CN114594044A - 一种级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法,所述方法包括:侵蚀膨胀判别流程、侵蚀膨胀潜势评价流程、室内侵蚀膨胀试验流程。本发明针对现场已经发生膨胀变形,但尚不能确定是否为侵蚀膨胀的情况,提出了侵蚀膨胀的判别流程;针对高速铁路路基所选用的级配碎石掺水泥填料是否会发生侵蚀膨胀以及对线路的影响,提出了侵蚀膨胀潜势评价方法;结合侵蚀膨胀的机理,提出了室内侵蚀膨胀试验流程。从而解决了级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的识别及风险评价问题。
Description
技术领域
本发明涉及铁路工程技术领域,尤其涉及一种级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法。
背景技术
级配碎石掺水泥集料广泛应用于道路与铁道工程中,我国高速铁路路桥(涵)过渡段范围内的基床表层填料一般为级配碎石掺5%水泥的集料,基床底层填料一般为级配碎石掺3%水泥的集料,用于确保轨道结构的高平顺性。然而,近些年陆续出现了盐分侵蚀级配碎石掺水泥填料产生膨胀的问题,引起了公路路面、铁路轨道结构以及桥涵结构的破坏,其根本原因是盐分侵蚀条件下集料内部发生化学反应生成了钙矾石和硅灰石膏等膨胀性矿物,此类侵蚀膨胀往往具有持续变形的特点,严重影响相关基础设施及行车的安全。然而目前还缺乏针对此类级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法。
现有技术中,中国发明专利申请CN108491599A公开了一种用于铁路路基的混合型填料膨胀性评价方法,该方法具备如下步骤:构建混合料膨胀率计算模型,基于混合料膨胀率计算模型得到当前路段混合型填料的膨胀率,再根据铁路路基所属地域的膨胀影响深度,进一步计算出该路段的膨胀评价高度;将膨胀评价高度与预设的标准膨胀量进行比较,若超过则调整一个或多个影响膨胀评价高度的参数,直至膨胀评价高度小于标准膨胀量。本发明提高了混合型填料膨胀性评价的完整性和准确性,为高速轨道交通的填料工程提供了膨胀性调整方案,并为其实施提供了具体地指导意义。但是,现有技术和现行规范尚无针对级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法,上述现有技术方案是针对混合型填料膨胀的评价与分类方法,其膨胀变形机理与侵蚀膨胀完全不同。如何克服上述现有技术方案的不足,成为本技术领域亟待解决的课题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种用于铁路路基的混合型填料膨胀性评价方法,具体采用如下技术方案:
一种级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法,包括:侵蚀膨胀判别流程、侵蚀膨胀潜势评价流程、室内侵蚀膨胀试验流程;
所述侵蚀膨胀判别流程具体包括:
A1. 中溶硫酸根检测;
A2. 矿物成分检测;
A3. 室内侵蚀膨胀试验;
所述侵蚀膨胀潜势评价流程具体包括:
B1. 填料及地基中溶硫酸根检测;
B2. 室内侵蚀膨胀试验;
B3. 计算膨胀量;
所述A3. 室内侵蚀膨胀试验,以及,B2.室内侵蚀膨胀试验具体包括:在室内模拟现场的温度、湿度条件,观察级配碎石掺水泥集料变形特征。
进一步,所述A1. 中溶硫酸根检测具体包括:
对中溶硫酸根进行监测;
若集料内不含有此成分,则判别为非侵蚀膨胀;
若含有此成分,则进一步进行所述A2. 矿物成分检测。
进一步,所述A2. 矿物成分检测具体包括:
通过X光衍射XRD试验分析集料内部是否含有钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙;
若含有以上三种物质,则判别为侵蚀膨胀;
否则,进一步进行所述A3.室内侵蚀膨胀试验。
进一步,所述A3.室内侵蚀膨胀试验包括:
若所述A3.室内侵蚀膨胀试验没有发生膨胀变形,则判别为非侵蚀膨胀;
若所述A3.室内侵蚀膨胀试验观测到了膨胀变形,则进一步检测膨胀后集料的矿物成分;
若检测到了钙矾石、硅灰石膏和水化硫铝酸钙之一,则判别为侵蚀膨胀;
否则判别为非侵蚀膨胀。
进一步,所述B1. 填料及地基中溶硫酸根检测包括:
检测填料及天然地基中是否含有中溶硫酸根,若不含中溶硫酸根则评价为无侵蚀膨胀潜势;
否则,进行所述B2. 室内侵蚀膨胀试验。
进一步,所述B2. 室内侵蚀膨胀试验包括:
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验没有观测到膨胀变形,则评价为无侵蚀膨胀潜势;
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验观测到了膨胀变形,但膨胀变形后试样没有检测到钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则判定为无侵蚀膨胀潜势;
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验观测到了侵蚀膨胀变形,且检测到了钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则判定为具有侵蚀膨胀潜势,并进一步进行所述B3. 计算膨胀量,判定潜势大小。
进一步,所述B3. 计算膨胀量包括:
式中:i表示路基结构的土层,每层的划分厚度不超过1.0m,如遇水泥掺量发生变化时,单独划分一层;表示室内测得细颗粒组分的侵蚀膨胀率;表示细颗粒组分占整个集料的百分含量;表示细颗粒组分的膨胀填充率;h表示路基结构层的厚度;表示路基结构层压实度。
①弱膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,未达到临时补修的标准。
②中膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过临时补修的标准,但未达到限速的标准。
③强膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过限速的标准。
进一步,所述A3. 室内侵蚀膨胀试验,以及,B2.室内侵蚀膨胀试验,分别具体包括:
C1. 试验参数选择;
C2. 试样制备;
C3. 膨胀率监测。
进一步,所述C1. 试验参数选择具体包括:
根据现场的条件确定试验的温度湿度;
根据现场条件确定养护条件,包括:无外界补给的封闭系统条件、仅有水分补给的蒸馏水养护条件、有硫酸根补给的硫酸钠溶液养护条件。
进一步,所述C2. 试样制备具体包括:
根据级配碎石掺水泥集料的颗粒粒径确定圆柱试样尺寸,底面直径不低于最大颗粒粒径的5倍,试样高度为底面直径的2倍。
本发明的技术方案获得了下列有益效果:针对现场已经发生膨胀变形,但尚不能确定是否为侵蚀膨胀的情况,提出了侵蚀膨胀的判别流程;针对高速铁路路基所选用的级配碎石掺水泥填料是否会发生侵蚀膨胀以及对线路的影响,提出了侵蚀膨胀潜势评价方法;结合侵蚀膨胀的机理,提出了室内侵蚀膨胀试验流程。从而解决了级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的识别及风险评价问题。
附图说明
图1为本发明侵蚀膨胀判别流程图。
图2为本发明侵蚀膨胀潜势评价流程图。
图3为本发明室内侵蚀膨胀试验流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。
除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明具体实施例的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法包括侵蚀膨胀判别流程、侵蚀膨胀潜势评价流程、室内侵蚀膨胀试验流程。
针对现场已经发生膨胀变形,但尚不能确定是否为侵蚀膨胀的情况,本发明提出了侵蚀膨胀的判别流程。
参见附图1,侵蚀膨胀判别流程包括:
(1)中溶硫酸根检测
易溶性硫酸根含量,并不能很好地反应侵蚀膨胀量的大小,而中溶硫酸根既可以作为侵蚀反应的反应物之一,因此,首先对中溶硫酸根进行监测,若集料内不含有此成分,则判别为非侵蚀膨胀,若含有此成分,则需进一步矿物成分检测。
(2)矿物成分检测
通过X光衍射试验(XRD)分析集料内部是否含有钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙,其中钙矾石和硅灰石膏为盐分侵蚀水泥反应的直接产物,在生成过程中,依然伴随着膨胀,而钙矾石形成后一般不稳定,易转化为水化硫铝酸钙的形式存在,因此若含有以上三种物质,则可以判别为侵蚀膨胀,否则需要进一步室内侵蚀膨胀试验。
(3)室内侵蚀膨胀试验
室内侵蚀膨胀试验,是将现场所用级配碎石掺水泥集料放置在室内恒温恒湿环境,也可以选择小于某一粒径(如2mm)的细颗粒部分进行室内试验,并观测是否发生膨胀变形,具体试验流程后面会有具体描述。若室内侵蚀膨胀试验没有发生膨胀变形则可以判别为非侵蚀膨胀;若观测到了膨胀变形,需要进一步检测膨胀后集料的矿物成分,若检测到了钙矾石、硅灰石膏和水化硫铝酸钙之一则可以判别为侵蚀膨胀,否则判别为非侵蚀膨胀。
针对尚未填筑或尚未发生膨胀变形的级配碎石掺水泥集料,提出了侵蚀膨胀潜势的评价流程,为填料的选择及线路养护与检修提供了依据。
参见附图2,侵蚀膨胀潜势评价流程包括
(1)填料及地基中溶硫酸根检测
首先检测填料及天然地基中是否含有中溶硫酸根,若不含中溶硫酸根则可以评价为无侵蚀膨胀潜势,否则需结合室内侵蚀膨胀试验进行判别。
(2)室内侵蚀膨胀试验
①若室内侵蚀膨胀试验没有观测到膨胀变形则可以评价为无侵蚀膨胀潜势。
②若室内侵蚀膨胀试验观测到了膨胀变形,但膨胀变形后试样没有检测到钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则可以判定为无侵蚀膨胀潜势。
③若室内侵蚀膨胀试验观测到了侵蚀膨胀变形,且检测到了钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则可以判定为具有侵蚀膨胀潜势,并进一步判定潜势大小。
(3)计算膨胀量
式中:i表示路基结构的土层,每层的划分厚度不超过1.0m,如遇水泥掺量发生变化时,单独划分一层;表示室内测得细颗粒组分的侵蚀膨胀率;表示细颗粒组分占整个集料的百分含量;表示细颗粒组分的膨胀填充率;h表示路基结构层的厚度;表示路基结构层压实度。
①弱膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,未达到《高速铁路无砟轨道线路维修规则》中临时补修的标准。
②中膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过《高速铁路无砟轨道线路维修规则》中临时补修的标准,但未达到限速的标准。
③强膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过《高速铁路无砟轨道线路维修规则》限速的标准。
室内侵蚀膨胀试验是通过在室内模拟现场的温度、湿度条件,观察级配碎石掺水泥集料变形特征的试验。
参见附图3,室内侵蚀膨胀试验流程包括:
(1)试验参数选择
首先需要根据现场的条件确定试验的温度湿度,一般温度在5℃-15℃范围内侵蚀膨胀反应较为活跃,根据现场填筑的最佳含水率wopt及补水条件确定,试验含水率一般可比最佳含水率增加3%-5%。根据现场条件确定养护条件,可选择封闭系统(无外界补给)、蒸馏水养护(仅有水分补给)、硫酸钠溶液养护(有硫酸根补给,溶液浓度根据现场情况确定)。
(2)试样制备
根据级配碎石掺水泥集料的颗粒粒径确定圆柱试样尺寸,底面直径一般不低于最大颗粒粒径的5倍,试样高度一般为底面直径的2倍,将击实后的试样放置与恒温恒湿的环境,开始试验。
(3)膨胀率监测
相关研究表明,级配碎石掺水泥集料的室内侵蚀膨胀变形一般分为三个个阶段,初期快速膨胀变形阶段、相对稳定或缓慢变形阶段以及稳定阶段,个别试样的变形出现持续缓慢变形及变形稳定两个阶段的,无论是何种变形特点,都应该以最终变形稳定时的膨胀率作为最终的侵蚀膨胀率,一般试验观测期不低于30天。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,包括:侵蚀膨胀判别流程、侵蚀膨胀潜势评价流程、室内侵蚀膨胀试验流程;
所述侵蚀膨胀判别流程具体包括:
A1. 中溶硫酸根检测;
A2. 矿物成分检测;
A3. 室内侵蚀膨胀试验;
所述侵蚀膨胀潜势评价流程具体包括:
B1. 填料及地基中溶硫酸根检测;
B2. 室内侵蚀膨胀试验;
B3. 计算膨胀量;
所述A3. 室内侵蚀膨胀试验,以及,B2.室内侵蚀膨胀试验具体包括:在室内模拟现场的温度、湿度条件,观察级配碎石掺水泥集料变形特征。
2.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述A1. 中溶硫酸根检测具体包括:
对中溶硫酸根进行监测;
若集料内不含有此成分,则判别为非侵蚀膨胀;
若含有此成分,则进一步进行所述A2. 矿物成分检测。
3.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述A2. 矿物成分检测具体包括:
通过X光衍射XRD试验分析集料内部是否含有钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙;
若含有以上三种物质,则判别为侵蚀膨胀;
否则,进一步进行所述A3.室内侵蚀膨胀试验。
4.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述A3.室内侵蚀膨胀试验包括:
若所述A3.室内侵蚀膨胀试验没有发生膨胀变形,则判别为非侵蚀膨胀;
若所述A3.室内侵蚀膨胀试验观测到了膨胀变形,则进一步检测膨胀后集料的矿物成分;
若检测到了钙矾石、硅灰石膏和水化硫铝酸钙之一,则判别为侵蚀膨胀;
否则判别为非侵蚀膨胀。
5.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述B1. 填料及地基中溶硫酸根检测包括:
检测填料及天然地基中是否含有中溶硫酸根,若不含中溶硫酸根则评价为无侵蚀膨胀潜势;
否则,进行所述B2. 室内侵蚀膨胀试验。
6.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述B2. 室内侵蚀膨胀试验包括:
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验没有观测到膨胀变形,则评价为无侵蚀膨胀潜势;
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验观测到了膨胀变形,但膨胀变形后试样没有检测到钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则判定为无侵蚀膨胀潜势;
若所述B2. 室内侵蚀膨胀试验观测到了侵蚀膨胀变形,且检测到了钙矾石、硅灰石膏及水化硫铝酸钙三者之一,则判定为具有侵蚀膨胀潜势,并进一步进行所述B3. 计算膨胀量,判定潜势大小。
7.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述B3. 计算膨胀量包括:
式中:i表示路基结构的土层,每层的划分厚度不超过1.0m,如遇水泥掺量发生变化时,单独划分一层;表示室内测得细颗粒组分的侵蚀膨胀率;表示细颗粒组分占整个集料的百分含量;表示细颗粒组分的膨胀填充率;h表示路基结构层的厚度;表示路基结构层压实度;
①弱膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,未达到临时补修的标准;
②中膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过临时补修的标准,但未达到限速的标准;
③强膨胀潜势:最大预期侵蚀膨胀变形引起的轨道结构不平顺,超过限速的标准。
8.根据权利要求1所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述A3. 室内侵蚀膨胀试验,以及,B2.室内侵蚀膨胀试验,分别具体包括:
C1. 试验参数选择;
C2. 试样制备;
C3. 膨胀率监测。
9.根据权利要求8所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述C1. 试验参数选择具体包括:
根据现场的条件确定试验的温度湿度;
根据现场条件确定养护条件,包括:无外界补给的封闭系统条件、仅有水分补给的蒸馏水养护条件、有硫酸根补给的硫酸钠溶液养护条件。
10.根据权利要求8所述的级配碎石掺水泥集料侵蚀膨胀的评价与试验方法, 其特征在于,所述C2. 试样制备具体包括:
根据级配碎石掺水泥集料的颗粒粒径确定圆柱试样尺寸,底面直径不低于最大颗粒粒径的5倍,试样高度为底面直径的2倍。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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