CN109342249A - 聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，包括以下步骤：配比试验试件、假定试验前提、养护试件、构建测量装置、干燥收缩试验和温度收缩试验；本发明通过测量装置的光纤光栅可以利用光纤光栅中心波长漂移与光纤传感应变量的线性关系，以此准确地监测聚丙烯纤维水泥稳定碎石的干缩应变和温缩应变，极大地减小了试验结果的误差，通过在底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩，避免了试件在试验过程中无法达到最大的自由伸缩而影响试验结果，通过试件下面垫放非吸水性的板可以减少底板受到温度变化影响造成的支撑架变形，可以提高整个试验的稳定性和试验结果科学准确性。
Description
技术领域
本发明涉及公路建设领域，尤其涉及聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法。
背景技术
水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实，其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙，它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好，水泥稳定碎石成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。
水泥稳定碎石材料的收缩分为干燥收缩和温度收缩两种，这两种收缩是目前我国高等级公路半刚性基层路面裂缝产生的一个最主要的原因，因而，采取措施尽量减小半刚性基层材料这两种收缩便成了防治裂缝的关键。
聚丙烯纤维对水泥混凝土及砂浆有很好的阻裂作用，目前相关的研究较少，描述半刚性基层材料干燥收缩特性的指标主要是干缩应变和干缩系数，描述半刚性基层材料温度收缩特性的指标主要是温缩应变和温缩系数，现有的测量干缩性和和温缩性的方法通常采用千分表法和应变片法，但是这两种方法在测量温缩性时，用于放置试件的支架也会收到温度影响产生变形，导致测量的结果数据不够准确，且试件在测试过程中自由收缩会受到限制。因此，本发明提出聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明通过测量装置的光纤光栅可以利用光纤光栅中心波长漂移与光纤传感应变量的线性关系，以此准确地监测聚丙烯纤维水泥稳定碎石的干缩应变和温缩应变，极大地减小了试验结果的误差，通过在底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩，避免了试件在试验过程中无法达到最大的自由伸缩而影响试验结果。
本发明提出聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，包括以下步骤：
步骤一：配比试验试件
选择尺寸为100mm×100mm×400mm的梁式试件，配合比PPS00-5和PPS06-5各成型4组，每组3个试件，配合比PPS04-5、PPS08-5、PPS10-5、PPS06-4、PPS06-6和PPS06-7各成型2组，每组3个试件，作为干燥收缩试验试件，再配比同样的试验试件作为温度收缩试验试件；
步骤二：假定试验前提
假定相同配比的3个试件的饱水含水量和含水量的散发速率是完全相同，假定试件均以最佳含水量、最大干密度和98％的压实度静压成型；
步骤三：养护试件
将步骤一中配比后的干燥收缩试验试件和温度收缩试验试件置于养生室养生；
步骤四：构建测量装置
将光纤光栅、光纤光栅解调装置、控制器终端和支撑架组成测量装置，在底板上设置支撑架，支撑架两端用于支撑试件，将光线光栅架设在支撑架上并连接光纤光栅解调装置，控制器终端用于控制光纤光栅解调装置；
步骤五：干燥收缩试验
S1：将养护到龄期的用于干缩试验的试件完全浸入水中24小时之后取出，去除试件表面的水分再用保鲜膜将试件包裹好，保留试件的两端面暴露于空气中，然后静置2～3小时；
S2：将试件放置在测量装置的支撑架上，然后在支撑架的底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩；
S3：将试件连同支撑架一起轻轻放入恒温箱，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试；
S4：根据公式(1)可以计算试件的干缩应变，再将公式(1)得到的干缩应变带入公式(2)可以求得干燥收缩系数；
公式(1)中，εi为试件的干缩应变，10－6；Δi-1和Δi分别为相邻两测点千分表的读数，单位为mm；L为梁式试件的长度，单位为mm。干燥收缩系数指每单位含水量变化时的应变值，其值可按下式计算：
公式(2)中,αd为纤维水泥稳定碎石材料的干缩系数，单位为10－6/％；ωi、ωi+1为分别为相邻两测点测定的试件含水量，％；εi、εi+1分别为相邻两测点试件的干缩应变，单位为10－6；
步骤六：温度收缩试验
T1：将养护到龄期的用于温缩试验的试件从养护室中取出；
T2：将试件放在支撑架上再连通支撑架一起放入高低温试验箱，为保证试件的自由收缩，同步骤五S2中干缩试验一样，在试件和底板之间均匀放置几根直径相同的细玻璃棒。
T3：试件连同支撑架一起轻轻放入试验箱中，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始温缩变形的测试；
T4：根据公式(3)计算出聚丙烯纤维水泥稳定碎石平均温缩系数；
公式(3)中，αt为半刚性材料的温缩系数，单位为10－6/℃；ti、ti+1分别为相邻两个恒温段的温度值，单位为℃；εi、εi+1分别为温度ti、ti+1时试件的温缩应变，单位为10－6；β为温度补偿标准材料的温度收缩系数，单位为10－6/℃。
进一步改进在于：所述步骤一中配合比PPS00-5和PPS06-5各成型4组，每组3个试件，分别用于测试其3天、7天、14天、28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，配合比PPS04-5、PPS08-5、PPS10-5、PPS06-4、PPS06-6和PPS06-7各成型2组，每组3个试件，用于测试其7天和28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，每组的3个试件中2个用于测试收缩变形，1个用与在规定的时间测试试件含水量的损失。
进一步改进在于：所述步骤一中在配比试验试件样本的称量过程中需要小心搬放试件，防止试件掉渣，影响试验结果的准确性。
进一步改进在于：所述步骤三中先将步骤一中配比后的干燥收缩试验试件和温度收缩试验试件置于养生室养生，控制养生温度为18～22℃，在南方地区应控制养生温度为23～27℃，养生湿度为90％，养生时间为2～3天。
进一步改进在于：所述步骤五S3中先将试件连同支撑架一起轻轻放入恒温箱，控制恒温箱内温度为40℃，试件放入恒温箱的前3个小时，保持试件被保鲜膜覆盖包裹，3小时后将试件表面的保鲜膜小心撕去，打开恒温箱的蒸发孔和排气扇，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试。
进一步改进在于：所述步骤五S3中为减小所测含水量损失的误差，将用于测量含水量损失的试件下面垫一块铁板或其他非吸水性的板，试件称重时连同下垫板一起称，称重后将试件和下垫板再一起放入恒温箱中。
进一步改进在于：所述步骤六T1中先将养护到龄期的用于温缩试验的试件从养护室中取出，然后将试件放在100～110℃的烘干箱中进行烘干12小时，然后用砂纸将烘干后的试件侧表面磨光，再用丙酮擦掉表面遗留的石屑。
进一步改进在于：所述步骤六T3中先将试件连同支撑架一起轻轻放入试验箱中，试验箱的初始温度设为40℃，恒温4小时后，启动试验箱温度控制程序，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试，平衡应变采集仪各测试通道，开始读数并记录各温度段相应的应变值，每一组试件取三块试件应变量的平均值作为测定值。
进一步改进在于：所述步骤六T3的温度控制程序中，设定以10℃的降温幅度进行降温，降温速率为0.5℃/min，到达所需温度后进行恒温4小时，在恒温时间结束前的5分钟内对该恒温段的变化值进行读取存储，然后再往下一温度降温，以此不断地循环测定，一直测到所要求达到的最低温度-20℃为止。
本发明的有益效果为：通过测量装置的光纤光栅可以利用光纤光栅中心波长漂移与光纤传感应变量的线性关系，以此准确地监测聚丙烯纤维水泥稳定碎石的干缩应变和温缩应变，极大地减小了试验结果的误差，通过在底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩，避免了试件在试验过程中无法达到最大的自由伸缩而影响试验结果，通过试件下面垫放非吸水性的板可以减少底板受到温度变化影响造成的支撑架变形，可以提高整个试验的稳定性和试验结果科学准确性，同时试验过程中变量小，试验周期较传统方法而言变短，可以有效的提高试验效率。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本实施例提出聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，包括以下步骤：
步骤一：配比试验试件
选择尺寸为100mm×100mm×400mm的梁式试件，配合比PPS00-5和PPS06-5各成型4组，每组3个试件，分别用于测试其3天、7天、14天、28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，配合比PPS04-5、PPS08-5、PPS10-5、PPS06-4、PPS06-6和PPS06-7各成型2组，每组3个试件，用于测试其7天和28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，每组的3个试件中2个用于测试收缩变形，1个用与在规定的时间测试试件含水量的损失，配比试验试件样本的称量过程中需要小心搬放试件，防止试件掉渣，影响试验结果的准确性；
步骤二：假定试验前提
假定相同配比的3个试件的饱水含水量和含水量的散发速率是完全相同，假定试件均以最佳含水量、最大干密度和98％的压实度静压成型；
步骤三：养护试件
步骤一中配比后的干燥收缩试验试件和温度收缩试验试件置于养生室养生，控制养生温度为20℃，在南方地区应控制养生温度为25℃，养生湿度为90％，养生时间为2天；
步骤四：构建测量装置
将光纤光栅、光纤光栅解调装置、控制器终端和支撑架组成测量装置，在底板上设置支撑架，支撑架两端用于支撑试件，将光线光栅架设在支撑架上并连接光纤光栅解调装置，控制器终端用于控制光纤光栅解调装置；
步骤五：干燥收缩试验
S1：将养护到龄期的用于干缩试验的试件完全浸入水中24小时之后取出，去除试件表面的水分再用保鲜膜将试件包裹好，保留试件的两端面暴露于空气中，然后静置2小时；
S2：将试件放置在测量装置的支撑架上，然后在支撑架的底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩；
S3：先将试件连同支撑架一起轻轻放入恒温箱，为减小所测含水量损失的误差，将用于测量含水量损失的试件下面垫一块铁板或其他非吸水性的板，试件称重时连同下垫板一起称，称重后将试件和下垫板再一起放入恒温箱中，控制恒温箱内温度为40℃，试件放入恒温箱的前3个小时，保持试件被保鲜膜覆盖包裹，3小时后将试件表面的保鲜膜小心撕去，打开恒温箱的蒸发孔和排气扇，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试；
S4：根据公式(1)可以计算试件的干缩应变，再将公式(1)得到的干缩应变带入公式(2)可以求得干燥收缩系数；
公式(1)中，εi为试件的干缩应变，10－6；Δi-1和Δi分别为相邻两测点千分表的读数，单位为mm；L为梁式试件的长度，单位为mm。干燥收缩系数指每单位含水量变化时的应变值，其值可按下式计算：
公式(2)中,αd为纤维水泥稳定碎石材料的干缩系数，单位为10－6/％；ωi、ωi+1为分别为相邻两测点测定的试件含水量，％；εi、εi+1分别为相邻两测点试件的干缩应变，单位为10－6；
步骤六：温度收缩试验
T1：先将养护到龄期的用于温缩试验的试件从养护室中取出，然后将试件放在100～110℃的烘干箱中进行烘干12小时，然后用砂纸将烘干后的试件侧表面磨光，再用丙酮擦掉表面遗留的石屑；
T2：将试件放在支撑架上再连通支撑架一起放入高低温试验箱，为保证试件的自由收缩，同步骤五S2中干缩试验一样，在试件和底板之间均匀放置几根直径相同的细玻璃棒。
T3：所述步骤六T3中先将试件连同支撑架一起轻轻放入试验箱中，试验箱的初始温度设为40℃，恒温4小时后，启动试验箱温度控制程序，设定以10℃的降温幅度进行降温，降温速率为0.5℃/min，到达所需温度后进行恒温4小时，在恒温时间结束前的5分钟内对该恒温段的变化值进行读取存储，然后再往下一温度降温，以此不断地循环测定，一直测到所要求达到的最低温度-20℃为止，再利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试，平衡应变采集仪各测试通道，开始读数并记录各温度段相应的应变值，每一组试件取三块试件应变量的平均值作为测定值；
T4：根据公式(3)计算出聚丙烯纤维水泥稳定碎石平均温缩系数；
公式(3)中，αt为半刚性材料的温缩系数，单位为10－6/℃；ti、ti+1分别为相邻两个恒温段的温度值，单位为℃；εi、εi+1分别为温度ti、ti+1时试件的温缩应变，单位为10－6；β为温度补偿标准材料的温度收缩系数，单位为10－6/℃。
通过测量装置的光纤光栅可以利用光纤光栅中心波长漂移与光纤传感应变量的线性关系，以此准确地监测聚丙烯纤维水泥稳定碎石的干缩应变和温缩应变，极大地减小了试验结果的误差，通过在底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩，避免了试件在试验过程中无法达到最大的自由伸缩而影响试验结果，通过试件下面垫放非吸水性的板可以减少底板受到温度变化影响造成的支撑架变形，可以提高整个试验的稳定性和试验结果科学准确性，同时试验过程中变量小，试验周期较传统方法而言变短，可以有效的提高试验效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：配比试验试件
选择尺寸为100mm×100mm×400mm的梁式试件，配合比PPS00-5和PPS06-5各成型4组，每组3个试件，配合比PPS04-5、PPS08-5、PPS10-5、PPS06-4、PPS06-6和PPS06-7各成型2组，每组3个试件，作为干燥收缩试验试件，再配比同样的试验试件作为温度收缩试验试件；
步骤二：假定试验前提
假定相同配比的3个试件的饱水含水量和含水量的散发速率是完全相同，假定试件均以最佳含水量、最大干密度和98％的压实度静压成型；
步骤三：养护试件
将步骤一中配比后的干燥收缩试验试件和温度收缩试验试件置于养生室养生；
步骤四：构建测量装置
将光纤光栅、光纤光栅解调装置、控制器终端和支撑架组成测量装置，在底板上设置支撑架，支撑架两端用于支撑试件，将光线光栅架设在支撑架上并连接光纤光栅解调装置，控制器终端用于控制光纤光栅解调装置；
步骤五：干燥收缩试验
S1：将养护到龄期的用于干缩试验的试件完全浸入水中24小时之后取出，去除试件表面的水分再用保鲜膜将试件包裹好，保留试件的两端面暴露于空气中，然后静置2～3小时；
S2：将试件放置在测量装置的支撑架上，然后在支撑架的底板与试件之间放置几根截面直径一样的细玻璃棒让试件自由伸缩；
S3：将试件连同支撑架一起轻轻放入恒温箱，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试；
S4：根据公式(1)可以计算试件的干缩应变，再将公式(1)得到的干缩应变带入公式(2)可以求得干燥收缩系数；
公式(1)中，εi为试件的干缩应变，10－6；Δi-1和Δi分别为相邻两测点千分表的读数，单位为mm；L为梁式试件的长度，单位为mm。干燥收缩系数指每单位含水量变化时的应变值，其值可按下式计算：
公式(2)中,αd为纤维水泥稳定碎石材料的干缩系数，单位为10－6/％；ωi、ωi+1为分别为相邻两测点测定的试件含水量，％；εi、εi+1分别为相邻两测点试件的干缩应变，单位为10－6；
步骤六：温度收缩试验
T1：将养护到龄期的用于温缩试验的试件从养护室中取出；
T2：将试件放在支撑架上再连通支撑架一起放入高低温试验箱，为保证试件的自由收缩，同步骤五S2中干缩试验一样，在试件和底板之间均匀放置几根直径相同的细玻璃棒。
T3：试件连同支撑架一起轻轻放入试验箱中，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始温缩变形的测试；
T4：根据公式(3)计算出聚丙烯纤维水泥稳定碎石平均温缩系数；
公式(3)中，αt为半刚性材料的温缩系数，单位为10－6/℃；ti、ti+1分别为相邻两个恒温段的温度值，单位为℃；εi、εi+1分别为温度ti、ti+1时试件的温缩应变，单位为10－6；β为温度补偿标准材料的温度收缩系数，单位为10－6/℃。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤一中配合比PPS00-5和PPS06-5各成型4组，每组3个试件，分别用于测试其3天、7天、14天、28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，配合比PPS04-5、PPS08-5、PPS10-5、PPS06-4、PPS06-6和PPS06-7各成型2组，每组3个试件，用于测试其7天和28天干缩应变及干缩系数/温缩应变及温缩系数，每组的3个试件中2个用于测试收缩变形，1个用与在规定的时间测试试件含水量的损失。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤一中在配比试验试件样本的称量过程中需要小心搬放试件，防止试件掉渣，影响试验结果的准确性。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤三中先将步骤一中配比后的干燥收缩试验试件和温度收缩试验试件置于养生室养生，控制养生温度为18～22℃，在南方地区应控制养生温度为23～27℃，养生湿度为90％，养生时间为2～3天。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤五S3中先将试件连同支撑架一起轻轻放入恒温箱，控制恒温箱内温度为40℃，试件放入恒温箱的前3个小时，保持试件被保鲜膜覆盖包裹，3小时后将试件表面的保鲜膜小心撕去，打开恒温箱的蒸发孔和排气扇，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤五S3中为减小所测含水量损失的误差，将用于测量含水量损失的试件下面垫一块铁板或其他非吸水性的板，试件称重时连同下垫板一起称，称重后将试件和下垫板再一起放入恒温箱中。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤六T1中先将养护到龄期的用于温缩试验的试件从养护室中取出，然后将试件放在100～110℃的烘干箱中进行烘干12小时，然后用砂纸将烘干后的试件侧表面磨光，再用丙酮擦掉表面遗留的石屑。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤六T3中先将试件连同支撑架一起轻轻放入试验箱中，试验箱的初始温度设为40℃，恒温4小时后，启动试验箱温度控制程序，利用控制器终端操控光纤光栅解调装置向光纤光栅中注入连续光开始干缩变形的测试，平衡应变采集仪各测试通道，开始读数并记录各温度段相应的应变值，每一组试件取三块试件应变量的平均值作为测定值。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯纤维水泥稳定碎石收缩性能试验方法，其特征在于：所述步骤六T3的温度控制程序中，设定以10℃的降温幅度进行降温，降温速率为0.5℃/min，到达所需温度后进行恒温4小时，在恒温时间结束前的5分钟内对该恒温段的变化值进行读取存储，然后再往下一温度降温，以此不断地循环测定，一直测到所要求达到的最低温度-20℃为止。
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