低橡膠摻量的水泥穩定碎石收縮機理研究

《低橡膠摻量的水泥穩定碎石收縮機理研究》是依託東南大學，由楊若沖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低橡膠摻量的水泥穩定碎石收縮機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊若沖
• 依託單位：東南大學

中文摘要

水泥穩定碎石是高等級公路常用的基層材料類型。雖然採用骨架密實級配及振動壓實成型等技術，但其收縮裂縫（縮裂）問題仍不能完全解決。究其原因是水泥穩定碎石不存在瀝青混合料所特有的應力鬆弛特性，無法進行有效的能量耗散。將廢舊橡膠顆粒摻入水泥穩定碎石，可增加其柔韌性、進一步減少縮裂。本項目借鑑能量耗散原理，以橡膠顆粒替代細集料來減少水泥穩定碎石縮裂為研究思路。採用正交試驗方法，研究橡膠顆粒摻加後，水泥穩定碎石縮裂行為的變化規律；採用混合料疲勞試驗驗證能量耗散現象；採用壓汞試驗研究橡膠水泥穩定碎石的孔結構、齡期、養護條件與巨觀縮裂行為的關係，建立分析模型；利用掃描電鏡觀測材料微觀形貌，X射線衍射分析確定界面過渡區水化產物，進而得出橡膠水泥穩定碎石縮裂機理；採用內聚力模型，建立橡膠水泥穩定碎石溫縮開裂預估模型。研究成果將為抗裂型水泥穩定碎石設計提供新原理，為廢舊橡膠輪胎處理提供新的套用途徑。

結題摘要

水泥穩定碎石具有諸多優點而在高速公路路面基層中受到廣泛使用，但易產生收縮裂縫並進一步使路面產生反射裂縫則是其主要缺陷。本文通過在水泥穩定碎石中摻加橡膠粉，使用合適的成型方式，結合力學強度試驗，抗凍試驗、收縮試驗、微觀試驗以及基於有限元軟體對材料的損傷斷裂情況進行模擬，研究分析橡膠水泥穩定碎石的相關路用性能情況。研究得出： 使用振動法製備的試件抗壓強度遠遠大於靜壓法製備的。兩種成型方式所得試樣都表現出隨著橡膠粉的摻加而無側限抗壓強度下降的現象，且對試樣的早期強度影響明顯。混合料試件的抗折強度、劈裂強度受膠粉摻量的影響較小，隨著膠粉含量增加，相關強度表現出略微下降的趨勢。橡膠粉同時會對混合料試件的抗壓回彈模量起到降低的作用。對混合料試件的抗凍性能進行試驗分析，表明試樣中的膠粉含量越多，試樣的抗凍性能越好。橡膠粉摻量超過1.5%後，對材料的乾縮性能有明顯的改善。 壓汞試驗表明，橡膠粉對試樣的孔結構產生了一定的影響，對試樣的抗壓強度等力學強度存在一定的消極作用；但適宜摻量的橡膠粉在改善試樣的抗收縮開裂性能及抗凍性等方面起到積極作用。X射線衍射分析（XRD）結果表明，橡膠粉的摻入對水泥水化產物無明顯變化，無新物相生成；膠粉的摻入會一定程度上減緩水泥水化的速率。通過掃描電鏡試驗觀察到標準砂與水泥石結合較好；膠粉與水泥石界面間存在空隙，結合較差。 橡膠粉的摻入可提高材料的斷裂能，而基於內聚力模型（CZM）模擬的單口切邊梁試驗得出，斷裂能的提高增加了材料的可承受最大變形位移。