矿物掺合料对干拌水泥碎石桩力学性能的影响.pdf
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1、基金项目青海省交通运输科技项目()作者简介曾祥胜()男工程师主要研究方向:公路桥梁通信作者翟健梁()男硕士主要研究方向:道路建筑材料矿物掺合料对干拌水泥碎石桩力学性能的影响曾祥胜 翟健梁 陈佳煜(.青海省海西公路总段 德令哈.长安大学材料科学与工程学院 西安)摘 要:为更好地促进干拌水泥碎石桩的工程化应用选定了掺加矿物掺合料的干拌水泥碎石桩水泥种类单掺粉煤灰、火山灰、石粉于干拌水泥碎石桩中分析其掺量对干拌水泥碎石桩混凝土的力学性能影响复掺粉煤灰与石粉于干拌水泥碎石桩混凝土中分析其力学性能随矿物掺合料掺量的变化趋势 结果表明:.能更好地适用于掺加矿物掺合料的干拌水泥碎石桩随着掺量的增加干拌水泥碎
2、石桩抗压强度呈下降趋势其中火山灰掺量对干拌水泥碎石桩混凝土的力学性能影响较大但试件破坏形貌不明显复掺条件下掺量低于 时干拌水泥碎石桩的抗压强度随掺量变化影响不大掺量超过 后抗压强度随矿物掺合料掺量增加而呈线性下降趋势但抗压强度增长率呈“形”变化趋势关键词:道路工程干拌水泥碎石桩矿物掺合料力学性能 (.):.“”.:青海交通科技 第 期 引言碎石桩是先在软土地基中成孔后将碎石挤入孔中而形成的大直径密实桩体加固技术 干拌水泥碎石桩是由水泥与级配碎石按一定比例配制而成的桩体结构可用于地基加固工程其造价低廉、施工简单且加固改善效果良好 国内使用碎石桩对软土地基进行综合处理方面的研究已较为广泛大理高速公
3、路部分路段为软土地基张秀勇等使用加设碎石垫层的碎石桩复合地基显著改善了其地基的承受能力 陈建峰等研究了冻融后的加筋碎石桩复合地基认为地基土的融化会使桩间土的沉降显著增大 王雪艳依托湿陷性黄土地基处理工程发现碎石桩能有效加固地基消除地基土的湿陷性提高地基土的承载能力与压缩模量改善其沉降效应 陈忠宇等提出了适用于青海地区高速公路的路基加固水泥桩设计方法并应用于牙同高速公路 张金保使用有限元研究了桩长、桩间距等对干拌水泥碎石桩的加固效果影响周亚东等也使用模型预测了碎石桩复合地基的固结时间对地基沉降量的影响 谭鑫等使用离散元方法验证了软土地基中的碎石桩桩土相互作用机理并对单桩的变形至破坏全过程进行了模
4、拟邹辰皓等使用离散元分析了加筋长度对土工布格栅包裹碎石桩的承载性能影响 邵韦弦使用 二维有限元程序结合施工实践研究了碎石桩加固软土地基后路堤的变形与稳定性目前国内对碎石桩的力学行为研究以及工程应用方面的分析较多但对碎石桩中掺加矿物掺合料进行性能改性的研究鲜有而干拌水泥碎石桩吸水量受路基含水的率影响较大因此研究干拌水泥碎石桩强度受水灰比的影响也有较大工程意义 宋少民等认为石灰石石粉掺量超过 后混凝土的耐久性能劣化且石粉掺量为 时混凝土强度变化不显著 黄晓燕认为花岗岩石粉在管桩混凝土中的最佳掺量为 姜天华等认为矿物掺合料的增塑效应、微集料效应、形态效应等可以提升混凝土的工作性、力学性与耐久性且掺合
5、料细度越小火山灰活性越大 本文选定了适用于矿物掺合料改性干拌水泥碎石桩的水泥种类将矿物掺合料以内掺的方式掺加于干拌水泥碎石桩混凝土中研究掺量、掺加方式对干拌水泥碎石桩混凝土力学性能的影响以期为干拌水泥碎石桩性能的改性研究提供参考 试验.原材料试验用.、.水泥产于安徽海螺水泥有限公司参照青海省地方标准干拌水泥碎石桩施工技术规范(/)测试 技术指标如表 所示表 .水泥的技术指标比表面积/烧失量/初凝时间/终凝时间/含量/.试验用 级粉煤灰平均粒径.产自陕西圣鑫粉煤灰有限公司主要化学成分见表 火山灰 主 要 化 学 成 分 见 表 石 粉 比 表 面 积 为/主要化学成分见表 表 粉煤灰主要化学成分
6、成分含量/.表 火山灰主要化学成分成分含量/.第 期青海交通科技表 石粉主要化学成分成分含量/.试验用集料为石灰岩粒径为 和.试验设计首先选用.、.水泥按照不同水灰比配制干拌水泥碎石桩混凝土进行抗压强度力学试验以便选定水泥种类后使用内掺法将矿物掺合料单掺或复掺于混凝土中进行力学性能分析以评价不同矿物掺合料及其掺量变化对干拌水泥碎石桩混凝土力学性能的影响设计技术路线如图 水泥种类的试验方案如表 选用.水泥水灰比.使用内掺法掺加矿物掺合料配制干拌水泥碎石桩混凝土的试验方案及配比见表 和表表 水泥种类的试验方案分组水泥水灰比.图 试验技术路线图表 单掺矿物掺合料的试验配比及方案分组粉煤灰掺量/分组火
7、山灰掺量/分组石粉掺量/注:为内掺法掺加矿物掺合料于水泥混凝土中青海交通科技 第 期表 复掺矿物掺合料的试验配比及方案分组复合掺量/粉煤灰掺量/火山灰掺量/石粉掺量/注:为内掺法掺加矿物掺合料于水泥混凝土中.性能测试依据公路工程水泥及水泥混凝土试验规程()测试不同水灰比、掺加不同矿物掺合料时混凝土的/抗压强度并对其力学性能进行对比分析后对压碎时混凝土的宏观形貌进行评价分析计算混凝土强度增长率 如式()()式中:其中 为混凝土 抗压强度为混凝土 抗压强度 结果与讨论.水灰比对干拌水泥碎石桩的抗压强度影响经过前期调研发现工程上应用较多的水泥为.因此设置一组干拌水泥碎石桩 抗压强度随.水泥水灰比变化
8、的方案趋势如图 随着水泥水灰比的增大干拌水泥碎石桩抗压强度逐渐降低且降低趋势渐缓符合式()相关系数 为.函数拟合良好.()理论上水泥充分水化所需水灰比约为.但此时混凝土几乎没有流动性 水灰比增大在提高混凝土流动性的同时也增加了其含水量硬化后残留水分在混凝土中形成水泡水分蒸发后留下气孔致使受压后混凝土在气泡周围产生应力集中从而降低混凝土强度 当水灰比为.时干拌水泥碎石桩混凝土的 强度已降至.强度较低使用.水泥配制干拌水泥碎石桩混凝土的 抗压强度如图 由图 可知 配制的混凝土强度稳定性更好 与 相似随水灰比增加干拌水泥碎石桩混凝土的 抗压强度降低当水灰比为.时干拌水泥碎石桩混凝土的 抗压强度值仍在
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