实验室特征和影响矿物学和分级处理和未经处理的颗粒材料的性能作为表面路面坑坑洼洼的道路

文摘

介绍了实验室研究的结果对评分的影响和细粒度的矿物学来源(花岗质片麻岩、玄武岩和石灰岩)处理和未经处理的颗粒材料的性能作为表面人行道铺设道路。承载能力的结果,讨论了弹性模量和抗压强度测试。天然卤水、氯化钙、水泥和聚合物乳液处理样本测试和未经处理的样品相比。产品的组合、矿物学和分级显示伟大的性能是最后指出。

1。介绍

坑坑洼洼的道路上的性能直接受到环境压力等风,雨,水,霜,以及从汽车轮胎机械压力,沉重的轴负载,和交通卷。颗粒材料的特点和矿物学也用作路面材料影响道路性能。结合这些因素可能会导致表面不适如车辙、起皱,坑坑洼洼,和侵蚀等,从而影响用户舒适和安全。因此,道路养护必须进行定期维护路面使用性能的一个可接受的水平。道路养护是昂贵的,因此成本很多钱坑坑洼洼的道路网络经理。

因为他们的迅速恶化,大部分的颗粒材料用作坑坑洼洼的道路铺装材料被为了为用户提供一个更好的乘坐质量,延长材料的使用寿命。有一个经济优势坑坑洼洼的路面治疗,这是昂贵的,但通常会降低维护成本(桑德斯et al。1])。许多类型的产品是用来增加铺设道路的一般性能。粉尘抑制剂制剂如alkali-chloride解决方案,石灰,树脂被用来减少过多的粉尘问题造成安全和呼吸的危险。另一方面,稳定剂如水泥、沥青、聚合物乳液用于减少车辙等道路交通问题恶化。

几个产品的效果受到了科学界的广泛研究和报道。虽然认识到大多数灰尘抑制剂代理不显著提高承载力(多尔et al。2),佩尔蒂埃3],皮埃尔et al。4,5]),稳定剂通常提高承载力和dust-lifting电阻由于强大的凝聚力力量带到飘散的粒状材料骨架。最近的一项研究Pelletier [3)演示了用直接剪切试验,剪切强度与压实含水量从3%增加到6%,氯化钙,天然卤水、水泥、聚合物乳液。

此外,皮埃尔et al。4]表明,与承载力性能测量,抗压强度,增加天然卤水和弹性模量测试,聚合物乳液和水泥的内容相当于压实含水量虽然降低氯化钙。获得的结果表明,聚合物乳液或自然盐水内容样本提出了低水泥含量样品类似的表演。多尔研究et al。2之前)演示了使用聚合物或自然的机械优势盐水从Bergeron机械稳定而研究6],Pouliot [7],Santoni et al。8]显示机械优势坑坑洼洼的道路水泥和聚合物乳液的稳定。

本研究的目标是双重的:评估的影响颗粒矿物学(花岗质片麻岩、玄武岩和石灰岩)和分级处理和未经处理的颗粒材料的性能和比较几种粉尘抑制剂和稳定剂的性能。因此,本文提出三个实验室测试的结果(承载力、弹性模量和抗压强度)对九矿物学和级配组合。每个矿物学和分级氯化钙处理,结合天然卤水、聚合物乳液和水泥在不同浓度。未经处理的标本都经过测试并用作控制进行比较分析。

2。试样

作为CARRLo项目(皮埃尔的一部分9]),这项研究是一个扩展的实验室调查中描述皮埃尔et al。5]。不同粒径分布的总体介绍了数据来源1,2,3而聚合的主要三种类型的岩土性质如表所示1。对于每个骨料来源,三个不同的层次进行了测试。经验表明,这三个等级测试是很好的近似可能的等级,通常发生在坑坑洼洼的道路上(比尤利et al。10])。

对于每个每个源分类,最佳压实含水量指出,治疗产物浓度保持不变,而速度不同。执行的测试也在未经处理的颗粒材料的相对影响产品性能的颗粒材料(治疗材料测试结果除以未经处理的材料测试结果)。颗粒材料的处理两种不同类型的添加剂粉尘抑制剂和稳定剂。

粉尘抑制剂是天然卤水(CaCl的60%₂,37%的氯化钠,MgCl的2%₂,1%的氯化钾)和氯化钙(CaCl的94%₂,3.7%的氯化钠,MgCl的0.04%₂和其他杂质)。两个粉尘抑制剂吸湿产品。稳定剂是水醋酸乙烯丙烯酸聚合物乳液和水泥(顾类型)。表2介绍了养护期为每个测试和浓度测试每个产品,大多是基于供应商规范和经验(佩尔蒂埃3,皮埃尔et al . 2007年,2008年(4,5])。

应该指出,对于一个给定的产品执行每个测试三次,为了获得更有代表性的结果通过使用浓度平均值。

弹性模量和承载力测试,样品在四层压实与振动锤(图5)在ABS塑料模具的内直径152.4毫米,壁厚7.7毫米和152.4毫米的高度(图4)。每一层都有同样的厚度(25毫米在一分钟1毫米),并压实。压实后,每一层的表面被严厉批评,确保样本保持均匀。

抗压强度,样品也在相同的4层压实厚度(50毫米1毫米)放在模具的内直径101.4毫米和202.8毫米的高度(图4)。压实过程是一样的弹性模量和承载力测试(图5)。样品都压缩在最佳含水量,包括产品的水分含量(表1)。

对于每个矿物学和级配组合,确定最优含水量与修改学监测试(比尤利et al。10])。

7天的固化时间C应用弹性模量和承载力测试样品和固化时间申请3天的抗压强度的测试样本。

3所示。测试程序

治疗基地粒状材料的力学性能测量与CBR、弹性模量和抗压强度测试稍微修改从原始标准ASTM D1883 (ASTM 2007), AASHTO t - 307 (AASHTO 2000),和ASTM D5102 (ASTM 2004)。图6显示了三个测试的照片。因为几个标本需要做好准备,ABS模具被使用而不是ASTM标准钢模具对CBR和弹性模量测试。另一方面,最初的钢模是用来制作样品的抗压强度测试。

弹性行为测量样品的底端,与高端(图放在一个适当的支持6(一))。自ABS模具内的样本,弹性行为可以比作一个oedometric弹性行为。样本提交300个周期280 kPa的垂直应力应用于循环半正矢的方式。轴向循环应力加载持续时间0.1秒,总循环时间1秒(这意味着睡眠时间0.9秒)。以确保均匀接触样品,10%的总垂直应力是静态的,90%是循环。这个垂直应力水平对应于一个步骤的40 kN由一个轴负载水平。对于每个评分和添加剂,弹性模量的均值在295年和300年之间周期记录作为弹性行为的性能参数,因为大多数的弹性变形是发现大多稳定在150年到200年周期由皮埃尔et al。(如上所述5]。

承载力测试对样品进行高端的普及率2毫米/分钟到10毫米(图的最大渗透6 (b))。强度记录在纠正5毫米渗透用作参考力自统计分析表明,此值呈现相关性最高的强度与产品浓度(皮埃尔et al。5])。

抗压强度进行了测试在样品的高端负荷率的0.8毫米/分钟(图6 (c))。相比其他两个测试,并没有限制的垂直区域样本。样品的抗压强度的值是单轴压应力达到材料时失败。记录的力量是支持的最大负载样品没有失败。

4所示。测试结果

由于本文的主要目标之一是确定各种产品的效率对颗粒材料的性能作为表面路面坑坑洼洼的路,这项研究的结果发表在表3,4,5相对的结果(Rel)。相对的结果对应的测试结果对粒状材料除以未经处理的试验结果获得粒状材料。绝对的测试值(Abs)获得的未经处理的颗粒材料。例如,考虑花岗质片麻岩的结合与80年的4.4%m粒径和分级和治疗盐水浓度为1.2 L / m²(表3),绝对的结果是138 kN (kN)。

性能收益或损失造成的各种产品的演示可以指出相对的结果。表中的结果3,4,5显示材料矿物学的重要作用和分级处理和未经处理的颗粒材料的性能。

相反的预期是什么,它可以指出,一般来说,三个测试,获得更高的绝对结果不是特别的分级显示干密度越高。

也可以注意到,每个评分和矿物学组合,颗粒材料的性能是稳定剂处理时比当处理粉尘抑制剂。

测试时自然盐水或氯化钙,相对业绩弹性模量、承载力和抗压强度较低的玄武岩和石灰岩与花岗质片麻岩。此外,稳定产品(聚合物乳液和水泥)提高承载力和抗压强度结果每矿物学和分级。另一方面,任何产品显示的显著改善弹性模量测试除了一些特定的分级和矿物学的颗粒材料处理水泥。

5。讨论

应该注意到的讨论,重点是每个矿物学的相对结果而不是绝对的结果之间的矿物学确保讨论的结果仍然是现实和务实的态度。事实上,经济问题,道路网络管理者必须处理路面上的矿物学。是太昂贵的起飞的粒状材料,取代另一种类型的聚合。这里的想法是提取的最佳类型的总在处理它或试图修改他的评分。所以,对于每个矿物学,有趣的是发现每个产品最优级配。

同样重要的是要注意,这种讨论是基于分级和矿物学的影响对颗粒材料的性能。因此,对于每个添加剂,这符合相对浓度结果保持下一个数字是,每一个产品测试,让最好的相对浓度的结果。至少有三个浓度检测每一个产品,确保所使用的添加剂在最优浓度(比尤利et al。10])。

一方面,它可以注意到,一般来说,力学性能降低,当粉尘抑制剂的浓度增加。另一方面,机械性能增加当稳定剂的浓度增加。

表4和5表明,粉尘抑制剂不改善未经处理的玄武岩和石灰岩的机械特性。相比之下,粉尘抑制剂似乎更适合花岗质片麻岩。

表3显示了一个小改进花岗质片麻岩时力学特性的处理粉尘抑制剂相比,未经处理的材料。粒状材料的none-to-little改进处理粉尘抑制剂可能解释为粒状材料孔隙内的结晶可能增加凝聚力部队在弹性范围但似乎削弱了一般颗粒骨架的强度高的变形。测试两个粉尘抑制剂可能会降低谷物粮食摩擦力时提交的材料是高剪切力由于其保水能力。与此同时,这一特点解释了这些产品的能力来减少灰尘。

此外,表3,4,5表明,通常每个类型的骨料的力学特性改善与稳定剂的治疗时。

对于一个给定的矿物学,图7显示评分影响颗粒材料的性能。再一次,对每一个产品,集中显示最好的结果是保持数据。

在某些情况下,相同的产品,相同的矿物学,改变评分可以双一些力学特性,从而提高对粒状材料的性能比未经处理的材料。

通过引用表1,它可以指出,花岗质片麻岩,干密度越高,越好抗压强度测试的结果是所有的产品,除了水泥。这个结果可以解释的水泥颗粒较小的矩阵似乎更强,让强大的凝聚力的力量。事实上,水泥反应和修复小颗粒在一起,从而使颗粒材料更耐剪切应力。

同时,应该注意到,干密度最高的花岗质片麻岩,一致性系数()高。事实上,评分为4,80年的4%m粒度和少,的值为40这意味着一个大粒度分布。这种可变性的粒状材料的粒度允许安排最小空隙度。因此,骨料的力学特性得到了改善。看来对于这个评分,留下的空间更大的粒度是有效的安排由较小的粒度由一个翻译最佳的承载力。

为治疗花岗质片麻岩(无论产品),相对为每个测试结果似乎是最优的等级80的7%m粒度或更少。

所以,一方面,添加剂似乎更高效的80年存在一个临界值m粒度或更少。另一方面,一个百分比超过80m太高有相反的效果,减少骨料的力学特性除了高浓度的水泥胶结似乎被创建的链接。分级的影响对玄武岩颗粒治疗材料非常类似于花岗质片麻岩但相对结果有点低。

除了为石灰岩,矿物学处理水泥、粒状材料的性能降低时,即使小粒度比例增加是最大的高百分比超过80m粒度。这个结果可能是由于石灰石粘土的存在。水泥不创建一个反应矩阵因为粘土已经填补了空间。因此,水泥似乎更有效率和无粘土矿物学。

玄武岩和石灰岩粉尘抑制剂处理效率低于未经处理的材料但总的来说似乎并没有影响到80年的评分和粒度比例m和更少。

图8显示,大约80年的相同比例m粒度和少,矿物学影响颗粒材料的性能与稳定剂或粉尘抑制剂治疗。

对于这个图,提出了矿物学方面的亚甲蓝值,确定根据LC 21 - 255 (MTQ [11])。蓝色的价值越高,越高的比表面积是粒状材料。花岗质片麻岩、玄武岩和石灰岩,分别蓝色值为0.046,0.383,和0.600厘米³/ g。

石灰岩的矿物学是蓝色的最高价值。这个结果是预期。事实上,石灰石粘土通常包含有非常高的比表面积。因此,图的目的8是把是否比表面积影响稳定剂之间的相互作用或粉尘抑制剂和颗粒材料。

首先,它可以指出,一般而言,花岗质片麻岩显示最高的性能处理时增加粉尘抑制剂或稳定剂。

此外,石灰石和玄武岩有大约相同的性能和表现伟大的机械处理稳定剂。

再一次,对每一个产品,集中显示高手一直持有的数据结果。总的趋势是,对于每一个产品,每一个评分,相对结果减少时,比表面积增加。

相反的,80年大约有7%的评分m和少,聚合物乳液的性能与高的比表面积更大的颗粒状材料。

相对承载力结果最优为花岗质片麻岩和比表面积增加时迅速减少。高的比表面积值,相对结果目标向稳定状态。事实上,似乎临界值时,比表面积的增加对承载力影响较小。

有一个小的影响比表面积对颗粒材料的弹性模量的评分大约9%的80年粒度和更少。分级,相对结果减少时,比表面积增加。另外两个等级,没有发现明显的变化。

作为一个总体趋势,它可以发现每一个评分,颗粒材料的性能处理粉尘抑制剂或稳定代理减少时,比表面积增加。

此外,图9表明花岗质片麻岩承载力相对结果略高于1两粉尘抑制剂。然而,承载力相对玄武岩和石灰岩的结果明显低于先前获得的花岗质片麻岩。

自趋势表明,承载力和弹性模量相对的结果都高于1,因此聚合物乳液维持或略一个更好的选择比自然盐水或改善力学特性氯化钙尽管性能收益很小(见图9)。

增加水泥的花岗质片麻岩进行这项研究显示增加承载力相对结果上升到690%。水泥的效果是差不多的玄武岩和石灰岩增加承载力相对结果上升到500%。这主要是因为水泥粒子不分散在玄武岩和石灰岩颗粒骨架相比花岗质片麻岩颗粒骨架,分级的主要原因。事实上,玄武岩和石灰岩层次(数字2和3)不太多而花岗质片麻岩不同层次包含更多的沙子可以解释水泥颗粒分散的设施。

对于石灰石水泥处理,相对弹性模量测试的结果减少80年的百分比m粒度和更少的增加。再一次,这个结果可以用这一事实来解释水泥不反应,以创建一个水泥矩阵。

它可以指出,80年大约有9%的评分m粒度和少,没有显著性差异对颗粒材料的性能处理氯化钙、盐水或聚合物乳液。事实上,颗粒材料的性能相对结果处理的这三个产品是非常相似的,无论矿物学。

因此,聚合物乳液似乎没有适合颗粒材料比例高的80年粒度和更少。它可以得出的结论是,水泥机械稳定,在这项研究中,衡量远远高于聚合物乳液稳定特别是在水泥应用率高。

聚合物乳液似乎更适合石灰石。事实上,聚合物乳液,石灰石和花岗质片麻岩之间的性能差异小于石灰石和花岗质片麻岩之间的性能的其他三个产品。因此,在石灰岩,聚合物乳液要考虑当然是一个选择。这个结果也许是因为发生大分子的聚合物乳液,链接的粘土颗粒一起帮助改善力学特性。

最后,作为一个总体趋势,可以得出结论,没有小机械改进测量粉尘抑制剂添加到花岗质片麻岩,玄武岩、石灰石颗粒材料在本研究中进行了测试。

6。结论

坑坑洼洼的道路总可以的性能受到颗粒材料的质量的影响,颗粒材料的矿物学和粉尘抑制剂或稳定剂的类型使用。本文提出了实验室研究的结果,旨在测量的影响不同的矿物学和分级组合处理和未经处理的颗粒材料的性能测量与承载力,弹性模量和抗压强度的测试。花岗质片麻岩、玄武岩和石灰岩资源进行比较。治疗(稳定)和未经处理的结果。对颗粒材料的性能提出了相对的结果。

平均颗粒材料处理的两个灰尘抑制剂、承载力、弹性模量、抗压强度和相对结果更高的花岗质片麻岩玄武岩和石灰岩紧随其后,分别。整体相似的踏板被发现与稳定剂处理样品。然而,聚合物乳液产品似乎更适合石灰石。最高的承载力和抗压强度(在一个给定的矿物学类)与水泥之后,发现聚合物乳液,而盐水和氯化钙显示几乎没有收益。增加产品内容没有直接影响增加对颗粒材料的力学性能。性能取决于矿物学和颗粒的分级组合材料。

这项研究的结果将有助于指导作者对未来大规模现场试验后将报告作为这个项目的一部分。

确认

作者要感谢NSERC和所有的合作伙伴(FP创新,豪瑞公司Bitume魁北克Junex, Les信息化布运输魁北克SDBJ,和中西部工业供应)参与CARRLo项目在这个研究项目的金融支持。

引用

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