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二灰(石粉、粉煤灰)穩(wěn)定材料以其強(qiáng)度高、耐久性好、水穩(wěn)性好、整體性強(qiáng)而越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于高等級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)層中。山西省“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)城至風(fēng)陵渡一級(jí)公路路面底基層為24 cm二灰土，基層為20 cm二灰砂礫。在路面施工過(guò)程中，通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)、野外觀測(cè)，分析了二灰土、二灰砂礫強(qiáng)度的形成機(jī)理，有限元分析得出了它們的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。
粉煤灰由山西永濟(jì)發(fā)電廠生產(chǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)，其化學(xué)成分如表1。石灰，是運(yùn)城市解州生產(chǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)，達(dá)到I級(jí)石灰標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見表。
對(duì)于二灰土，試件為5 cm×5 cm×5 cm的圓柱體，用千斤頂成型，反力架脫模，每組6個(gè)試件；對(duì)于二灰砂礫，試件為15 cm×15 cm×15 cm的圓柱體，用壓力機(jī)成型、脫模，每組13個(gè)試件。成型時(shí)，實(shí)測(cè)混合料的灰劑量(EDTA法)、含水量，按照要求的壓實(shí)度、預(yù)定干密度、實(shí)測(cè)含水量確定成型每個(gè)試件所需混合料重量見表6。
1)選擇不同石灰劑量的6組試件，觀測(cè)試件7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與灰劑量的關(guān)系。2)選擇在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃養(yǎng)護(hù)溫度下的5組試件，觀測(cè)強(qiáng)度發(fā)展情況。3)選擇7 d、14 d、28 d、90 d養(yǎng)護(hù)齡期的4組試件，觀測(cè)強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)規(guī)律。
根據(jù)不同的成型條件，按照要求的齡期，試件經(jīng)24 h浸水后，在路面材料應(yīng)力儀上測(cè)試其強(qiáng)度。加載速率：二灰土為1 mm/min；二灰砂礫為5 mm/min。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果見表7、表8、表9，其中R為一組試件強(qiáng)度值中考慮保證率系數(shù)、變異系數(shù)后的強(qiáng)度代表值。
粉煤灰是一種火山灰物質(zhì)，含有活性的Al2O3和SiO2，在石灰的堿性(OH、Ca2+)激發(fā)及相互作用下，發(fā)生火山灰反應(yīng)，產(chǎn)生含水的硅鋁酸鈣。這些新生的膠凝物質(zhì)晶體，具有較強(qiáng)的膠結(jié)能力和穩(wěn)定性。由于粉煤灰是一種緩凝物質(zhì)，表面能低，難在水中溶解，導(dǎo)致二灰混合料中火山灰反應(yīng)緩慢，因而早期強(qiáng)度較低。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長(zhǎng)，含有Ca2+和OH的溶液通過(guò)粉煤灰表面水化凝膠物間縫隙向里滲透，使火山灰反應(yīng)繼續(xù)發(fā)生，增加了混合料中凝膠物質(zhì)的量，填充了粉煤灰顆粒間的孔隙，使結(jié)構(gòu)變得緊密。同時(shí)，水化粉煤灰顆粒間凝膠物相互交叉、嵌鎖，增加了界面間的摩阻力，使混合料后期強(qiáng)度得到發(fā)展，比早期強(qiáng)度有很大提高。二灰砂礫中由于摻入少量水泥，水泥水化后產(chǎn)生一定量的硅鋁酸鈣，使得混合料中凝膠物質(zhì)的量增加，因而提高了早期強(qiáng)度。
通過(guò)對(duì)二灰土、二灰砂礫的強(qiáng)度分析，得出以下結(jié)論：
1)石灰劑量對(duì)二灰穩(wěn)定材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)有一定影響。因而存在一有效區(qū)間，一般為設(shè)計(jì)灰劑量為±2%，在此區(qū)間內(nèi)，可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在此區(qū)間以外，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。
2)二灰穩(wěn)定材料7 d強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)溫度變化呈冪函數(shù)變化。
3)二灰溫度材料早期強(qiáng)度低，但隨著齡期的增長(zhǎng)，尤其到了90 d或者更長(zhǎng)，其強(qiáng)度將會(huì)顯著提高。90 d的強(qiáng)度值約為7 d的3倍，其增長(zhǎng)規(guī)律較好地服從冪函數(shù)R=4TB的關(guān)系。
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