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原文传递水泥稳定风化砂的路用性能及微观结构分析

论文题名：	水泥稳定风化砂的路用性能及微观结构分析
关键词：	水泥稳定风化砂;力学性能;耐久性能;微观特性
摘要：	随着我国交通建设的主战场由平原逐步转向山区，路基填料短缺、供应不足等问题越来越突出，如何有效利用工程沿线资源是目前道路建设中迫切需要解决的问题。我国大部分的山地和丘陵地区都分布有丰富的风化砂资源，作为地表岩层风化过程的中间产物，风化砂的物理力学性质不稳定，耐久性能也比一般填料差。对风化砂进行科学的评价，并提出合理的改良措施，使其具备良好的路用性能，将有效的解决山区道路施工过程中优质填料短缺、运输困难等问题，并能减少风化砂的搬运和弃置，对保护自然环境和降低工程造价具有积极意义。　　本文以山东省技术创新项目《风化砂在北方中低山丘陵区高速公路建设中的研究与应用》为依托，对水泥稳定风化砂的路用性能和微观特性进行了系统研究。首先，在掌握风化砂基本物理力学性质的基础上，通过开展一系列室内试验，明确了水泥掺量和养护龄期对风化砂力学性能的影响规律。其次，通过开展干缩试验、干湿循环试验和冻融循环试验，分析了外界环境变化对水泥稳定风化砂耐久性能的影响。再次，通过扫描电镜试验，分析了水泥稳定风化砂在不同工况下的微观结构特征，并以此为基础，探讨了水泥稳定风化砂的强度增长机理，以及干湿、冻融循环作用下的劣化机理。主要研究内容及结论如下：　　（1）风化砂的天然含水率为3.1%，砾粒组含量为24.5%，砂粒组含量为75.5%，属于级配良好砂；在较大的风化砂颗粒中，主要成分是石英和钠的铝硅酸盐；风化砂的最佳含水率为8.03%，最大干密度为2.13g/cm3，CBR值为51%，抗压回弹模量为106MPa，无侧限抗压强度为0.19MPa。该风化砂作为底基层填料时，其抗压强度不能满足规范要求。　　（2）水泥稳定风化砂的抗压强度与养护时间成线性关系，当水泥掺量超过3%后，其7d无侧限抗压强度能达到规范要求，但是抗压强度的增长速率明显降低；水泥掺量对于劈裂强度的提升作用明显；3%的水泥掺量对稳定风化砂7d抗压回弹模量的提高效果显著，当养护龄期为28d时，水泥掺量和抗压回弹模量之间基本呈现为线性关系。综合考虑经济效益、环境效益以及水泥稳定风化砂的工程性质等因素，确定最佳的水泥掺量为3%。　　（3）增加水泥掺量能降低试件的失水率，增大干缩量，总干缩系数随水泥掺量的增加而增加；干湿、冻融循环作用次数的增加都会降低水泥稳定风化砂的无侧限抗压强度，前6次干湿循环作用对试件的强度影响较大，强度损失率超过36%；而试件经历9次冻融循环后，其强度损失率高达55%。　　（4）风化砂颗粒之间排列不紧密，存在较多孔隙和裂缝，掺加水泥后，水化产物形成的水化硅酸钙CSH和钙矾石AFt附着在土颗粒表面，形成团聚体，使土体孔隙得到有效填充，土颗粒排列方向性更加规则，导致土颗粒之间的连接方式由点-边连接转向边-边连接和边-面连接。　　（5）随着干湿循环作用次数的增加，水化产物逐渐消失，试件裂隙变多变大，裂隙的增加导致大颗粒被分解。随着冻融循环作用次数的增加，颗粒表面与水化产物间的黏附性降低，颗粒表面变得光滑，颗粒与颗粒之间的距离变大，由骨架密实结构逐步向骨架空隙结构发展。总体来看，干湿循环和冻融循环都会减小颗粒的平均直径，颗粒直径的减小表明试件内部发生了破坏，与其宏观力学强度降低表现一致。
作者：	闫振强
专业：	道路与铁道工程
导师：	孔祥辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021