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原文传递基于抗裂性能的公路水泥稳定碎石基层材料组成设计研究

论文题名：	基于抗裂性能的公路水泥稳定碎石基层材料组成设计研究
关键词：	公路基层;水泥稳定碎石;配合比设计;抗裂性能
摘要：	半刚性基层以板体性好、承载能力强、较好的经济性等优点，广泛应用于我国高等级公路沥青路面结构的承重层，目前高等级公路半刚性基层一般以水泥稳定碎石基层为主。而水泥稳定碎石基层在实际公路工程项目应用的过程中，仍然存在一些缺陷，如早期受到干燥收缩易产生干缩裂缝、通车后期受到温度应力的影响易形成温缩裂缝等。本文以提高水泥稳定碎石基层抗裂性为目的，延长水泥稳定碎石基层路面使用年限，减少后期路面维修成本。从级配细观骨架结构特征出发，建立离散元数值模型，研究不同级配的骨架结构效应并提出级配评价方法，优化级配组成，提高水泥稳定碎石基层强度，补足水泥剂量使用过多而降低抗裂性的短板，同时通过不同成型方式、力学性能和收缩性能等室内试验验证级配的可行性。最后结合实际工程铺筑试验段，采用本文推荐级配，并对比不同搅拌方式下的基层混合料摊铺效果。具体内容如下：（1）在级配优化方面，本文建立了三种典型级配的离散元模型，在不同宽度加载板的情况下，采用循环加载的方式进行数值模拟试验，并监测追踪混合料内部接触应力、力链分布、应力传递图等监测项目，分析了加载过程中三种级配细观结构力学响应规律。提出了应力传递率、主骨架应力分布率等骨架结构优良性评价标准。结果表明：GK骨架空隙级配与GM骨架密实级配的骨架结构效应优于XF悬浮密实级配。　　（2）级配设计采用了粗细集料分开设计方法，粗集料分级掺配、细集料i法级配设计，确定了分级掺配振实试验所得ZD-1的级配组与其他13组不同掺配比的抗裂性水泥稳定碎石级配组，并通过离散元数值模拟对不同级配进行了骨架结构评价，推荐了四组级配JS-5、7、9、ZD-1可以作为具有优良骨架结构抗裂性水泥稳定碎石基层使用。　　（3）在室内试验方面，通过不同击实方式试验、不同成型方式的混合料力学性能试验和收缩性能试验对比。试验表明：重型击实造成的颗粒级配变化比振动击实级配变化程度高，是振动击实破碎程度2.4倍；振动成型试件在无侧限抗压强度、劈裂强度试验结果是静压成型的1.14倍、1.53倍；相比静压成型，振动成型干缩应变降低了8%，且在试验监测的前7d，采用振动成型方式的试件平均干缩系数降低18.5%，说明了振动成型方式在早期可以有效减少混合料的干燥收缩。　　(4)以不同水泥剂量、级配、龄期作为研究要素，通过水泥稳定碎石混合料室内试验，综合分析了力学性能与收缩性能随着水泥剂量和龄期的增长变化规律。并采用抗裂性评价方法对不同级配组成评价，试验结果表明了设计级配在各个性能方面均优于规范级配。　　(5)依托实体工程修筑了试验段，对比振动搅拌与静力搅拌在水泥稳定碎石基层应用效果。通过现场取芯强度试验、水泥剂量检测以及裂缝观测等手段，得出振动搅拌技术优于静力搅拌技术，并验证了本文级配设计方法所得的相关结论。
作者：	甘学超
专业：	水利工程
导师：	黄学平;刘福明;欧阳奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南昌工程学院
学位年度：	2020