掺废橡胶颗粒的水泥稳定碎石路用性能的研究

1、南京林业大学硕士学位论文掺废橡胶颗粒的水泥稳定碎石路用性能的研究姓名：何勇申请学位级别：硕士专业：森林工程指导教师：王元纲20070601摘要废旧轮胎橡胶在公路工程中的应用对减少污染的危害、保护资源和环境具有重要的现实意义。目前在美国，废日轮胎橡胶碎屑被广泛应用于沥青混凝土路面的新建与维护工程中。本课题主要研究掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石基层材料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、劈裂抗拉强度、抗冻性能、干缩变形等物理力学性能及其与橡胶颗粒的粒径及掺量、水泥剂量、龄期等因素的关系。所做的主要工作和取得的成果如下：加入橡胶颗粒后，水泥稳定基层碎石混合料抗压强度、回弹模量、劈裂抗拉强度都有所下降。由于受力

2、方式不同，劈裂抗拉强度下降幅度比抗压强度下降幅度小。橡胶颗粒掺量为的水泥稳定碎石混合料与基准混合料进行冻融对比试验，前者抗冻性能较好。对掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石混合料的干缩性能进行了试验研究，结果表明，掺入一定量的橡胶颗粒后，水泥稳定碎石干缩应变明显减小，且干缩应变增长缓慢，有利于减少或减缓基层开裂。采用公路路面设计系统软件进行路面结构层层底应力计算，分析水泥稳定碎石基层厚度和抗压回弹模量变化、掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石基层厚度变化以及处于不同层位对路面结构层层底应力的影响，并通过正交试验分析的方法分析影响因素的主次。经分析得出，在路面结构模型中，水泥稳定碎石基层模量在，厚度取比较合适。关甓词废

3、橡胶颗粒；水泥稳定碎石；力学性能：抗冻性；干缩；结构层应力，：；本学位论文知识产权声明本学位论文是在导师（指导小组）的指导下，由本人独立完成。文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的人士在致谢中均已说明。基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。研究生签名：跏一堋日期坷参，必叼、；譬致谢本文是在导师王元纲教授的悉心指导下完成的，在理论学习、论文选题、试验研究及论文成文过程中恩师倾筑了大量的心血。谨此，向导师三年来对学生的辛勤培养致以忠心的感谢！在试验过程和论文审阅过程中还得到了王国忠老师和王宏畅老师的热

4、情帮助。在硕士研究生学习期间，南京林业大学土木工程学院及研究生院的师长给予多方关心。在理论课程学习阶段，得到了每一位任课老师的热心指导和帮助。在试验过程中，得到了蔡晓飞、徐文娟、樊兴华、吴曼、李懿、赵苏正、倪素娟等同学的大力帮助。值此论文成稿之际，作者谨向提供过帮助的老师、同学、朋友们表示忠心的感谢！作者：何勇年月绪论研究的背景及意义半刚性基层沥青路面的发展及存在的问题改革开放以来的多年，是中国公路发展速度最快，规模最大，最具活力的时期。从年以来，沪嘉高速公路建成通车以来，中国公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。年一月份，公路建设投资达到亿元。高速公路通车里程，年全

5、国仅公里，到年突破万公里，到年突破万公里，年近已达万公里，年底，全国高速公路总里程达到万公里，居世界第二位。从年中国交通可持续发展论坛上获悉，中国高速公路网规划主要由条首都放射线、条南北纵向和条东西横向线共同组成，这些高速公路简称为“网”，其总里程将超过万公里。其具体目标是：覆盖多亿人口；直接服务范围东部地区超过、中部地区达、西部地区近；实现东部地区平均分钟、中部地区分钟、西部地区平均分钟上高速；连接全国所有省会城市，以及目前城镇人口超过万的大城市、超过万的中等城市；连接全国重要的交通枢纽城市；连接重要的对外公路口岸；在环渤海、长三角、珠三角三大都市圈内部，形成较为完善的城际高速公路网。并且逐

6、步完成“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要城市、覆盖重要县市”的新高速公路网络。根据交通部规划，到年，新建高速公路万公里以上，高速公路总里程将达到万公里。目前人口在万以上的城市高速公路连接率将达到，高速公路总里程达到万公里。随着国民经济的不断发展和社会运输市场的日益繁荣，公路交通量已大幅度增长，同时汽车载重量明显增加，要求公路建设向高等级、高标准的方向发展。这些必然给公路设计者与建设者在经济与技术方面提出了更高的要求。通过近十几年的不断实践和总结，采用半刚性材料修筑路面结构的基层和底基层已在公路建设中得到普遍的推广和应用。我国已建成的高速公路的路面，左右高等级沥青混凝土路面的基层或底基层都是

7、采用半刚性材料，而且强度越来越高，这对路面的整体承载能力是好的。但是，半刚性基层沥青路面开裂一直都是捆扰着各国工程技术人员的一个主要问题。至今仍然是各国沥青路面最普遍的损坏现象之一。裂缝的成因也是各种损坏形式中最复杂的。按照国际上的一般认识，沥青路面的裂缝大体上有以下一些类型：（）横向裂缝：包括温缩裂缝及半刚性基层沥青路面的反射性裂缝；（）纵向裂缝：分为自上而下的表面裂缝和自下而上的疲劳裂缝；（）块状裂缝；（）边缘裂缝；（）沉降或沉陷裂缝；（）构筑物接头裂缝。半剐性材料是指：凡是用水硬性结合料（我国又称无机结合料）稳定的各种土当其强度符合规定的要求时，都统称为半刚性材料。它包括水泥稳定土、石灰

8、稳定土、石灰稳定工业废渣和综合稳定土。人们对半刚性基层沥青路面的优越性，经过许多年的使用已经有了充分的认识，这种路面结构材料具有强度高、板结性、水稳定性好、易于机械化施工、造价低等优良的工作性能和显著的经济效益等特点，同时也存在一些问题。水泥稳定碎石基层就属于半刚性基层的一种。半刚性基层路面的优点在于两点：一是水硬性结合料稳定层具有较高的强度，能够提供较高的路面承载力，有利于荷载的分布，极大降低了路基土的垂直压应力和其上沥青层层底的弯曲应力。二是半刚性路面往往较经济，对于中、低交通量路段，可以采用一般性能的材料，因采用水硬性结合料能够充分利用当地材料。同时，对于一定的交通量与全厚式沥青路面相比

9、，可以采用较薄一些的沥青层，因此降低了沥青材料的用量。但是，高强度、高承载力不一定意味着最好的路面性能，半刚性基层材料有着本身难以克服的缺陷和不足。这是由于较高强度的半刚性基层可能会导致较大的干缩、温缩裂缝的产生，从而导致面层产生反射裂缝，同时雨水会从裂缝中下渗并积聚在面层与基层中间，出现唧泥现象，降低了沥青层与半刚性基层层间的粘结状态，从而加速路面结构破坏。我国已铺筑的高速公路，除了京津塘高速公路、广深高速公路等极少数工程使用余年后仍然只需通过表面处理就可以恢复路面的使用性能外，很多公路都达不到设计年限就需要大修。这种现象引起的社会反响极大。大家都在反思，为什么国外公路的使用寿命越来越长，而

10、我们为什么达不到呢？其主要原因是它与我国千篇一律的采用较薄沥青层的半刚性基层沥青路面这种结构不无关系。因为薄沥青层从长远来说，无法防止开裂，无法防止各种途径的水的进入，又不能迅速排除，尤其是在严重的超限超载车辆通行的路段，超载和水的共同作用使沥青路面在短时间就发生严重的破坏，以致基层结构的损坏。针对半刚性基层沥青路面出现的问题，特别是反射裂缝的问题，国内外开展了大量的研究，如采用增加面层厚度、使用改性沥青、土工布、应力吸收夹层等措施，还在材料配合比、施工工艺等各方面采取了减少半刚性基层干燥收缩和温度收缩的措施，在很大程度上降低了反射裂缝的发生，但是从总体上来说，半刚性基层的反射裂缝问题仍未得到

11、彻底解决。废旧橡胶利用的意义废旧橡胶的利用具有相当深远的现实意义。废旧轮胎被称为“黑色”污染，其回收和处理技术是世界性的难题，世界各国最普遍的做法是把废旧轮胎掩埋或堆放，这不仅征用大量土地，而且大量废旧轮胎的堆积极易引起火灾，造成第二次公害。年，在我国产生废旧轮胎万条，根据目前的发展速度预测，每年以的速度增加，年将达到亿条。如此巨大的废旧轮胎的产生，如果不妥善处理，将会产生巨大的污染。同时，我国又是一个橡胶资源短缺的国家，几乎每年橡胶消耗量的左右需要进口，而且短期内不会有解决办法。处理好废旧橡胶，对于充分利用再生资源，摆脱自然资源匮乏，减少环境污染是非常重要的事情。废旧轮胎橡胶在公路工程中的应

12、用对减缓污染的危害、保护资源和环境具有积极作用。可以说，废旧轮胎在道路工程中的研究、开发和应用具有重要的经济、环保与社会效益。废日橡胶在国内外应用研究状况橡胶是高分子聚合物，具有较强的弹性和韧性，其分子结构一般为线型、支链型或交链型，原生胶一般要进行硫化处理，即在原生胶中加入硫磺和其它促进剂，使橡胶分子产生大量交联，形成三维空间网状结构。这样处理后的橡胶强度、韧性、弹性及耐磨性能都能得到显著增强。废旧橡胶在国外应用研究状况随着汽车工业的发展，各国汽车拥有量与日俱增，随之而来的是汽车废旧轮胎的数量越积越多，严重危害着人类赖以生存的环境，破坏生态平衡。为此，各国的道路工作者对废旧轮胎再利用的问题进

13、行了积极的研究与探索。世界上将废旧轮胎作为资源回收再利用的主要途径有原形改制、热能利用、热分解、轮胎翻新、生产再生胶和用于土木工程建设等。其中，废橡胶在道路建设中的应用已成为各国研究和应用的重点，这也是处理大量废旧轮胎的较佳选择。在美国，每年产生的废弃轮胎近亿个，大部分进行堆存或填筑处理，既浪费了土地资源又破坏了生态环境，因此，公路部门特别重视废旧轮胎的处理与利用研究。年通过冰茶法案以来就开始了对碎屑橡胶改性沥青的研究。美国国会下令各州充分利用废旧轮胎碎屑进行沥青混凝土路面的新建与维修，年规定每年掺入沥青混凝土中的废轮胎屑至少为，年从政府道路预算中计入份额为，年计入份额为，年则达以上。废旧轮胎

14、橡胶碎屑广泛应用于美国沥青混凝土路面的新建与维护工程中：粗粒碎屑可作为沥青混凝土的部分骨料；细粒碎屑可替代部分沥青作结合料，改善沥青混凝土路面的低温性能，提高路面防滑安全性，减少路面面层的反射裂缝，延长路面的使用寿命。废橡胶粉应用于沥青路面的技术主要分为湿法和干法两大类滞！据美国加州沥青橡胶使用指南的定义，湿法（简称）是指废橡胶粉先行与沥青拌和，制成一种称为橡胶沥青的改性沥青胶结料，然后再与石料拌和；干法是指将废橡胶粉作为一部分细集料先与石料干拌，然后喷入沥青拌制成废橡胶粉（或颗粒）改性沥青混合料（简称）。广义的湿法还包括用于稀浆封层的橡胶改性乳化沥青等，广义的干法还包括沥青混合料摊铺后撤布橡

15、胶颗粒再共同碾压的工艺等。在美国，废旧橡胶粉还被用在其他方面，例如在硅酸盐水泥混凝土混合料中替代细集料；废旧橡胶粉其轻质、耐用、弹性好、透水性好用于稳定路基、改善路面变形和排水条件，还用于边坡的加固、作保温层等。在日本，把废旧橡胶粉应用在防冻路面中。在积雪寒冷地区和路面容易冻结的山间道路，为了确保车辆的行驶要求，需采用具有抑制冻结功能的路面。其中使路面具有弹性，通过车轮行驶荷载将路面结冰层破碎、融解，进而防止路面冻结的路面称作物理式冻结抑制路面。掺入橡胶颗粒的沥青路面就是这种利用橡胶颗粒弹性的物理式冻结抑制路面。该路面的基本概念是在世纪年代由瑞典道路研究所提出的。它是将橡胶颗粒作为部分粗骨料掺

16、入，从而形成使部分橡胶颗粒突出于路表面的面层。使用的橡胶颗粒是将废旧轮胎（苯乙烯、丁二烯橡胶系加硫橡胶）切碎，去除异物并进行分级，使之成为以下的颗粒，掺入率为集料重量的，集料级配为开级配，与常规的混合料相比，沥青用量增加约倍。日本从世纪年代末期开始进行防冻路面的研究开发，当时是参考瑞典的资料，采用日本国内使用的沥青混合料试验方法进行室内试验的。从年开始，日本己在北海道及本州的山间公路上铺筑了十几处这种掺橡胶颗粒的路面，在有积雪的情况下有较好的防滑性能。但由于橡胶颗粒的混入，路面不易达到充分的密实度。掺橡胶颗粒沥青路面除了有冻结抑制效果外，突出在路面的橡胶颗粒还可以提高路面的抗滑性能和抗磨耗性能

17、。这种路面即使路表面磨耗，路面体内的橡胶颗粒仍能继续提供这些效果，所以能够长期维持。此外，这种路面技术还可以降低轮胎路面的接触噪声和促进废旧轮胎的再生利用。在日本，废旧橡胶轮胎还用于路基边坡加固和作为隔音材料。年，在加拿大泰晤士维尔，道路工作者将废旧轮胎橡胶加入熟拌沥青中铺筑了一条试验路，沥青橡胶混合料路面和标准混合料路面各长。通过比较，沥青橡胶热拌路面（橡胶占混合料的呦与标准路面性能相当，但施工方便、安全。在白俄罗斯，废旧橡胶粉还被生产为橡胶粉沥青结合料和公路基层补强层等等。废旧橡胶在国内应用研究状况与国外相比，国内的研究起步较晚。上世纪年代末年代初，出于改善我国性能不佳的国产沥青的目的，同

18、济大学研究了橡胶粉与沥青共熔反应的变化规律和对橡胶沥青路用性能的影响，通过系统的试验研究，分析验证了磨细橡胶粉改性沥青的主要特性和路用价值。并通过生产工艺的改善，促进了这种改性沥青混凝土在路面工程中的应用。年和年分别在江西省的铅山县和贵溪县铺筑了橡胶沥青试验路。由于试验路的等级较低，路面工艺是较低等级的贯入式和表处，研究成果不适用于高等级公路。年沈阳市在交通量较大的繁华道路上用废轮胎胶粉改性沥青试铺了万的路面，经过一个冬季和夏季的考验，效果良好。年在新开的五爱路至浑河大坝间试铺了万路面，经过多年的商负荷运行，效果良好。因此近年已在沈哈高速公路上试铺了一段路面，效果同样很好。北京路翔技术发展有限

19、责任公司于年在北京小红门和广东韶关地区试铺了的橡胶改性沥青混凝土试验路面，效果良好。年，交通部公路科研所首次在钢桥桥面铺装中用干法工艺加入了（相对于沥青用量）的橡胶粉，该桥面经受了两个夏季的重交通考验，基本保持完好。年，交通部公路科学研究所与同济大学、山东省交通科学研究所等单位合作承担了西部交通建设科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”。该课题全面地开展了橡胶粉沥青混合料的室内试验研究，初步提出了橡胶粉改性沥青的技术标准、橡胶粉沥青混合料设计方法及技术标准。结合室内试验研究结果，在华南地区、西南地区、轻冰冻地区三个气候片区修筑了总长近公里的试验路和实体工程。试验路施工有干法和湿法两种工艺，由

20、于试验路通车时间短，路用性能尚待跟踪观测【】【】。废橡胶粉（颗粒）还被应用在水泥混凝土方面。同济大学国家重点实验室孙家瑛等人在橡胶混凝土研制及物理力学性能研究一文中指出，橡胶混凝土具有优越的防裂性、韧性、耐磨性和抗老化性制“。同济大学土木工程学院的熊杰、郑磊、袁勇等人在废橡胶混凝土抗压强度试验研究一文中得出了这样的结论：橡胶混凝土的抗压强度随着橡胶掺量增大而降低，橡胶颗粒种类对橡胶混凝土抗压强度影响较大，但是结果表明并不是颗粒越大，强度降低越多【”。东南大学的陈波等人在橡胶混凝土性能的初步研究中指出，橡胶混凝土的性能要比基准混凝土要低，配比不同的橡胶混凝土力学下降的程度不同；掺橡胶粉（颗粒）对

21、混凝土的抗冻性能有很大提高闭。东南大学的硕士生李红燕通过对橡胶改性水泥基材料性能的研究得出了如下结论：当橡胶掺量为水泥质量的时，橡胶水泥混凝土与空白混凝土相比，抗压强度降低左右，抗折强度降低左右；在混凝土中加入橡胶后，混凝土的弹性模量降低；橡胶的加入减少了混凝土由于收缩引起的微裂缝，阻碍了水分及其它有害物质进入混凝土中的通道，进而延缓了混凝土试件的冻融破坏，提高了橡胶混凝土的抗冻性及抗渗性。北京交通研究所王旭东博士目前正在研究橡胶粉（颗粒）在道路工程中的应用。橡胶粉（颗粒）应用在水泥稳定类的基层材料中，正在研究用于铺设试验路段的过程中。目前，有关废旧轮胎橡胶颗粒在水泥稳定碎石基层中应用的研究相

22、对很少。本课题研究目的和意义半刚性材料以其强度高、稳定性好等特点在公路工程建设中被广泛应用，但与柔性路面相比，半刚性材料刚度大、抗疲劳性能差，而且在使用过程中容易出现干缩裂缝，最后反射到沥青路面上，导致面层较快地出现龟裂等破坏，降低路面的使用性能。本课题研究目的是，通过室内试验来研究掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石的路用性能，探索改善水泥稳定基层材料路用性能的途径。同时，废橡胶在公路工程中的应用对减少污染、保护环境具有积极作用。研究内容本课题通过试验，研究掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石基层材料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、劈裂抗拉强度、抗冻性能、干燥收缩等物理力学性能与橡胶颗粒粒径及掺量、水泥剂量、龄期等

23、因素的关系。主要研究内容如下：（）原材料性能试验，包括水泥、集料、橡胶颗粒的物理技术性能试验。（）采用正交试验方法选定试验配比，包括水泥剂量、橡胶颗粒掺量和粒径的确定。（）采用选定的配合比制作试件，根据需要将养护至一定龄期的试件进行无侧限抗压强度试验、抗压回弹模量试验、劈裂抗拉试验和冻融试验，并分析各试验指标与橡胶掺量和粒径的关系。（）选定力学性能比较好的配合比进行干缩性能试验研究。（）选定比较合理的抗压回弹模量和两种不同方案的路面结构，采用公路路面设计程序系统进行路面结构分析。原材料性能测试水泥水泥是一种水硬性胶凝材料，其主要化学成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，在水中能更好的

24、硬化，并且强度可以持续增长，所以被人们广泛应用于各种工程建设中，是一种不可或缺的胶结材料。本试验采用的水泥是海螺牌粉煤灰硅酸盐水泥。根据我国现行规程【“，对水泥的技术性质进行细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性和胶砂强度试验。（）细度细度是指水泥颗粒粗细的程度，它对水泥凝结时间、强度、需水量和安定性有较大的影响。细度越细，水泥与水起反应的面积越大。测定水泥细度的方法有筛析法（负压筛法和水筛法）和比表面积法。本试验采用负压筛法测得所用水泥的方孔筛筛余量为。（）水泥净浆标准稠度为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国现行规程规定，水泥净浆稠度时

25、采用稠度仪测定，以试杆沉入净浆并距底板的水泥净浆为标准稠度。本试验的水泥标准稠度为（见表）。（）凝结时间凝结时间是从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需时问。凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。凝结时间采用凝结时间测定仪，测定方法是将标准稠度用水量制成的水泥净浆装在试模中，放入湿气养护箱中养护段时间后，在凝结时间测定仪上，以标准试针测定。我国现行规程规定：粉煤灰硅酸盐水泥初凝时间不得早于分钟；终凝时间不迟于小时。本试验测定：初凝时间分钟：终凝时间分钟。（见表）（）安定性水泥的体积安定性是指水泥硬化后体积变化均匀性的物理

26、性能指标。影响体积安定性的主要因素为：熟料中游离氧化钙和氧化镁含量，水泥中三氧化硫含量。水泥安定性试验按现行规程（）有两种测定方法：雷氏法和试饼法。雷氏法的方法是：把装好水泥净浆的雷氏夹放入沸煮箱沸煮±，然后测定其膨胀值。其判定方法是，当两个试件煮后霄氏夹指针间增加距离的平均值不大于时，即认为合格。试饼法的方法是：将制好的试饼经过小时养护，然后沸煮，目测试饼未发现裂缝，用钢尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格：反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。本试验采用雷氏法，其膨胀值为（），即该水泥安定性合格。（见表）（）水泥胶砂强度试验水泥强度是水泥技术要求中最重要

27、最基本的一项指标，它反映了水泥的质量水平和使用价值。水泥强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。根据我国现行试验规程，按水泥与砂的质量比为：，水灰比为，以标准成型方法制成的棱柱体，并在标准养护条件下，养护至规定龄期，测定其抗折和抗压强度。（见表）表水泥性能测定结果项目水泥细度水泥标准稠度用水量水泥初凝时间水泥终凝时间水泥安定性抗折水泥胶砂强度抗压强度试验结果口田标准规定为方孔筛筛余百分数，为标准稠度用水量不早于不迟于田田强度口【集科在水泥稳定碎石基层中，其强度来源主要是由集料之间的嵌挤作用和水泥的胶结强度来实现的。集料质量的好

28、坏直接关系到水泥稳定基层的质量。本试验所用的集料，分为四种规格：，分别称为鼻、撑、撑、撑料。粗集科由于水泥稳定碎石基层的强度很大程度是由粗集料来提供的，所以粗集料的质量极为重要。粗集料应洁净、干燥、无风化。粗集料的嵌挤作用是混合料形成强度的主要因素，所以要求粗集料颗粒形状应接近立方体，有棱角具有足够的强度；粗集料的扁平细长颗粒含量不能过多。集料粒径过大，混合料容易产生离析现象，严重影响混合料的力学性能，本课题所选用集料的最大粒径为。（）表观密度】表观密度是单位体积（含材料的实体矿物成分及闭口孔隙体积）物质颗粒的干质量，表观密度计算公式为：，西麓式中：集料的表观密度，；，矿质实体质量，；（）以矿

29、质实体体积，；“闭口孔隙体积，。粗集料表观密度测定方法是按公路工程集料试验规程（）规定采用网篮法。其结果见表。表粗集料表观密度集料试样表观密度（）（）（）（）（）压碎值粗细集料在水泥稳定碎石混合料中起骨架的作用，细集料起填充空隙的作用，使混合料更加密实，所以集料的强度和级配直接影响混合料的力学性能【】。水泥稳定碎石的早期强度主要是靠集料的嵌挤作用，一般来说，具有良好级配的集料与适当的水泥剂量在最佳含水量状态下，通过机械压实、养生后能得到优良的水泥稳定碎石基层。集料压碎值是集料在连续增加的荷载下，抵抗压碎的能力。它作为相对衡量石料强度的一个指标，用以评价公路路面和基层用集料的质量。按现行试验规程

30、【¨】的方法，取一定质量（。）的的集料试样装入金属筒中，然后再压力机上均匀地施加荷载，在左右时间内达到总荷载，稳压，然后卸载，用标准筛筛分经压碎的全部试样，称取通过筛孔的全部细料质量（。），集料压碎值（：）按下式（）计算，精确至。：旦（）本试验根据公路工程集料试验规程（）测得，所用粗集料压碎值为，符合规范要求。（）针片状含量本试验用游标卡尺法测得粗集料针片状含量为，符合规范要求。细集科细集料在水泥稳定碎石基层中主要起填充作用，与粗集料按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度（或较大的摩擦力）。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并由适当的颗粒组成。由于细集料的粒径较小，因此表观密度

31、的测定方法与粗集料略有不同，本试验按照公路工程集料试验规程（）【采用容量瓶法测得细集料的表观密度为。橡胶颗粒采用杭州新邦橡胶有限公司生产的且、目、目橡胶颗粒，橡胶颗粒粒径大小用目数表示，目数一般是指在平方英寸面积内筛网的网孔数，目数越大说明物料粒度越细（且数与微米的对应关系如表所示）。橡胶颗粒的表观密度及吸水率如表所示。表橡胶颗粒表观密度、吸水率橡胶颗粒粒径目（）目（）目（）表观密度（，）吸水率（）力学性能试验方法及试验配合比设计力学性能试验方法击实试验（）击实试验方法本试验法是在规定的试筒内，对水泥稳定土（在水化以前）、石灰稳定土及石灰（或水泥）粉煤灰稳定土进行击实试验，绘制稳定土的含水量干

32、密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。根据公路工程无机结合料稳定材料实验规程（刖）选用丙类击实方法，主要参数列于表。表丙类击实法试验参数试筒尺寸锤的质量（）锤面直径（）锤击落高（）每层锤击次数平均单位击实功（）容许最大粒径内径（）高（）容积（）层数（）试件的制作与养生根据公路工程无机结合料稳定材料试验规程（），按预定的干密度确定稳定土混合料的数量，用直径为、高度为的圆柱体试模，采用静压成型法制作试件。然后用塑料薄膜包复，放入到恒温室内（温度保持在）进行保湿养生，养生期的最后一天，将试件浸泡在水中小时后进行试验。无侧限抗压强度试验将养生到龄期的试件从水中取出，用软的旧布吸去试件表面自由

33、水，放到路面材料强度试验机上，进行抗压强度试验。试验过程中，应使试件的变形等速增加，并保持速率约为，记录试件破坏时的最大荷载（）。试件无侧限抗压强度。的计算公式如下：）（）（）式中：式件破坏时的最大荷载（）试件的截面积（）（彳，为试件的直径，）间接抗拉强度试验（劈裂抗拉试验）本试验把养生至规定龄期的试件用软的旧布吸取表面水，在压力机升降台上置一压条，然后将试件横置在压条上，在试件顶面也放一压条（上下压条与试件的接触线必须位于试件直径的两端，并与升降台垂直）。在试验过程中，应使试件的变形等速增加，并保持速率约为。记录试件破坏时的最大压力（）。本试验所采用压条的尺寸如表。表压条尺寸试件尺寸（）宽度

34、（）弧半径（）中劈裂抗拉强度按下面公式计算：（）日式中：尸试件破坏时的最大荷载（）卜浸水后试件的高度（衄）抗压回弹模量试验本试验采用顶面法对无机结合料稳定材料进行抗压回弹模量试验。试验装置是型电脑多功能路基路面材料强度试验系统。回弹变形测量：将预定的单位压力分成五个等分，作为每次施加的压力值。测试时，施加第级荷载（如为预定最大荷载的），待荷载作用达时，记录位移计的读数，同时卸掉荷载，让试件的弹性变形恢复，到时记录位移计的读数。如此逐级进行，直至记录下最后一级荷载下的回弹变形。回弹模量的计算【】：（）计算每级荷载下的回弹变形：听荷时的读数一卸掉荷载时的读数（）（）用加载板上的计算单位压力以及与其

35、相应的回弹变形按下式计算回弹模量：二兰（）上式中：卜单位压力（）州件回弹变形（）（）以单位压力为纵坐标，以回弹变形为横坐标，绘制与的关系曲线，修正曲线开始阶段的虚假变形。所得图形的斜率乘以试件的高度即为该试件抗压回弹模量。砰试件高度（）集料颗粒组成的确定粗骨料在水泥稳定碎石混合料中主要起骨架作用，细集料起填充作用，集料的颗粒组成直接影响到混合料的力学性能，粗细集料的合理搭配能使基层更加密实，整体性能好，抗压强度高。各种不同粒径的集料，按照一定比例搭配起来，以达到较高的密实度（和较大的摩擦力），可采用下列两种级配组成【】。连续级配连续级配是一种矿质混合料在标准筛中进行筛析时，所得的级配曲线平顺圆

36、滑，具有连续的（不间断）性质，相邻粒径的粒料之间，有一定的比例关系（按质量计）。这种由大到小，逐级粒径均有。按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配矿质混合料。间断级配间断级配是在矿质混合料中剔除其中一个（或几个）分级，形成一种不连续的混合料。本课题采用的是连续级配。所用集料有四种规格：，代号分别为拌、嬲、稃、错料。本课题统一采用一种集料颗粒组成，四种料的比例（质量比）为撑：撑：撑：错：。集料合成级配（即颗粒组成）如图和表所示。表集料的颗粒组成规范中级配范围筛孔尺寸（）岸群甜合成上限中值下限衄吣级配佃衄吣衄吣通过百分率（）集料用量比篇矽丑求夕棚喀捌盾户力譬哪薯砉暑曼雠嘲僦耄喜撕慨娼上力么矸

37、筛孔尺寸（衄）图集料的颗粒组成曲线图配合比设计正交试验设计掺橡胶颗粒的水泥稳定碎石的强度受很多因素的影响，如集料的颗粒组成、水泥剂量、橡胶颗粒的粒径、橡胶的掺量以及养护条件等。为了能够更有效的研究橡胶颗粒的掺入对水泥稳定碎石混合料性能的影响，本课题采用正交试验方法来设计试验内容。与集料相比，橡胶颗粒是一种不同性质的材料。橡胶具有高弹性和高韧性的特点。掺入到水泥稳定碎石混合料中，会对其产生较大影响。所以把橡胶颗粒的掺量作为一个因素考虑，拟定三个因素水平，即，。由于橡胶颗粒粒径较小，所以本课题采取的方法是用一定橡胶颗粒等量替代硝料（）来进行研究。橡胶颗粒掺量按下式来表示：橡胶颗粒掺量一焉嚣警筹。目

38、。，橡胶粒径对水稳碎石混合料强度也可能产生影响，因此拟定三个水平目、目、水泥的胶结强度是掺橡胶颗粒水泥稳定碎石混合料强度的主要来源，所以水泥剂量应作为一个重要因素加以考虑。拟定水泥剂量为、。因水平（水泥剂量）素（橡胶颗粒掺量）（橡胶颗粒粒径）目目目因素谢掰号表正交试验设计表（）（）（）（）（）（）（）（）（）（目）（目）（目）（目）（目）（目）（且）（目）（目）（）（）（）（）（）（）（）（）（）本试验确定了个因素，每个因素又有个水平，是一个因素水平的问题，所以选取。（）正交表。表为各因素及水平，按表所示的组混合料配比进行试验。击实试验结果分析因素表击实试验结果试验号最大干密度（水泥剂量）（橡

39、胶颗粒粒径）（橡胶掺量）（矾）磁，（：拿）（：）产拿）极差按照表所设计的配比进行击实试验，其结果如表所示。表中，（，、，）这一行的个数分别是因素、的第（、）水平所在的试验中对应的最大干密度之和。，：，砭，这行的个数，分别是。、：、，这行中的个数除以所得的结果，也就是各个水平所对应的平均值。由表可以看出，种因素对混合料最大干密度的影响程度为。而且橡胶颗粒掺量对最大干密度的影响远远大于水泥剂量。其原因是：混合料最大干密度的主要影响因素是材料密度和集料级配。在集料级配不变的情况下，各种材料密度起主导作用。由于橡胶颗粒表观密度大大小于集料的表观密度，所以橡胶颗粒掺量对混合料的影响也最大。随着橡胶掺量和

40、颗粒粒径的增大，混合料最大干密度减小；水泥剂量对最大干密度影响并不显著。力学性能试验分析及配合比确定本试验对选出的种配比的混合料进行试验，把天、天、天抗压强度和天劈裂抗拉强度作为试验控制指标。通过极差分析判断出影响混合料性能的主要因素，为下一步试验做准备。极差分析试验的结果见表。为了便于分析，将天强度随因素变化的情况用图形表示出来，如图、图、图（为了看的清楚，将各点用线段连接起来，实际上并不是直线）。综合表分析，可以看出每一个因素对混合料天抗压强度的影响。（）橡胶颗粒掺量（因素）对抗压强度的影响。从表和图看出，因素极差是最大的，也就是说橡胶颗粒掺量是影响最大的因素，橡胶颗粒掺量取最好，为了更全

41、面的分析橡胶颗粒掺量对混合料抗压强度的影响，同时取水平来进行试验。表极差分析结果因素劈裂抗拉各龄期抗压强度结果口）试验号，强度（）（天抗压强度劈裂抗拉强度极差【极差天抗压强抗压强度度极差极差生舞卯鬟，攮胶颗粒掺量图天抗压强度与橡胶颗粒掺量的关系芒暑毪醺幽撼橡胶颗粒粒径（目）围天抗压强度与橡胶颗粒粒径的关系蓍黎出袭吣卜秘水泥剂量图天抗压强度与水泥剂量的关系（）橡胶颗粒径（因素）对抗压强度的影响。从表和图可以看出，因素的极差较因素小，是较次要的因素。对混合料的抗压强度来讲，橡胶颗粒粒径取目好，当掺入目橡胶颗粒时，、天抗压强度以及劈裂抗拉强度的水平平均值最小，大大降低了水泥混合料的强度。经综合分析本课题选取目、目橡胶颗粒来进行试验。（）水泥剂量（因素）对混合料抗压强度的影响