一端的千分表调整极易造成试件的滑
动扰动另一端已经调整好的表;)为了减小底板对试
件 伸 缩 的 约 束 影 响 ,在 试 件 和 底 板 之 间 放 置 了 玻 璃
棒 ,而实际操作中,梁 式 模 具 制作出来的试件表面容
易不平整,常 常 导 致 下 部 一 些 玻 璃 棒 悬 空 ;)在整个
试件和千分表安装过程中,梁 试 件 微 倾 无 法 避 免 ,很
难保证端面最终状态是垂直千分表探针.
图 4
梁式试件测试示意
Fig. 4 Sketch map of beam specimen test
3)数据测读方法问题 .梁式试件试验测试过程
中 ,现 行 规 范 规 定 千 分 表 读 数 按 照 幵 始 7 d 内每天
一 次 ,以 后 每 2 d — 次 直 至 满 1 个 月 ,然 后 于 60 d 、
90 d 、120 d 、150 d 、180 d 分 别 读 5 次 结 束 ,并称量试
件每次的质量 .然后将试件放置烘箱内烘干至恒
重 .按 照 式 (1 )〜 (5)计算收缩性能各参数指标 .
取 = (m - m +1) . ⑴
mp
式 中 : 为 第 〗 次 失 水 率 ,% 为 第 〗 次标准试件
称量质量,
g ;mp 为标准试件烘干后的质量,
g .
(S X j — 暺 X +j )
2 j=i . (2)
式 中 :表 为 第 z 次观测干缩量,m m ;X j 为 第 z 次测
试时第 j 个千分表的读数 , mm .
毰,= 毮
i . (3)
+I
T . 00 T T6
江苏建筑职业技术学院学报
第 1 7 卷
式 中 ^ 为 第 〗 次 干 缩 应 变 ,% 义 同 式 (2);/为标准
试件的长度 ,m m .
毩d = 毰.
( )
w t
式 中 :〜 为第〗次干缩系数 ,% 毰 同 式 (3 )、
w 同式
(1).
暺 w
式 中 :毩 为 总 干 缩 系 数 ,%;其他同上.
其主要问题在于:
a )规 定 180 d 结束读数欠合
理 ,因 为 不 同 的 半 刚 性 基 层 材 料 在 180 d 时未必失
水 稳 定 ,有 些 材 料 180 d 之后仍然存在失水收缩变
形 ,这 样 就 不 能 计 算 出 真 的 “总 干 缩 系 数 ”,而大多
数 材 料 在 3 0〜 40 d 就 进 入 了稳定状态 [1 13],这样观
测 时 间 就 过 长 、工 作 效 率 低 下 . b )规范方法提到将
最 终 试 件 放 置 烘 箱 内 烘 干 至 恒 重 ,这在 操 作 上 非 常
不 利 ,因 为 无 法 判 断 到 底 什 么 时 候 才 达 到 恒 重 ,只
能 多 次 取 出 反 复 称 量 ,在 这 个 过 程 中 很 容 易 造 成 试
件破损导致质量无法准确判定.
2 新试验方法及其效果分析
2. 1 新试验方法
新试验方法拟将半刚性基层材料收缩指标的
测 试 改 用 标 准 柱 状 试 件 ,试 验 操 作 将 大 为 简 便 . 1
柱 式 试 模 生 产 早 已 形 成 商 品 化 、标 准 化 [14]( 如 图 5a
所 示 ),价格相 对 低 廉 . 2)柱 式 试 模 相 对 梁 式 试 模 重
量 轻 很 多 ,试 验 操 作 灵 巧 . 3 )— 般 压 力 机 都 具 备 压
实条 件 . 4)成 型 试 件 可 以 使 用 脱 模 仪 进 行 脱 模 (如
图 5b 所 示 )工作效率高,质量稳定性相对于梁式试
件更有保证.而基于柱式试件的测试方法区别于原方
法主要在于收缩仪的设计以及千分表的读数办法.设
计 柱 式 试件的收缩仪如图 6 所 示 ,它 由 5 部 分 组 成 :
块 方 形 钢 底 板 (长 暳 宽 暳 厚 = 200 m m X 200 m m X
5 m m ) 、3 根 钢 立 柱 (直 径 X 高 = 8 m m X 250 m m ) 、
3 只 钢 表 夹 、3 块 千 分 表 、1 块 玻 璃 盖 片 (长 X 宽 X
厚 = 1 0 0 m m X 100 m m X 5 mm).改造后的收缩仪加
工 制 作 更 简 便 ,造 价 更 低 廉 ,且操作更便利.
测 试 过 程 的 千 分 表 读 数 办 法 改 为 幵 始 7 d 内每
天 一 次 ,以 后 每 2 d 读 1 次 直 至 满 1. 5 个 月 ,然后每
7 d 读 1 次 . 以 最 后 3 次 读 数 不 变 为 止 ,以最后一^次
试 件 质 量 计 为 ,记 录 每 次 形 变 量 & 和 对 应 的 试
件质量
图 5
柱式模具
Fig. 5 Column mold
图 6
收缩应变测试仪
Fig. 6 Shrink strain gauge
2. 2 对比试验
为 了 测 试 新 试 验 方 法 的 应 用 效 果 ,分别采用两
种方法进行对比试验.水泥选用徐州市淮海水泥厂
生产的汉邦“P . O 32. 5”普 通 硅 酸 盐 水 泥 ,水泥剂量
4. 5 % ,其 主 要 技 术 指 标 见 表 1.集 料 颗 粒 级 配 如 表
2,压 碎 值 为 23. 7 % . 混 合 料 最 佳 含 水 量 5. 5 0 % ,最
大干密度 2.33 g /cm3.
表 1
水泥技术指标
Tab. 1 Cement technical indicators
烧失量 /%
细度筛余量 /%
凝结时间 / m in
抗压强度 /M P a
抗折强度 /M P a
( 0 毺m 方孔筛)
初凝时间
终凝时间
3 d
28 d
3 d
28 d
< 5
< 1 0
曒 45 < 4 8 0
曒 16
曒 32. 5
曒 3. 5
曒 6. 5
前 期 准 备 工 作 均 按 照 《公 路 工 程 无 机 结 合 料 稳
定材料试验规程 》 ( T G E 51— 2009)方法制备相应
的 类 型 试 件 . 梁 式 试 件 采 用 高 X 宽 X 长 =
100 m m X 100 m m X 400 m m ,柱 式 试 件 直 径 X 高 =
150 m m X 150 m m .平 行 试 件 均 为 3 个 ,试件脱模成
型 后 进 行 标 准 养 护 7 d(最后 1 d 饱水)测定试件初
始长度以及初始重量.然后分别使用各自收缩仪进
行 测 试 ,读 数 方 法 统 一 按 照 新 读 数 方 法 进 行 ,记录
每次形变量和对应的试件质量.第 3 期
韦 小 碧 ,等 :道 路 半 刚 性 基 层 材 料 收 缩 性 能 试 验 方 法 探 讨
7
2 . 2 . 2 累 积 干 缩 量 根 据 式 (2 )计 算 材 料 的 干 缩
量 & (平 行 试 件 测 试 结 果 取 均 值 ),绘 制 各 阶 段 累 积
干 缩 量 随 龄 期 变 化 曲 线 如 图 8 所示.
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
龄 期 /d
图 8
累积干缩量随龄期变化
Fig. 8 Cumulative shrinkage according to age
图 8 表 明 ,两 种 方 法 测 得 的 累 积 干 缩 量 随 龄 期
变化趋势和累积失水率变化类似,梁式试件稳定龄期
(36 d)的 累积干缩量为 0 313 7 m m ;柱式试件稳定龄
期 (32 d)的 累积干缩量为 0 121 2 mm.由于柱式试件
高度小于梁式试件长度,为 此 ,柱式试件的累积干缩
量一直明显小于梁式试件.两种试件的稳定累积干缩
量 之 比 为 0 386,而柱式试件高度与梁式试件长度之
比 为 0 375,两 个 比 例 系 数 之 间 的 偏 差 (3. 0 % ) 也较
小 ,说 明 考 虑一定的误差因素,利用柱式试件测量材
料干缩变形与梁式试件具有较好的等效性.
2.2.3 总 干 缩 系 数 根 据 式 (5 )计 算 两 种 试 件 测
得 的 材 料 最 终 总 干 缩 系 数 见 表 3.
表 3
材料总收缩系数对比
Tab. 3 Comparison of total shrinkage coefficient of the material
总干缩系数 /1 0 -4
与均值的偏差
^牛
^
TtU ---------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
试 件 1
试 件 2
试 件 3
均值
试 件 1
试 件 2
试 件 3
偏差均值
偏差最大值
梁式 347 254 222 274 73 20 52 48 73
柱式 255 269 345 290 35 21 55 37 55
表 3 显 示 ,柱 式 试 件 的 总 干 缩 系 数 以 及 与 均 值
的偏差普遍小于梁式试件.分析认为柱式试件相对
与 梁 式 试 件 来 说 ,试 件 制 备 简 单 ,质量稳定性较高 .
另 外 ,试 验 测 试 及 操 作 过 程 相 对 比 梁 式 简 便 ,因此
造 成 误 差 的 不 利 因 素 也 较 少 . 因 此 ,新 试 验 方 法 测
试结果的稳定性较好.
3 结论
1)对比试验表明采用新方法测试水泥稳定碎
石 干 缩 性 能 与 现 行 规 范 方 法 具 有 等 效 性 ,这同时也
说 明 由 于 材 料 刚 度 较 大 ,加 之 柱 式 试 件 高 度 较 小 ,
竖立测试收缩变形时材料自重对结果的附加影响
完全可以忽略.
2 )柱 式 平 行 试 件 的 测 试 数 据 比 梁 式 试 件 更
稳定.
3) 新试验方法无论是试件制备还是试验操作
都比原方法具备技术更简便以及经济性更优.
4) 新 试 验 方 法 可 以 达 到 效 果 ,但 可 靠 性 需 要 进
一步论证.
参考文献:
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表 2
集料级配
Tab. 2 Aggregate gradation
方孔筛尺寸 /m m l
通过率 /%
方孔筛尺寸 /m m l
通过率 /%
3 1 .500
100
2 6 .500
95. 0
1 9 .000
80. 5
9. 500
57. 0
4. 750
39. 0
2. 360
2 1 .5
0. 600
1 1.5
0. 075
1 .8
2.2.1 失 水 率 根 据 式 (1 ) 计 算 材 料 的 失 水 率
叫(平 行 试 件 测 试 结 果 取 均 值 ),绘 制 各 阶 段 累 积 失
水 率 暺 叫 +随 龄 期 变 化 曲 线 如 图 7 所示.
梁式试件
千分表
\
玻璃_ ......................"X
图 7
累计失水率随龄期变化
Fig. 7 Cumulative water loss rates according to age
图 7 表 明 ,两 种 方 法 测 得 的 累 积 失 水 率 随 龄 期
变 化 基 本 发 展 趋 势 是 相 似 的 ,随 着 龄 期 的 增 长 ,累
积失水率递增然后增速减慢进入稳定状态.梁式试
件 稳 定 龄 期 为 36 d(36 d 、38 d 、40 d 连续三天稳定值
为 2 . 8 6 % ) 柱式试件稳定龄期为 3 2 d (32 d 、3 4 d 、
36 d 连 续 3 d 稳 定 值 为 2. 7 9 % ) 稳 定 龄 期 相 差 约 3
d ,累 积 失 水 率 的 稳 定 值 偏 差 (2. 5 % ) 很 小 . 2 种方法
测试结果吻合度较高.8
江苏建筑职业技术学院学报
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出 版 社 ,2009.
(责 任 编 辑 :梁赛平)
(上 接 第 3 页 )
3 )在 试 验 条 件 下 的 等 效 龄 期 (终 凝 )和 水 泥 净
浆热膨胀系数最小值出现的等效龄期的相对误差
为 10. 5 % ,具 有 较 高 的 一 致 性 ,等 效 龄 期 (终 凝 )即
为热膨胀系数出现最小值的时间位置.
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(责 任 编 辑 :梁赛平)

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