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1、石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文目目 录录第一章 绪论.11.1研究的目的11.2国内外研究概况11.2.1国内发展状况11.2石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文.2国外发展状况21.3试验研究内容3第二章 水泥粉煤灰稳定碎石配合比.42.1原材料性能分析42.1.1水泥石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文42.1.2粉煤灰42.1.3集料52.1.4水62.2配合比组成设计62.2.石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文1配合比的确定62.2.2水泥粉煤灰与集料之间的比例确定72.3最佳含水量石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文与最大干密度82.4试件的制作和养生10第三章 试验研究结果.113.
2、1无侧限抗压强度113.1石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文.1试验数据113.1.2数据对比113.2间接抗拉强度（劈裂试验）11石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文3.2.1试验数据113.2.2数据对比123.3回弹模量（顶面法）123.3.1石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文试验数据123.3.2数据对比123.4抗冻强度损失133.4.1试验数据石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文133.4.2数据对比13第四章 试验结果及理论分析.144.1强度和刚度的分析144.2水稳性和冰冻稳定石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文性的分析144.2.1.水稳性144.2.2冰冻稳定性154.3收缩性
3、的分析石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文154.3.1干缩性154.3.2.温缩性154.4基层与面层结合良好154.5石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文路用性能的分析164.5.1强度与龄期的关系164.5.2强度及性能与配石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文合比之间的分析17第五章 主要结论与展望.205.1主要结论205.2展望20参考文献.21致谢.22石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文1第一章 绪论粉煤灰是火力发电厂排放的废渣，是主要的环境污染物之一，但由于它是具有火山灰反应性能的硅铝质材料，可用于水泥稳定碎石中以改善拌和物的和易性，增加后期强度，提高极限拉伸值，弥补水泥稳定碎石性能上
4、的不足。水泥粉煤灰稳定碎石混合料是以水泥全部或部分代替石灰作粉煤灰的活性激发剂，并掺有一定比例的碎石而形成的路面基层材料。在水泥粉煤灰稳定碎石混合料中，集料颗粒间的相互摩擦、嵌挤形成了混合料的骨架，水泥粉煤灰填充于骨架空隙之内，遇水发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质，这些胶凝性化合物将各个大小骨料粘结成整体，从而构成了水泥粉煤灰稳定碎石的强度。这种混合料与石灰粉煤灰稳定碎石相比，具有早强、高强、能提前开放交通、在较低温度条件下施工其强度仍有较大增长的特点。水泥粉煤灰稳定碎石混合料在路用性能、经济性和环保方面的优势决定了其广阔的应用前景。总的来说，水泥粉煤灰稳定碎石的路用性能逐渐
5、得到广泛的认可，正在通过各种途径将其性能逐步的开发1。1.1 研究的目的水泥粉煤灰稳定碎石做路面基层材料有诸多优点，但随着水泥粉煤灰稳定碎石的大量使用，逐渐发现半刚性基层沥青路面也存在着一些严重的问题。由于半刚性基层材料本身的特点，容易产生裂缝，加上可能出现的设计和施工中各种因素的偏差影响，工程界普遍认为，水泥粉煤灰稳定碎石基层的裂缝是不可避免的，因此，就应该采取各方面的措施来预防裂缝的产生，如：对原材料的控制、施工控制。基于水泥粉煤灰稳定碎石的诸多缺点，针对目前水泥粉煤灰稳定碎石的广泛应用的实际情况；通过各项室内试验，对水泥粉煤灰稳定碎石进行路面性能分析，获取其工程特性，即抗压强度、劈裂强度
6、、耐久性、弹性模量。选定合格的原材料、合理的集料级配，确定混合料的最佳配合比，从而使水泥粉煤灰稳定碎石具有优良的路用性能。1.2 国内外研究概况1.2.1 国内发展状况1.东石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文2南大学交通学院和南京机场高速公路管理处根据足够的强度、良好的抗裂性能原则进行了南京机场高速公路二灰碎石基层的配合比设计，并采用正交试验方法对配合比的主要影响因素及干缩、温缩特性进行了较全面的试验研究。通过试验结果的分析得出如下结论：（1）石灰应采用级以上的石灰，石灰剂量不宜大于 5%。（2）集料含量应控制在 82%左右，并应严格控制二灰碎石中 5mm 以下集料含量，尤其是2mm 以下集料
7、含量2。2工程院院士沙庆林主持研究的半刚性路面结构中关于二灰稳定集料的设计方法。沙院士认为：对二灰碎石混合料设计而言，其可变因素是石灰与粉煤灰的比例和二灰结合料与集料的比例。比例的确定需要室内试验来确定。建议：石灰:粉煤灰=1:21:4之间。沙院士还建议高等级公路二灰碎石的级配范围如表 1.1：表1.1 沙庆林院士推荐二灰碎石集料级配范围筛孔（mm）4031.5199.54.752.361.180.60.075通过率（%）100100819852703050183802762007研究还认为二灰碎石混合料的质量与混合料中粘结性基体的质量密切相关。这个基体由石灰加粉煤灰和集料中小于 4.75mm
8、 的颗粒组成。二灰碎石混合料的最大干密度随二灰结合料的增加而减小，而最佳含水量随二灰结合料的增加而增大3。3.长安大学对半刚性基层的抗裂性进行了研究。长安大学张登良、郑南翔教授在半刚性材料抗裂性能研究一文中指出，半刚性基层的开裂是由于行车荷载与半刚性基层材料的双重作用引起，所以抗裂设计也应包括力学强度和抗收缩开裂两个方面的指标要求。由于增加颗粒含量可有效地提高半刚性材料的抗温缩、干缩性能，所以最佳配合比设计无疑是提高半刚性基层抗裂能力的主要措施之一。最佳配比选择原则是根据环境条件，调查资料，确定该地区的基层材料以何种收缩为主，作为确定配合比设计的依据，但所选取的配比应首先满足力学强度的要求。其
9、抗裂实验结果表明，增加集料含量能较好地提高二灰类半刚性材料的抵抗低温开裂的能力，但集料含量过大，其提高抗温缩开裂能力的程度就不很显著。通常情况下，集料含量在 75%左右时，具有最佳石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文3的抵抗温度收缩开裂的能力。在此报告中提出的综合考虑力学强度和收缩性能的配合比设计方法，摒弃了单一追求强度指标而忽略收缩性能的缺点，是值得肯定的4。 1.2.2 国外发展状况美国联邦公路局对二灰碎石混合料进行了研究，提出了如下的二灰碎石混合料组成设计流程图：a.估计填充集料空隙的粉煤灰含量；b.在估计最佳含水量下，确定粉煤灰的含量，以使二灰结合料产生最大干密度。再使用最佳粉煤灰含量来
10、确定二灰结合料的最佳含水量。在最佳含水量下，再次检查粉煤灰含量多 3%和少 3%的含水量，直到满意为止。c.在最佳含水量和最佳含灰量下，用 2%、2.5%、3%、3.5%和 4%的石灰剂量制二灰碎石混合料。d.在38条件下养生 7d，评价强度和耐久性。1.3 试验研究内容 本次试验按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 （JTGE30-2005） 、 公路工程集料试验规程(JTGE42-2005) 、 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 （JTGE51-2009） 、 公路路面基层施工技术规范（JTJ 0342000）中有关规定进行。1.原材料试验，即水泥、粉煤灰、集料的技术性质，确定原材料的物
11、理和化学性质。 2.水泥粉煤灰稳定碎石的无侧限抗压强度的变化规律。测定 7 天和 28 天的无侧限抗压强度。3.水泥粉煤灰稳定碎石的劈裂抗拉强度的变化规律。测定 7 天和 28 天的间接抗拉强度。4.水泥粉煤灰稳定碎石的回弹模量及抗冻性。测定 28 天的抗压回弹模量及抗冻强度损失。石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文4石家庄铁道大学继续教育学院毕业论文5第二章 水泥粉煤灰稳定碎石配合比2.1 原材料性能分析2.1.1 水泥水泥作为一种稳定剂，其质量对混合料的质量是至关重要的。普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥均可用于稳定土。强度等级宜采用 32.5 或 42.5 的水泥。但应选用初
12、凝时间 3h 以上和终凝时间较长（宜在 6h 以上）的水泥产品。为使水泥稳定碎石有足够的时间进行拌和、运输、摊铺、碾压以及保证其具有足够的强度，不应使用快硬水泥，早强水泥以及受潮变质的水泥。本次试验水泥采用芜湖海螺 PS32.5级水泥，试验结果见表 2.1。表 2.1 水泥质量要求及实测指标试验项目质量要求实测值细度(%)10.07.0标准稠度用水量(mL)131初凝时间(min)180200终凝时间(min)360370安定性(雷氏法)合格合格抗压强度 3d(MPa)10.019.2抗压强度 28d(MPa)32.537.8抗折强度 3d(MPa)2.53.8抗折强度 28d(MPa)5.5
13、6.32.1.2 粉煤灰粉煤灰是火力发电厂排出的一种工业废渣。它是磨成一定细度的煤粉在粉煤锅炉中燃烧(11001500)后，从烟道排出并经收集的粉末，是一种火山灰材料。它通常呈灰白到黑色，是实心的或空心的球状颗粒，其矿物组成主要是铝硅玻璃体，还有少量石英(a-SiO2)和莫来石(C3A12O32 Si02)等结晶矿物以及未燃尽的炭粒。粉煤灰的玻璃含量(非晶质材料)占 71%88%，是粉煤灰具有活性的主要组成部分。粉煤灰的主要成分是硅和铝，次要成分有碳和铁、钙、镁及硫的氧化物，也可能有钠、钾、钦、锰和磷的氧化物。由于粉煤灰细度以及燃烧条件的不同，粉煤灰的化学成分也有较大波动。石家庄铁道大学继续教
14、育学院毕业论文6其氧化物含量的波动范围为:SiO2: 40%65%， A1203: 15%40%， Fe203: 4%20%。据报道，粉煤灰中各种氧化物的总量常超过 85%，氧化钙含量一般为2%8%，这种粉煤灰可称为硅铝粉煤灰，个别地方的粉煤灰含有10%40%的氧化钙，这种粉煤灰可称作高钙粉煤灰，含有足够数量游离石灰的高钙粉煤灰，不需要再加石灰或水泥而能自行硬化。本次试验采用马鞍山生产的二级粉煤灰。试验结果见表 2.2、表 2.3表 2.2 粉煤灰化学成分检验结果化学成分Si02Fe203Al203Ca0Mg0烧失量含量（%）51.5130.506.873.073.536.72表 2.3 粉煤
15、灰物理性质检验结果颜色表观密度（g/cm3）堆积密度（g/cm3）0.075 通过率（%）灰色2.0130.8086根据公路路面基层施工技术规范(JTJ0342000)对用做基层的粉煤灰要求如下:其中Si02 、Al203和 Fe203的总含量应大于 70%，粉煤灰的烧失量不应超过 20%；粉煤灰的比表面积宜大于 2500cm2/g（或 90%通过 0.3mm 筛孔，70%通过 0.075mm 筛孔） ，该粉煤灰质量合格可以使用。2.1.3 集料集料包括岩石天然风化而成的砾石（卵石）和砂等，以及岩石经轧制的各种尺寸的碎石和石屑等。路用中的集料可作为基层混合料、水泥混凝土或沥青混凝土混合料的骨料。不同粒径的集料在基层混合料、水泥混凝土或沥青混凝土
