高寒地区水镁石纤维早强型水泥稳定碎石的路用性能研究

为了提高水泥稳定类基层在高寒地区的适用性,提出在基层中复掺基层早强剂和水镁石矿物纤维使其达到早强抗裂作用,通过研究其抗压强度、劈裂强度、收缩特性以及抗冻性能,分析水镁石矿物纤维在水泥稳定碎石中的作用机理。试验结果表明：复掺基层早强剂和水镁石矿物纤维后,20℃养护条件下基层3 d抗压强度与劈裂强度分别为其28 d的85%和76%,-15℃低温养护条件下3 d抗压强度与劈裂强度分别为其28 d的69%和68%;抗收缩性能在加入水镁石纤维后有较大提高,纤维掺量为4%时,干缩系数与温缩系数比未掺时分别降低约92%和48%;抗冻性能也因掺入水镁石纤维而有所改善,纤维掺量为4%时基层28 d冻融残留抗压强度比（BDR）为0.96%。复掺水镁石纤维与基层早强剂,既能有效保证高寒地区水稳碎石的强度,又能避免基层在干燥气候中的收缩开裂和在低温、变温环境中的温缩开裂,其中水镁石纤维最佳掺量为4%。     

水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂吹填材料路用性能研究

为实现岛礁公路建设资源集约化,提出采用水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂作为路面基层材料。通过无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量、水稳性、干缩和温缩试验,探究水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂吹填材料强度、刚度、水稳性和收缩性等路用性能,为后续岛礁工程建设提供理论依据和数据支持。结果表明:在标养条件下,相同龄期的试样抗压强度和劈裂强度随水泥用量增加而提高,水泥用量相同的试样随龄期增长而提高;抗压强度增长基本符合线性规律。回弹模量随水泥用量增加而提高,但增幅逐渐减小。相同龄期下,试件饱和抗压强度相对于低于标准抗压强度;水泥用量和龄期越大,强度损失率越小,抗软化能力越强,如水泥用量6%试样28 d强度损失率与软化系数是水泥用量3%的93%和101%。试样失水率与干缩应变随龄期与水泥用量增加而增长,如水泥用量6%试样180 d失水率和干缩应变是水泥用量3%的1.35倍和1.27倍。温缩试验表明:温缩应变和温缩系数随水泥用量增加而增大,而随温度降低先增大后减小,处于30~45℃温度区间是岛礁公路建设最不利的状态,应尽量避免高温施工。     

季节冻土区水泥改良路基土的温缩性能研究

基于季节冻土区冻融循环条件,利用高低温交变试验箱与静态应变仪,进行了不同配比水泥改良路基土的温缩试验研究。结果表明：水泥改良土的温缩应变呈“螺旋式”变化,温缩应变随水泥掺量增加逐渐增加,初始温度循环对水泥改良土影响较大,经历三次温度循环后水泥土温缩应变特性已相当明显且变化规律趋于稳定,土体内部物化反应也达到平稳,但多次循环后掺量6%的水泥土内部反应机理较其他掺量不同,且对温度变化的敏感度较低,温缩应变与系数相对较小。在冀北地区,掺量6%水泥土可用作季节冻土区道路的基层或底基层,为水泥土在季节冻土区的应用提供了试验依据。     

半干旱及大温差环境下水泥稳定碎石变形试验

为研究水稳基层变形影响因素,对水泥剂量、品种、级配设计等方面展开系统试验研究。本文对骨架密实型水泥稳定碎石、悬浮密实型水泥稳定碎石和骨架空隙型水泥稳定碎石进行干缩试验及温缩试验,运用Origin对试验数据进行回归拟合,总结半刚性基层材料的变形规律,从而提高沥青路面的耐久性。结果表明：对比结构类型不同的水泥碎石材料可知,骨架空隙型干缩系数0~7 d增大了2倍,后续干缩系数增幅趋于缓和,在水泥用量相同时,骨架空隙型干燥收缩程度最低,即骨架空隙型结构水泥可有效降低水稳基层开裂;水泥稳定砂砾中,随着水泥用量的增加;各个温度段的温缩变形逐渐增大,并且在高温区50~60℃段温缩变形最大,随着温度降低变形量变小,0~10℃段温缩变形最小;同种水泥剂量、水泥标号中,骨架空隙型平均温缩系数最小,悬浮密实型最大,骨架密实型居中。相同级配、相同水泥剂量的水泥稳定砂砾中,42.5水泥试件平均温缩系数大于32.5水泥试件平均温缩系数。     

硅酸钠改良水泥基稳定磷石膏在路面基层中的试验研究

磷石膏是一种固体废弃材料,磷石膏的堆存浪费大量土地资源,严重污染土壤与水环境,并可能引发滑坡溃坝,因此进行磷石膏的资源化利用迫在眉睫。本文采用硅酸钠改良水泥基稳定磷石膏,开展路面基层试验研究。通过无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、干缩试验及扫描电镜试验,研究了硅酸钠在不同掺量、掺入方式、养护龄期条件下改良水泥基稳定磷石膏的物理力学特性,揭示了硅酸钠促进水泥水化并产生水化硅酸钙,从而提高混合料强度的改良机理。试验结果表明,当溶于水的硅酸钠掺量为2%~4%时,可有效改良水泥基稳定磷石膏混合料的抗压强度、水稳定性能、失水率及干缩应变,并提出在路面基层施工后的4~5 d内,是有效控制路面基层失水与干缩的最佳时间,从而可避免因水分快速散失导致裂缝的产生。     

水泥稳定再生沥青路面/红土混合物用于软土改良的效果评估

评估了水泥稳定再生沥青路面（RAP）/边缘红土混合物作为碎石桩骨料替代传统采石场骨料的潜力,研究了混合材料在不同RAP置换率和有效约束压力下的不排水剪切强度变化。RAP置换率分别为10%、30%和50%（按干重计）,普通硅酸盐水泥含量分别为1%和3%。很明显,RAP的置换增加了大颗粒,同时减少了细小颗粒,因此增加了压实度。在低于先期固结压力的有效应力下,RAP−土颗粒混合物表现出与孔隙压力降低相关的应变硬化性能。当RAP置换率增加时,水泥稳定的RAP−土颗粒混合物应力−应变曲线的应变软化性能减弱。胶结作用提高了黏聚力,而内摩擦角未产生明显的变化。水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的强度和刚度主要取决于胶结强度和RAP置换率。抗剪强度随着非稳定和水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的RAP置换率增加而提高,而水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的刚度由于沥青黏结剂的高能量吸收而下降。     

掺砂水泥土的力学特性研究

通过室内掺砂水泥土的无侧限抗压强度试验,探讨在不同掺砂量、不同龄期条件下,其无侧限抗压强度发展规律。试验研究表明：在水泥掺量一定的条件下,掺入一定量的砂,可以明显地提高水泥土的强度。当水泥掺量为10%时,掺砂量为50%的水泥土强度达到最佳。而且根据实测的应力-应变曲线,详细地分析了掺砂水泥土的破坏形式为脆性剪切破坏,且随着掺砂量的增加,掺砂水泥土的剪切角逐渐增大。与此同时,还从不同的角度分析了掺砂水泥土无侧限抗压强度增长的原因,从而为工程应用提供了试验数据和理论依据。     

水泥复合偏高岭土稳定粉砂土力学特性试验研究

使用低成本高硅铝矿物掺合料可在提升水泥土工程性能的同时降低水泥用量。通过开展系列抗压强度试验研究了水泥偏高岭土掺比、水/水泥偏高岭土比、凝胶总掺量和养护龄期对水泥复合偏高岭土稳定粉砂土抗压强度的影响规律,归纳了水泥复合偏高岭土稳定粉砂土的强度经验公式。结果表明：将水泥和偏高岭土按质量比5:1混合用于粉砂土稳定时可获得最佳强度提升,节约1/6水泥消耗,且该掺比关系不因凝胶总掺量变化而改变;水泥复合偏高岭土稳定粉砂土抗压强度随水/水泥偏高岭土比增加近似线性降低,随凝胶总掺量增加线性提升,随龄期发展而提高,其28天强度增加趋势仍未趋缓;总结归纳了四个关于强度影响因素的经验预测公式。该研究成果可为水泥偏高岭土用于复合稳定工程软弱土提供理论参考。     

水泥土芯样强度变形特性及本构关系试验研究

为了研究现场施工工艺下水泥土的强度及变形特性,对水泥搅拌桩钻孔芯样进行了无侧限抗压强度试验与三轴试验,分析了水泥掺量与围压对水泥土芯样强度、变形特性的影响规律。结果表明：随着水泥掺量的提高,水泥土芯样的强度明显增强,变形模量显著增大,但其破坏应变变小,脆性增大;水泥掺量超过18%的水泥土芯样其应力-应变关系表现为软化型,随着围压的提高,其强度增强,破坏应变增大,脆性降低,且应力-应变关系曲线有可能发生转型;不同围压下的水泥土芯样三轴试验先为体缩,后变化为体胀,发生剪胀的应变较破坏应变略小,是由剪切面上颗粒错动引起的,在颗粒错动达到一定程度后抗剪强度才发挥到峰值;水泥土的结构屈服应力比较大,在围压的作用下其胶结结构未发生破损,强度包线满足摩尔-库仑线性强度规律;根据水泥土的强度变形特征,应力-应变全曲线分弹性、塑性、软化3个阶段,可采用Popovics模型对其进行模拟,与试验结果较为吻合。     

水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究

在传统水泥固化处理方法的基础上,提出用水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥的方法,以期达到以废治废,将废弃高含水率疏浚淤泥经济合理转化为良质土资源的目的。系列室内试验的结果表明,磷石膏对疏浚淤泥固化土的增强效果显著,并存在一最佳掺量,最佳掺量随淤泥初始含水率增大而增大,水泥-磷石膏双掺固化土的应力-应变曲线表明,其破坏应变一般在2%～3%左右,变形系数E50与抗压强度近似呈线性递增关系。     

石灰改良红层无侧限抗压强度试验研究

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰（Ca（OH）₂）进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影响。基于此,结合室内无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环作用对不同掺量的石灰改良红层无侧限抗压强度的影响。结果表明：在最佳含水率下,石灰改良红层的无侧限抗压强度随石灰掺量的增加而增大;干湿循环作用对改良红层无侧限抗压强度的影响与石灰掺量有关,石灰掺量较低时,改良红层的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小,石灰掺量较高时,改良红层的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加而显著增大;未改良红层塑性较大,试样均为塑性鼓胀破坏,掺入石灰后,红层强度增大,脆性增强,呈脆性剪切破坏,经历干湿循环作用后,石灰改良红层试样呈多缝锥形破坏。     

冻融条件TG固化剂石灰土基层性能研究

为了进一步研究TG固化剂石灰土在冻融条件下的各项性能, 分别对TG固化剂石灰土进行冻融作用前后的无侧限抗压强度试验和劈裂试验以及干缩试验. 结果表明: 随着冻融循环次数的增加, 无侧限抗压强度以及劈裂强度逐渐减小, 经历8次冻融循环以后强度衰减达到最大值. 经过冻融循环作用后试件的无侧限抗压强度以及劈裂强度残留值随着含水率和压实度的增加而增加, 通过冻融试验得到的抗冻性能指标BDR值在51%以上, 与未饱水冻融循环得到的最终残留强度值保持一致. 经冻融循环作用后TG固化剂石灰土的干缩应变和干缩系数减小, 干缩性能有所提高. 冻融循环条件下TG固化剂石灰土抗冻性能良好, 可以应用于路面基层.     

超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

The Quality Control of Engineering Properties for Stabilizing Silty Nile Delta Clay Soil,Egypt

Clay soil with low-bearing capacities can present great problems underlying pavement and light structures due to uncertainty associated with their performance. This paper describes a sonic based testing methodology for quality control of a surface stabilized soil. From an engineering aspect, an increase in water content has a number of disadvantageous consequences: cohesion decreases, the soil swells, the alternating dry-out/shrinkage and wetting/swelling effects destroy the rock or a soil structure. Cement is mixed into the soil to increase both the strength and the usability of local soils in constructions purposes. This is to overcome the problems by strengthening the soil underlying the structure or diminishing the leads transmitted from the foundation to the soil. The compressive strength of the stabilized soil is highly dependent on the type of soil, moisture content, cement content, and compaction work, and can therefore vary significantly in the field. The authors performed the quality control by measuring the sonic and tensile strength velocity in the stabilized soil that has been correlated to compressive strength in native materials. The improvement of the soil materials by the addition of cement could make the material suitable as filling materials, foundation and/or a road base construction. The quality control for the stabilized soils was investigated using sonic measurements and strength gain. The test methods were performed to evaluate the degree of improvement achieved through the measurement of compression and shear-wave velocities of the soil under study. Scanning electron microscopy and electron dispersive X-ray analyses were performed on raw and laboratory treated for qualitative understanding the strength minerals formed during stabilization. The sonic test showed a considerable improvement with curing time and percentages of stabilizer. Mineralogical studies indicated the formation of silica and alumina hydrates along with interwoven structure of cement treated clay particles suggesting adequate mixing of the soil and binder owing to the strength of the soil materials.     

采用数字图像相关法进行收缩试验研究

半刚性基层材料已广泛应用于我国高等级公路路面结构中,但半刚性基层材料在温度作用或/和失水作用下产生的收缩应变一旦超过材料自身所能承受的极限拉应变,就会发生开裂,影响路面的使用性能。选择合适的收缩试验方法对半刚性基层材料的收缩性能进行研究非常具有现实意义。针对传统收缩变形测量方法的不足,采用数字图像相关方法对一种典型的半刚性基层材料进行室内收缩试验研究,分析其早期收缩应变的变化规律;对收缩变形前后的图像进行相关计算,获得全场的收缩变形,并与传统收缩试验结果相比,该方法所得结果可重复性好,稳定性好,精度更高。