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二灰穩定材料的強度有限元分析

發布于:2022-05-21 21:17
有限元分析

      二灰(石粉、粉煤灰)穩定材料以其強度高、耐久性好、水穩性好、整體性強而越來越廣泛地應用于高等級公路的路面結構層中。山西省“八五”重點建設項目運城至風陵渡一級公路路面底基層為24 cm二灰土,基層為20 cm二灰砂礫。在路面施工過程中,通過大量的室內試驗、野外觀測,分析了二灰土、二灰砂礫強度的形成機理,有限元分析得出了它們的強度增長規律。
      粉煤灰由山西永濟發電廠生產,經檢驗,其化學成分如表1。石灰,是運城市解州生產,經檢驗,達到I級石灰標準,結果見表。
      對于二灰土,試件為5 cm×5 cm×5 cm的圓柱體,用千斤頂成型,反力架脫模,每組6個試件;對于二灰砂礫,試件為15 cm×15 cm×15 cm的圓柱體,用壓力機成型、脫模,每組13個試件。成型時,實測混合料的灰劑量(EDTA法)、含水量,按照要求的壓實度、預定干密度、實測含水量確定成型每個試件所需混合料重量見表6。
      1)選擇不同石灰劑量的6組試件,觀測試件7 d無側限抗壓強度與灰劑量的關系。2)選擇在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃養護溫度下的5組試件,觀測強度發展情況。3)選擇7 d、14 d、28 d、90 d養護齡期的4組試件,觀測強度隨齡期的增長規律。
      根據不同的成型條件,按照要求的齡期,試件經24 h浸水后,在路面材料應力儀上測試其強度。加載速率:二灰土為1 mm/min;二灰砂礫為5 mm/min。無側限抗壓強度實測結果見表7、表8、表9,其中R為一組試件強度值中考慮保證率系數、變異系數后的強度代表值。
      粉煤灰是一種火山灰物質,含有活性的Al2O3和SiO2,在石灰的堿性(OH、Ca2+)激發及相互作用下,發生火山灰反應,產生含水的硅鋁酸鈣。這些新生的膠凝物質晶體,具有較強的膠結能力和穩定性。由于粉煤灰是一種緩凝物質,表面能低,難在水中溶解,導致二灰混合料中火山灰反應緩慢,因而早期強度較低。隨著養護時間的增長,含有Ca2+和OH的溶液通過粉煤灰表面水化凝膠物間縫隙向里滲透,使火山灰反應繼續發生,增加了混合料中凝膠物質的量,填充了粉煤灰顆粒間的孔隙,使結構變得緊密。同時,水化粉煤灰顆粒間凝膠物相互交叉、嵌鎖,增加了界面間的摩阻力,使混合料后期強度得到發展,比早期強度有很大提高。二灰砂礫中由于摻入少量水泥,水泥水化后產生一定量的硅鋁酸鈣,使得混合料中凝膠物質的量增加,因而提高了早期強度。
      通過對二灰土、二灰砂礫的強度分析,得出以下結論:
      1)石灰劑量對二灰穩定材料的強度增長有一定影響。因而存在一有效區間,一般為設計灰劑量為±2%,在此區間內,可達到設計強度。在此區間以外,強度呈下降趨勢。
      2)二灰穩定材料7 d強度隨著養護溫度變化呈冪函數變化。
      3)二灰溫度材料早期強度低,但隨著齡期的增長,尤其到了90 d或者更長,其強度將會顯著提高。90 d的強度值約為7 d的3倍,其增長規律較好地服從冪函數R=4TB的關系。


                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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