废旧油脂生物油改性水泥稳定碎石性能研究
发布时间：2021-09-11 17:18
将生物油用于道路工程建设是一种有效对废弃物回收利用的方法,已有研究表明生物油能够有效提高沥青高温性能和抗老化性。为研究废旧油脂生物油对水泥稳定碎石力学及其路用性能的影响,采用掺量为3%、5%、7%的生物油分别涂覆在粗集料上,对改性后的水泥稳定碎石进行了无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、干缩试验和四点弯曲疲劳试验。试验结果表明:与未改性水泥稳定碎石相比,生物油改性水泥稳定碎石早期抗压强度和劈裂强度均有所降低,随着龄期的增长,其强度接近于未改性水泥稳定碎石;废旧油脂生物油可以有效降低水泥稳定碎石的干缩系数,生物油改性水泥稳定碎石的疲劳寿命对应力水平的敏感性更小,且有效地减少了干缩裂缝的产生。将废旧油脂生物油用于改性水泥稳定碎石,增加了水泥稳定碎石的抗裂性,符合绿色、经济、环保发展要求。
【文章来源】：公路工程. 2020,45(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
生物油掺量对水泥稳定碎石强度的影响
从图2可以看出,水泥稳定碎石的干缩系数随时间的增加而增加。在同一时间下,生物油改性水泥稳定碎石的干缩系数小于未改性水泥稳定碎石的干缩系数。干缩系数越小意味着干收缩越好,抗裂性越好。从上可以看出,与未改性水泥稳定碎石相比,生物油掺量为3%、5%、7%改性水泥稳定碎石的干缩系数分别降低了8.24%、11.62%、16.47%。分析其原因可能是由于生物油覆盖了集料表面,且与集料结合以抵抗干缩。另一方面,生物油可以有效减少水泥稳定碎石的耗水量,也可以减少其干缩变形。简而言之,生物油可以有效降低水泥稳定碎石的干缩系数,减少水泥稳定碎石干缩裂缝的产生。根据试验结果对生物油改性水泥稳定收缩机理进行分析。通过部分学者的研究可以发现在温度和湿度的综合影响下,大粒径材料的收缩系数较低,小粒径材料的收缩系数较大。生物油改性水泥稳定碎石粗集料的表面被生物油覆盖,阻碍了粗集料附近的水泥发生水化作用。与生物油改性水泥稳定碎石相比,未改性水泥稳定碎石的水化作用最高,内部水化产物最多,水化产物的粒度远小于集料的粒度,故未改性水泥稳定碎石的干缩系数大于生物油改性水泥稳定碎石的干缩系数。另外一方面,干燥收缩是由于试样中的含水量减少导致水泥稳定碎石的体积收缩。从宏观来看,半刚性基层收缩应力越大,越容易产生较宽的裂缝。随着裂缝宽度增加,裂缝处集料之间的摩擦力将逐渐减小甚至消失,因此,大量微小裂缝比少量较宽的裂缝更有利于半刚性基层的长期稳定性。由于含水量的下降,生物油不会直接与水泥稳定碎石发生反应。油膜覆盖了粗集料的表面,在集料和水泥之间形成缝隙。随着水化作用和油的分解不断进行,这些间隙逐渐被填充和分离。但是在生物油改性水泥稳定碎石中仍然存在相当多的微裂纹,当试样收缩时,这些微裂纹通过其微变形释放一些收缩应力。故生物油改性水泥稳定碎石的干缩应变低于未改性水泥稳定碎石的干缩应变,导致干缩系数越小。
式中:Nf为水泥稳定碎石疲劳寿命;a,b 为拟合参数;σ 为应力水平;S 为水泥稳定碎石抗压强度。从表8可以看出,疲劳方程拟合相关系数较高。疲劳方程曲线斜率表示水泥稳定碎石疲劳寿命对应力水平的敏感性,斜率越大,疲劳寿命对应力水平越敏感。从结果可以发现,与未改性水泥稳定碎石疲劳方程相比,生物油改性水泥稳定碎石的疲劳方程的斜率更低,换句话说,生物油改性水泥稳定碎石的疲劳寿命比未改性水泥稳定碎石的疲劳寿命更稳定。荷载作用下所产生的能量是由水泥稳定碎石的弹性变形和塑性变形消耗,水泥稳定碎石基层的能量通过弹性变形进行积累,卸载后将恢复变形且释放累积的能量,试样底部未损坏。如果水泥稳定碎石内部损坏,消耗能量,则会产生塑性变形。在重复加载条件下,底部的损伤逐渐累积,整体强度和剩余疲劳寿命逐渐降低,直到发生疲劳破坏,这种破坏削弱了水泥稳定碎石基层的承载力。基于以上讨论可以发现,生物油改性水泥稳定碎石的变形能力增强,在相同交通荷载作用下,生物油改性水泥稳定碎石可以通过弹性变形消耗更多的能量,而未改性水泥稳定碎石是通过内部损坏消耗更多的能量。在相同的重复荷载作用下,生物油改性水泥稳定碎石的破坏明显小于未改性水泥稳定碎石。因此,生物油改性水泥稳定碎石的抗疲劳开裂性能优于未改性水泥稳定碎石。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流变参数的咖啡渣炭改性沥青抗老化性能分析[J]. 吉淳,赵双,彭超,山云辉,程承. 森林工程. 2020(05)
[2]掺加橡胶粉的水泥稳定碎石劈裂抗拉强度性能研究[J]. 张家俊. 价值工程. 2020(07)
[3]试析水泥稳定碎石基层的抗裂稳定性[J]. 杨成林. 佳木斯职业学院学报. 2020(02)
[4]高性能生物改性沥青的制备与路用性能研究[J]. 赵晓翠,臧广远,弓家胜,任皎龙. 山东理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[5]聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石基层疲劳寿命分析[J]. 俞靖洋,梁乃兴,童攀,唐睿熙. 硅酸盐通报. 2019(08)
[6]抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术研究[J]. 李文斌. 交通世界. 2019(23)
[7]生物沥青混合料试验及应用研究[J]. 刘卫卫,董祥云. 公路交通科技(应用技术版). 2019(06)
[8]抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术分析[J]. 于亚军. 中国公路. 2019(09)
[9]水泥稳定凝灰岩机制砂级配碎石路用性能[J]. 於德美,吴志鸿,郭晓,张峰,邱仁辉. 森林工程. 2019(02)
[10]改性生物沥青耐老化性能研究[J]. 何东坡,马明洋. 公路工程. 2019(01)
本文编号：3393403
【文章来源】：公路工程. 2020,45(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
生物油掺量对水泥稳定碎石强度的影响
从图2可以看出,水泥稳定碎石的干缩系数随时间的增加而增加。在同一时间下,生物油改性水泥稳定碎石的干缩系数小于未改性水泥稳定碎石的干缩系数。干缩系数越小意味着干收缩越好,抗裂性越好。从上可以看出,与未改性水泥稳定碎石相比,生物油掺量为3%、5%、7%改性水泥稳定碎石的干缩系数分别降低了8.24%、11.62%、16.47%。分析其原因可能是由于生物油覆盖了集料表面,且与集料结合以抵抗干缩。另一方面,生物油可以有效减少水泥稳定碎石的耗水量,也可以减少其干缩变形。简而言之,生物油可以有效降低水泥稳定碎石的干缩系数,减少水泥稳定碎石干缩裂缝的产生。根据试验结果对生物油改性水泥稳定收缩机理进行分析。通过部分学者的研究可以发现在温度和湿度的综合影响下,大粒径材料的收缩系数较低,小粒径材料的收缩系数较大。生物油改性水泥稳定碎石粗集料的表面被生物油覆盖,阻碍了粗集料附近的水泥发生水化作用。与生物油改性水泥稳定碎石相比,未改性水泥稳定碎石的水化作用最高,内部水化产物最多,水化产物的粒度远小于集料的粒度,故未改性水泥稳定碎石的干缩系数大于生物油改性水泥稳定碎石的干缩系数。另外一方面,干燥收缩是由于试样中的含水量减少导致水泥稳定碎石的体积收缩。从宏观来看,半刚性基层收缩应力越大,越容易产生较宽的裂缝。随着裂缝宽度增加,裂缝处集料之间的摩擦力将逐渐减小甚至消失,因此,大量微小裂缝比少量较宽的裂缝更有利于半刚性基层的长期稳定性。由于含水量的下降,生物油不会直接与水泥稳定碎石发生反应。油膜覆盖了粗集料的表面,在集料和水泥之间形成缝隙。随着水化作用和油的分解不断进行,这些间隙逐渐被填充和分离。但是在生物油改性水泥稳定碎石中仍然存在相当多的微裂纹,当试样收缩时,这些微裂纹通过其微变形释放一些收缩应力。故生物油改性水泥稳定碎石的干缩应变低于未改性水泥稳定碎石的干缩应变,导致干缩系数越小。
式中:Nf为水泥稳定碎石疲劳寿命;a,b 为拟合参数;σ 为应力水平;S 为水泥稳定碎石抗压强度。从表8可以看出,疲劳方程拟合相关系数较高。疲劳方程曲线斜率表示水泥稳定碎石疲劳寿命对应力水平的敏感性,斜率越大,疲劳寿命对应力水平越敏感。从结果可以发现,与未改性水泥稳定碎石疲劳方程相比,生物油改性水泥稳定碎石的疲劳方程的斜率更低,换句话说,生物油改性水泥稳定碎石的疲劳寿命比未改性水泥稳定碎石的疲劳寿命更稳定。荷载作用下所产生的能量是由水泥稳定碎石的弹性变形和塑性变形消耗,水泥稳定碎石基层的能量通过弹性变形进行积累,卸载后将恢复变形且释放累积的能量,试样底部未损坏。如果水泥稳定碎石内部损坏,消耗能量,则会产生塑性变形。在重复加载条件下,底部的损伤逐渐累积,整体强度和剩余疲劳寿命逐渐降低,直到发生疲劳破坏,这种破坏削弱了水泥稳定碎石基层的承载力。基于以上讨论可以发现,生物油改性水泥稳定碎石的变形能力增强,在相同交通荷载作用下,生物油改性水泥稳定碎石可以通过弹性变形消耗更多的能量,而未改性水泥稳定碎石是通过内部损坏消耗更多的能量。在相同的重复荷载作用下,生物油改性水泥稳定碎石的破坏明显小于未改性水泥稳定碎石。因此,生物油改性水泥稳定碎石的抗疲劳开裂性能优于未改性水泥稳定碎石。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流变参数的咖啡渣炭改性沥青抗老化性能分析[J]. 吉淳,赵双,彭超,山云辉,程承. 森林工程. 2020(05)
[2]掺加橡胶粉的水泥稳定碎石劈裂抗拉强度性能研究[J]. 张家俊. 价值工程. 2020(07)
[3]试析水泥稳定碎石基层的抗裂稳定性[J]. 杨成林. 佳木斯职业学院学报. 2020(02)
[4]高性能生物改性沥青的制备与路用性能研究[J]. 赵晓翠,臧广远,弓家胜,任皎龙. 山东理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[5]聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石基层疲劳寿命分析[J]. 俞靖洋,梁乃兴,童攀,唐睿熙. 硅酸盐通报. 2019(08)
[6]抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术研究[J]. 李文斌. 交通世界. 2019(23)
[7]生物沥青混合料试验及应用研究[J]. 刘卫卫,董祥云. 公路交通科技(应用技术版). 2019(06)
[8]抗裂性水泥稳定碎石基层施工技术分析[J]. 于亚军. 中国公路. 2019(09)
[9]水泥稳定凝灰岩机制砂级配碎石路用性能[J]. 於德美,吴志鸿,郭晓,张峰,邱仁辉. 森林工程. 2019(02)
[10]改性生物沥青耐老化性能研究[J]. 何东坡,马明洋. 公路工程. 2019(01)
本文编号：3393403
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