影响碎石变性的因素（通用7篇）
影响碎石变性的因素 篇1
摘要：目的 了解影响体外碎石效果的相关因素。方法 对2008年7月2009年3月进行体外碎石且接受随访的患者100例进行相关因素分析。结果 单因素分析结果显示年龄、输尿管不同部位结石、结石大小、结石直径、肾积水程度等与碎石成功效果有关,多因素分析显示碎石成功率越高结石大小、结石位置对碎石效果的影响分别为-3.21和-3.12,两者是碎石效果的独立影响因子。结论 在同样结石大小的情况下,位置越低疗效越好;在同样的位置情况下,结石越大疗效越差。
关键词：泌尿系结石,体外碎石,影响因素
近年来随着医学科技的发展,体外冲击波碎石术(ESWL)已成为治疗尿石症的有效手段,以其定位准、不需开刀手术、无需麻醉、无痛苦、安全等优势已成为临床治疗泌尿系结石的首选[1],其终极目标是高效、安全、无痛,其中高效是指碎石的效率,是治疗所追求的上线;安全和无痛是保证患者平稳度过治疗期的下线。然而结石大小、碎石能量等诸多因素影响了体外冲击波碎石术(ES WL)的治疗效果,本文对体外冲击波碎石术(ES WL)治疗效果的影响因素进行分析。
1 资料与方法
1.1 一般资料
2008年7月～2009年3月,对150例泌尿系结石患者进行体外碎石治疗。男94例,女66例;肾盂结石62例,肾盏结石48例,输尿管结石40例。完成随访患者100例,其中男62例,女38例;年龄13～82岁,平均44.6岁;泌尿结石主要有:肾盂结石46例;肾盏结石23例,其中上盏5例,中盏12例,下盏6例;输尿管结石31例,其中下段12例,上段19例。病程5d～9a。结石直径0.4～3.1cm,平均2.0cm,结石伴轻中度肾积水88例,重度肾积水12例。
本组患者治疗前均行尿路平片、静脉尿路造影、B超以及血、尿常规,肝肾功能,凝血功能,心电图等检查,确诊泌尿系统结石,并排除严重心肺功能障碍、凝血功能障碍以及结石较大、肾脏功能严重受损、尿路解剖异常等不宜行体外冲击波治疗的患者。结石按X线片形态分为3类:(1)均匀高密度结石;(2)低密度结石(K UB阴性结石,而造影片能看出充盈缺损者);(3)杂色结石:结石密度不均匀,介于高低密度之间。本组均匀高密度结石20例,杂色结石80例。
1.2 治疗方法
采用上海交大生产的JDPN-VB.B超定位型体外冲击波碎石机进行治疗。该型碎石机具有液电和电磁波两种冲击波源装置。无需麻醉和止痛药,常规行心电、血压监护,X线透视定位跟踪结石。肾及输尿管上段结石患者取仰卧位,输尿管中下段及膀胱结石取俯卧位,患侧皮肤紧贴水囊。采用X线监测结石位置。工作电压16～18 kV,液电冲击次数1000～1200次,一般均完成4000次的治疗量。从治疗当天开始使用抗菌药物,连续3 d。所有患者ES WL术后3个月接受K UB、I VU和B超检查,残余结石<2 mm为碎石成功,>2 mm则为治疗不成功。
1.3 统计学处理
用Pearson检验或Fisher检验进行单因素关联性分析,用Spearman相关分析可能的相关因素,用逐步Logistic回归分析影响疗效的主要因素,采用SPSS13.0软件实现上述统计分析。
2 结果
本组100例,碎石成功83例,失败17例,成功率83%。对碎石效果进行单因素分析,结果:(1)性别:男性成功率82.3%(51/62),女性成功率84.2%(32/38);不同性别间碎石成功率无统计学意义(P>0.05)。(2)年龄:碎石成功患者年龄(40.6±5.4)岁,碎石失败患者年龄(59±7.3)岁,年龄与碎石成功与否有关(P<0.05)。(3)结石类型:肾盂结石患者碎石成功率82.6%(38/46),肾盏结石患者碎石成功率82.6%(19/23),输尿管结石患碎石成功率83.9%(26/31);不同类型结石碎石成功率比较无统计学意义(P>0.05)。(4)结石部位:输尿管上段结石成功率89.5%(17/19),下段结石成功率75.0%(9/12),输尿管不同部位结石影响碎石成功率,差异有统计学意义(P<0.05)。(5)结石大小:结石直径3～12mm者成功率为93.5%(43/46),>12mm者成功率74.1%(40/54),可见,结石大小不同对碎石成功有影响(P<0.05)。(6)结石伴不同程度肾积水:结石伴轻中度肾积水成功率90.4%(75/83),结石伴重度肾积水成功率47.6%(8/17),两者比较有统计学意义(P<0.05)。
通过单因素分析发现,年龄、结石部位、结石大小以及结石伴不同程度肾积水与碎石效果有关,对此进行多因素分析。多因素Logistic回归分析结果见表1。Logistic回归分析表明在各因素中,只有结石大小、结石位置是碎石效果的独立影响因子。
根据统计分析结果可以得出如下结果:在同样结石大小的情况下,位置越低疗效越好;在同样的位置情况下,结石越大疗效越差。
3 讨论
虽然ESWL仍是尿路结石的首选治疗方法,但ESWL治疗尿路结石仍有一定的失败率,有报道称未经选择的尿路结石,碎石成功率只有47%[2],且ES WL对肾功能有一定的损害[3]。尿路结石的治疗选择与发展方向应是有创→轻创→微创→无创。因此,本文对影响体外碎石成功率的相关因素进行了研究,以提高ESWL治疗成功率,最大限度地保护肾功能。
本文采用多元Logistic回归的分析方法来研究各因素对ESWL治疗的影响。先对各个因素进行单因素分析,单因素分析结果显示:尿路结石男性高发,但本研究显示男性成功率82.3%,女性成功率,不同性别间碎石成功率无统计学意义。年龄与碎石结果有关,低年龄组的碎石成功率明显高于高年龄组;不同类型结石碎石成功率比较无统计学意义;输尿管上段结石成功率高于下段结石成功率;结石大小对碎石结果有影响,结石直径越短碎石成功率越高;结石伴不同程度肾积水程度越轻,碎石成功率越高。
将有统计学意义的变量同时纳入进行多因素分析,避免了多重共线性,且能够反映真实的情况。通过对100例随访的体外碎石患者进行研究发现,结石大小和结石位置是影响碎石效果的独立因素。这可能是因为结石部位不同导致了结石所处的环境不同,而结石周围环境对碎石和排石效果亦有直接关系。目前已知,当结石的周围是水环境时,冲击波的空化效应最强[4]。当结石被组织包绕时,组织本身的回弹力不仅抵消了部分冲击波的作用力,而且也抑制了空化效应的碎石作用。同时,即使结石表面被部分粉碎,但碎砂往往不能及时散开,阻碍了后继冲击波的传播,使之发生散射和反射。Shiroyanagi等回顾分析了170例患者的资料[5],统计结果表明患者的年龄、性别、结石数目、支架管的置放、输尿管梗阻的程度等都与治疗预后无明显相关性,只有结石大小和位置才是影响碎石效果的独立因素,结论认为输尿管远段结石和直径>12 mm的结石采用ES2WL难以成功,输尿管镜应当是第一线的选择。
由以上分析结果可知,在同样结石大小的情况下,位置越低疗效越好;在同样的位置情况下,结石越大疗效越差。
参考文献
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[3]Eterovic D,Juretic KL,Capkun V,et al.Pyelolithotomy improves while extra-cor poreal lithotrip sy impairs kidney function.J Ur ol,1999,161:39～44.
[4]孙西钊.影响冲击波碎石疗效的因素及对策[J].临床泌尿外科杂志,2005,20(9):513-516.
[5]Shiroyanagi Y,Yagisawa T,Nanri M,et al.Factors associated with failure of extracorporeal shockwave lithotripsy for ureteral stones using Dornier lithotripter U/50[J].Int J Urol,2002,9(6):304.
影响碎石变性的因素 篇2
体外冲击波碎石技术是20世纪80年代初由德国Dornier公司用于治疗泌尿系结石获得成功[2,3],此后在世界各地相继开展研究应用和推广。该项技术在我国的应用,也已经历20多年,如今在我国广大城乡医院,体外冲击波碎石技术得到了广泛普及[4]。我院1990年开始使用体外冲击波碎石机治疗泌尿系结石,前后使用过NE-Ⅱ型和ZL502C型2台液电碎石机,经治病例2万多例次。在将近20 a的临床治疗实践中,体外冲击波碎石的治疗效果总体来说还是相当不错的,但我们也发现了一些影响疗效的因素,现将这些影响因素与解决方案作一探讨。
1 机器因素
1.1 电极安装不紧密或电极质量不佳
我们知道,冲击波碎石的原理是在第一焦点处进行高压脉冲放电,产生高能冲击波,通过反射体聚焦将能量会聚在第二焦点上,使处于此点的结石破碎。如果电极安装不良、接触不紧密或电极质量不佳,会造成焦点偏移,轻者影响疗效,重者损伤人体脏器。电极的问题由加工工艺和加工质量造成,具体表现为:一是1个或2个尖端径向位移;二是电极间隙轴向位移;三是电极间隙增宽>0.3 cm[5];四是电极尖端耐电弧销蚀特性差。
对策:电极安装要紧密牢固,防止其在治疗过程中受到强大的振动而松脱;向电极制造厂商索要电极原始技术数据,据此自制或委托加工测量器材,每次安装电极前测量电极是否符合要求,不符要求的将其修正或撤换。
1.2 反射体聚焦不良
刚购回的新机器其反射体内壁表面一尘不染,光洁如镜,但使用一段时间后,电极放电掉落的铁屑及水中杂质慢慢沉淀下来附着在内壁,生成铁锈样物质,大大影响冲击波的光学反射特性,使形成在第二焦点上的焦斑变大,能量减弱。
对策:每隔2~3周用柔软纱布蘸肥皂或牙膏轻轻擦拭反射体内壁,务必使内壁光洁如新。如果内壁附着物太多,上述方法不能去除,则可使用精磨金相砂纸轻轻打磨。切忌使用普通砂纸、不洁布等粗糙物品。
1.3 冲击波能量不足
冲击波高压产生后储存在高压储能电容器中,在脉冲点火电路的触发下电容放电,传导至反射体中的电极,产生冲击波能量[6]。在电容脉冲放电过程中,有2个因素造成能量不足:一是电容使用较长时间,一般经30万次充放电后,电容性能会慢慢下降,储能不足,造成冲击波能量不足;二是放电回路各线缆接点经长期使用后,因每天受到巨大振动逐渐出现接触不良的情况,引起高压打火,造成传导至电极的能量衰减。
对策:虽说厂商生产的高压储能电容质量有优劣,寿命有长短,但当听到放电噪声显著变小或放电次数达到30万次时即可更换电容。出现电路打火情况,可在各线缆接点处用粗砂纸或锉刀加工光洁后再拧紧或焊接即可。
1.4 水囊内气体太多、注水不足、水囊表面耦合剂太少
治疗前,我们都要将水囊内的气体排空,但在治疗开始后,由于电极不断高压放电,水中局部产生脉冲高温,促使溶于水中的一部分气体逸出,使水囊内气体越来越多。结石在体内的位置不同,病员的治疗体位也有不同,有仰卧位、俯卧位、侧卧位。在某种体位下,气体会聚集在能量传导的通道上,影响治疗效果。另外,当水囊内注水不足或水囊表面耦合剂涂抹太少时,冲击波能量传递就会受到阻碍,也会影响治疗效果。
对策:治疗开始前进行定位时注水要充足;水囊表面耦合剂涂抹要足量、均匀;治疗过程中操作人员要不断巡视,一旦发现水囊内气体太多且聚集在能量传导的通道上,要及时排气。
1.5 机器性能参数发生变化
碎石机定位设备有的配备B超,有的为X线机,不论何种仪器,在长期的强振动工作环境下使用后,其性能、参数可能会发生某些变化。例如超声探头参数变化造成测距误差、探头定位架偏移造成定位不精确、X线机球管与增强器的偏移或X线机监视器参数变化造成监视屏上第二焦点位置与原设定的标记有偏差等。另外,碎石机的反射体在使用一定年限后,其技术指标也会发生一些误差,使治疗效果降低。
对策:经常检查测试仪器的性能与参数,如无技术条件检测,可主动或被动与当地政府的技术监督部门联系,让其帮助检测,发现问题及时纠正。碎石机反射体在使用多年后,须使用压力传感器与示波器测量第二焦点位置和焦斑大小[7],如果超出技术指标要求,则必须调换反射体总成。
2 人体因素
2.1 肥胖与饱食
改革开放以来,老百姓生活水平明显提高,餐桌上食品丰富,营养过剩,导致肥胖人群较20世纪七八十年代明显增多[8,9]。由于冲击波能量在水中衰减极少,而在脂肪组织中传递时衰减较大,所以胖人疗效较差,瘦人疗效较好。另外,饱食后肠内容物包括食物、水分和气体增多,也会影响能量的传递。
对策:理论上最佳方案是在减肥后进行治疗,但实际上短时间内减肥很难做到。比较有效的方法是在治疗前一晚服用一些缓泻药,治疗当天空腹,尽量缩短冲击波能量在人体组织内的传导距离,相对地增加其在水中的传导距离。
2.2 多言与疼痛
人们在讲话时,不断地做吞咽动作会咽下不少气体,气体到了胃肠道后,一是阻碍了超声波的传导,二是在X线透视下产生特透亮的影像,妨碍我们对结石的诊断和治疗定位。另外,输尿管内结石易引起输尿管括约肌痉挛,使机体发生应激反应,往往反射性引起胃肠道平滑肌痉挛,发生恶心呕吐腹痛等症状,肠腔内会产生不少气体,也会影响结石的诊治。
对策:预约治疗前叮嘱病员治疗当天尽量少讲话,以减少胃肠道气体。绞痛正在发作的病员,由于肠腔内气体干扰X线透视,使定位效果不满意,可采用压腹带使气体受到挤压而旁移,结石影像就会清楚一些。
2.3 腹式呼吸
我们知道,男性呼吸以腹式为主,女性则以胸式为主。腹式呼吸时结石随呼吸的上下移动度要比胸式呼吸大得多,一些病员如运动员等腹式呼吸运动幅度特别大,结石在第二焦点上的位置就不易被确定。
对策:理论上我们可采用呼吸同步的冲击波碎石,但呼吸同步碎石技术目前尚不成熟,大多数碎石操作人员都不采用。比较有效的方法是在腹部放置1~2块经2~3次折叠的毛巾,然后缚上压腹带压紧,以病员不感觉难受为度。在此外力作用下,结石的移动度就会显著减小。
2.4 结石的大小、数量、位置、性质等因素
临床上遇到的结石病例具有多样性、复杂性,有的结石大如鹿角或为铸形,有的小如芝麻绿豆或泥沙样;有的仅1枚,有的2个肾均有多枚结石;有的肾、输尿管、膀胱均有结石;有的为感染性结石,有的为尿酸结石,有的为含钙结石;有的伴高度肾积水,有的伴绞痛;有的患病后未及时就诊,经长时间保守治疗仍排不出结石才来就诊。
从治疗效果看,小结石疗效要优于大结石;数量少的结石疗效要优于多枚结石;膀胱结石和肾结石的疗效要优于输尿管结石;肾脏中盏和下盏结石的疗效要优于上盏结石;输尿管下段结石疗效要优于上段和中段的结石;感染性结石疗效要优于其他结石;一经发现立即就诊的结石疗效要优于患病长久的结石。
对策:从经济角度考虑,对直径小于0.6 cm的结石可以不做冲击波治疗,让其自然排出,或配合使用溶石药、中成药、改变体位等方法;但有些病员输尿管膀胱壁内段特狭窄,小结石也通不过,疼痛难以忍受,可以及时治疗,一旦结石粉碎,剧痛立即缓解;嵌顿数月甚至经年的输尿管结石往往引起结石与输尿管内壁粘连,结石击碎后仍难以排出,这种病例一是事先要向病员讲清,以取得病员理解,二是碎石后配合使用溶石药或中成药,以溶化粉碎后的小结石;对于尿道内口结石和后尿道结石可设法使身体倾斜,冲击波能量从中下腹部斜向进入体内,以避开耻骨阻挡;对于巨大结石如鹿角形结石可在征得病员同意的条件下试做治疗,取得初步成功后再继续;对难治性结石如特大、特硬、病员体形超胖等可劝服病员采用其他治疗方法如腔内碎石、开放性手术等。
总的来说,影响体外冲击波治疗的影响因素较多,我们医务人员要充分发挥主观能动性,治疗前做好充分准备,对病员的病情、碎石机器的状态要心中有数。治疗过程中要专心致志,聚精会神,积极跟踪动态变化,随时调整仪器,使结石在超声仪、X线机上的影像与第二焦点重合。要采取多种手段,排除一切不利因素,务必使碎石效果达到最佳。
参考文献
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影响碎石变性的因素 篇3
1 水泥稳定碎石变性的作用
1.1 实际作用
水泥稳定碎石简称“水稳”, 主要是高级路面的基层使用基层, 它是路面结构中的承重部分。主要承受车辆荷载的竖向力, 并把面层传下来的力扩散到垫层或土基, 基层应具有足够的强度和刚度。基层受自然因素的影响虽不如面层强烈, 但也应具有足够的水稳定性, 以防基层湿软后产生过大的变形, 导致面层损坏。水稳层是硬质路面和土质路基的过渡层, 它有效的和路面及路基结合, 形成一个有机体。水稳层具有一定的强度和刚度。高于路基低于路面, 既保证铺设路面一定厚度, 满足承载负荷, 又能减少建设成本。水稳层可将路面承受的车辆荷载均衡的扩散到路基, 具有一定的韧性。水稳层的碎石粗沙有良好的滤水性, 可减少路基积水而使其承载能力下降。
1.2 自身材料的优越性能
水泥粉稳定碎石是一种新近提出的路面基层材料, 其具备了水泥稳定类优点, 具有很好的技术性能。水泥稳定碎石具有强度高、稳定性好、抗冲刷性能及抗行车疲劳性能好的特点, 但它在空气湿度变化时易产生干缩裂缝, 导致沥青面层表面形成反射裂缝, 进而影响路面的使用性能和使用寿命, 这一缺陷正在专家积极的研究和改进之中, 己取得一定成果。首先, 定出所要研究的级配以及水泥用量, 然后通过对掺加不同掺量膨胀剂、减缩剂的混合料进行击实试验结果, 得出各掺量混合料的最佳含水量和最大干密度。与此同时, 对掺与不掺外加剂的混合料做延迟时间击实试验, 把其对混合料的影响做一个综合分析, 得出延迟时间对掺外加剂混合料的影响结论。然后, 通过对掺加不同掺量膨胀剂、减缩剂的水泥稳定碎石混合料进行抗压强度、劈裂强度、劈裂模量以及干缩试验, 选取梁亚军推荐的干缩抗裂系数来评价其抗裂性能, 再结合抗压强度对其进行综合改良。
1.3 在基础建设中所需的复合材料
近年来, 随着公共设施的不断完善, 人们对生活质量的要求不断增高, 对建筑工程材料的改进也日益增强。泥路面改建迫在眉睫, 而旧水泥混凝土路面改建技术的关键, 是对破损混凝土路面板的处理方法。水泥稳定碎石作为新型路面的基层或底基层, 较好地利用了原混凝土板的强度、有效地防治反射裂缝的产生或发展, 而且有效改善了路面的质量问题。成为一种新型材料被广泛的应用, 而且经过不断的研究和实验, 还可以在原有的水泥稳定碎石基础上加入更多的新型材料, 如煤灰, 聚丙烯纤维、膨胀剂等。
2 碎石变形的影响因素
2.1 水泥稳定碎石干缩性能的变化规律
通过对几种常用抗裂指标进行分析, 选用干缩能抗裂系数对三组配合比进行了抗裂性能评价。采用纤维间距理论和复合材料理论对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗裂机理进行了分析, 得出单位体积内的纤维数量越多, 纤维间距越小, 阻裂效果越好;采用膨胀机理对膨胀剂水泥稳定碎石的抗裂机理进行了分析, 得出适当掺量的膨胀剂可以改善水泥稳定碎石变形的抗裂能力。
2.2 影响水泥稳定碎石变化的自然因素
水泥稳定碎石基层在一定得程度上受自然条件的影响, 在持续降雨或暴雨等自然因素的作用下, 堆积层滑坡体往往处于饱和-非饱和状态, 极易诱发灾变。同时这种情况下水泥稳定碎石基层路面沿厚度方向存在温度梯度时将会发生翘曲变形, 即温度翘曲, 如果水泥混凝土板不受任何约束作用, 板发生温度翘曲变形后将不会产生任何应力, 然而由于水泥混凝土板的翘曲变形将会受到不同约束的影响 (板自重、基层、路肩以及相邻板块) 导致水泥混凝土路面板内产生温度翘曲应力, 这部分应力是水泥混凝土路面设计时的重要部分。
随着我国高速公路建设不断向中西部山区发展, 碎石土越来越广泛地被应用于路基的填筑, 碎石土路基的各种力学特性也越来越受研究人员的重视。与其他类型碎石土相比, 水泥碎石由于含泥量较高而具有独特的力学性质, 特别是在干湿循环条件下其力学特性会发生很大变化, 从而影响路基的工作性能。
3 水泥稳定碎石变形的制约条件
3.1 水泥稳定碎石基层材料收缩受级配和外加剂等因素的影响
水泥稳定碎石基层材料中掺加适量的纤维, 可以减少基层材料的刚性, 增大其抗裂能力。鉴于掺纤维水泥稳定碎石基层材料路用性能影响因素多, 所以, 在材料收缩受级配和外加剂的因素要慎重的考虑, 反复的实验验证, 以保证水泥稳定碎石基层的质量。同时, 以水泥剂量、集料级配、纤维掺量、膨胀剂掺量为试验影响因素, 采用正交试验方法安排试验, 并对各方案的强度和刚度试验结果进行极差和方差分析, 得出了强度和刚度随各因素变化的规律及最佳配合比方案。
3.2 水泥稳定碎石基层在施工过程中的制约条件
水泥稳定碎石的干燥收缩率和温度收缩率均低于二灰稳定碎石, 且抗冻融循环性也比二灰稳定碎石理想;水泥含量、集料品种和集料级配等因素对水泥稳定碎石的干燥收缩、温度收缩和抗冻融循环性均有不同程度的影响.是目前较为理想的基层材料。水泥稳定碎石是半刚性基层材料, 在我国建设中作为哦主要的基层材料, 它具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能, 以及较强的抗变形能力, 故而被广泛应用于高等级公路、城市道路和机场道路。但是水泥稳定碎石的收缩性较大, 施工时若控制不好, 容易产生裂缝, 使基层的性能受到影响。
3.3 解决影响水泥稳定碎石变形因素的方法
由于水泥稳定碎石变形性能受一定条件和因素的影响, 所以在不断的实践和探究中, 人们找到在半刚性基层材料水泥稳定碎石中掺入适量的钢渣以后, 基层材料的强度、回弹模量、干缩变形等物理力学性质与钢渣掺入量、钢渣的粗细程度、养护条件等影响因素之间的关系及其变化规律。并在此基础上根据水泥稳定碎石强度形成机理、干燥收缩机理和数理统计、方差分析、回归分析的方法分析不同粒径的钢渣和不同的掺量对水泥稳定碎石的力学性能和干燥收缩性能的影响, 最后得出钢渣对水泥稳定碎石的强度、干燥收缩有显著的影响, 以改善半刚性基层抵抗温缩和干缩性能较差, 容易产生收缩裂缝, 在车辆荷载和环境因素的作用下, 裂缝会延伸至路面面层, 使路面结构的承载能力下降, 路面使用寿命缩短的问题。
4 总结
随着社会的发展, 水泥稳定碎石材料的性能也将不断的发展、改进。而影响它的各方面因素也会慢慢减少, 水泥稳定碎石基层会逐渐完善并被广泛的应用于更多的领域中。
参考文献
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级配碎石动回弹模量影响因素分析 篇4
级配碎石作为柔性材料, 应用于沥青路面基层本身是一种优良的结构层, 但由于料源的不稳定性、生产工艺落后、材料离析等缺陷造成最终成型结构层在级配、强度、水稳定性和抗变形能力等方面表现出不足, 以致难以达到预期效果。而现行设计规范仅仅提供了适用于不同层位的级配碎石的回弹模量建议范围, 大量工程实际表明, 粒料模量的取值或随意性较大, 路面结构设计者往往简单地将用于底基层的级配碎石模量取为200~300MPa, 基层用级配碎石模量取400~500MPa, 或者参照路基土的模量测试方法确定。鉴于此, 在国内外相关研究成果的基础上对粒料层动态特性展开系统研究[1,5]。级配碎石作为松散粒料, 其本身所特有的应力依赖性决定了其在路面结构中的三向受力状况研究分析的必要性。
1 动三轴试验
1.1 动应力表征
粒料层内应力状态的空间变化, 使具有应力依赖性的材料回弹模量表现为空间坐标的函数。这种特征使得以线弹性层状体系理论为基础的沥青路面结构分析与设计中, 路基与粒料层回弹模量的测试与取值变得复杂而困难。
本文中将动应力荷载型式设为半正矢波, 加载频率1Hz, 其中作用时间0.1s, 间歇时间0.9s。荷载函数表达式为式 (1) , 荷载波形及动载下变形曲线如图1、图2所示。
式中:P0—荷载振幅;
Pc—预压应力。
1.2 试验仪器
动三轴仪是在常规静三轴仪的基础上, 通过增加轴向激振系统改造而成。根据荷载传感器位置的不同可分为外置式与内置式两类。
本文采用UTM-25中型三轴室 (内置式) 。该设备使用的试件尺寸为Φ100mm×200mm, 轴向荷载气压动态输出0~25k N, 振幅0~100mm, 侧压采用气压, 范围为0~2.5MPa。荷载频率为1Hz。
在级配碎石成型过程中, 为防止试样挠动, 采用钢制对开圆形试筒, 成型试件时内置一乳胶套, 为成型好后不具备粘结力的碎石提供围压保护[2]。
1.3 应力测试条件
国内应力水平统计分析[3]表明:粒料上基层、基层应力区间大致位于:σ1=50~750k Pa, σ3=0~500k Pa;粒料底基层、垫层应力区间大致位于:σ1=20~100k Pa, σ3=0~20k Pa。而对主应力比进行统计分析, 表明粒料上基层及基层主应力比浮动区间位于1.2~7.9, 主要分布在1.4~5.1之间。
因而试验围压分别按50、100、150k Pa三个等级施加, 偏应力按各个围压的1~4倍动应力水平, 动应力重复次数初始预压阶段设定400次, 其后各取200次, 加荷顺序如表1。
2 试验安排
对于给定级配[5]的碎石材料, 其力学性能主要受到压实度、含水量和应力条件的影响, 论文就此展开性能对比研究。本文首先针对该三种因素安排试验如表2所示。
3 动回弹模量影响因素分析[4,5,6,7]
3.1 压实度对动模量的影响
图3测试结果表明, 当压实度较低时, 模量在低围压下表现为随偏应力和体应力的增大而增大, 当围压进一步提高时, 模量仍表现为与偏应力和体应力的正相关, 但增长速率明显降低。当围压再进一步提高时, 模量表现为在某值上下波动, 但与98%压实度下的模量几乎持平, 可见压实度造成的模量偏小可通过相应的实际荷载下产生的较大围压得到补偿, 即通过更大荷载的作用会使压实度偏小的碎石呈现出与压实度偏大的碎石相同的特征。
而当压实度较高时, 模量可显著提高22%左右, 相比较于低压实度有更高的可靠度。建议实际施工时应尽可能地提高压实度, 最好能达到99%以上, 以保证级配碎石的强度。
3.2 含水量对动模量的影响
图4测试结果表明, 施工含水量对材料的模量有较大影响。含水量低于最佳含水量时材料表现出更多的刚度, 使模量较大;含水量高于最佳含水量时, 在施工过程中加剧了集料的离析和细料流失, 使材料强度弱化, 表现为模量偏低。
3.3 应力对动回弹模量的影响
图5表明, 整体上, 动回弹模量随偏应力的增长而增长, 但随着围压的增长, 增长率却愈来愈小。
整体上, 压实度愈高增长率愈高。压实度愈高, 材料愈密实, 从而动回弹模量愈高。含水量低于最佳含水量时, 增长率较高, 随着含水量的进一步增长, 增长率愈来愈小。分析原因, 在成型试件过程中, 当含水量低于最佳含水量时, 碎石间摩擦较大, 流动性差, 为保持一致的压实度 (98%) , 必须施加更大的压力, 从而造成材料碎化严重, 级配细化, 含水量之间的差异逐渐转换成级配差异, 而级配愈细, 密实度愈高, 导致动回弹模量愈高;含水量高于最佳含水量时, 过多的水分会导致细料流失以及集料的离析, 材料被掏空, 骨料嵌挤咬合能力被削弱, 从而动回弹模量增长率较低, 整体上, 动回弹模量随偏应力的增长而增长, 但随着围压的增长, 增长率却愈来愈小。
4 小结
(1) 压实度对模量的影响不大, 压实度造成的模量偏小可通过相应较大应力得到补偿。
(2) 施工含水量对材料的模量有较大影响, 含水量低于最佳含水量时材料表现出更多的刚度, 使模量较大;含水量高于最佳含水量时, 加剧了施工过程中集料的离析和细料流失, 使材料强度弱化, 模量偏低。
(3) 相较于含水量而言, 压实度对模量的影响不大。
(4) 整体上, 动回弹模量随偏应力的增长而增长, 但随着围压的增长, 增长率却愈来愈小。
参考文献
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影响碎石变性的因素 篇5
目前,许多学者对水平场地桩基m值影响因素进行过探讨,贾庆山[5]根据收集并分析全国280多根水平受荷桩静载试验数据,提出地基土水平抗力系数的比例系数m值不是一个独立参数,应该是一个与土的性状、桩的弹性性质、桩的截面特征、桩入土深度等以及荷载大小有关的综合参数。周在中等[6,7]利用模型试验与理论计算研究砂土侧向受力条件下的m值影响因素,指出m值与土体、桩顶水平位移、桩的刚度、侧向荷载、埋设深度、桩宽有关,而桩宽在大于一定条件下,可以忽略。吴峰等[8]通过分析大量现场试验数据并通过理论计算认为m值变化规律主要受泥面位移影响,并总结m值与泥面位移的经验公式。但是,目前研究主要围绕水平场地下m值的影响因素进行探讨,对于斜坡场地的情况并未涉及。
斜坡场地相较于水平场地,其直接特征在于桩前坡度的变化,水平场地也可视为一种特殊的斜坡场地。而工程上在处理斜坡桩基m值时,也往往以水平场地为参照。这说明,探究斜坡场地m值的影响因素,桩前地形坡度也是重要讨论对象。
基于此,本文参照水平场地m值影响因素的研究经验并结合斜坡场地的实际情况选取影响m值取值6个影响因素,在碎石土斜坡场地中进行现场桩基水平静载试验的基础上,结合数值试验,采用灰色关联度的方法,探讨斜坡m值影响因素的重要程度。
1 m值影响因素的选取
现有的研究成果[2,3,5,6,7,8],普遍认为m值的影响因素受多方面的影响,包括地形条件、土体性质、桩顶水平位移、桩的刚度、侧向荷载、桩长、桩嵌岩深度、桩径等。
《建筑地基基础设计规范》(GB 5007—2011)中提出的m值计算公式:
式(1)中:Hcr为单桩水平临界荷载;Xcr为单桩水平临界荷载对应的位移;vx为桩顶位移系数;b0为桩身计算宽度;EI为桩身的抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩,EI=0.85Ec I0,Ec为混凝土弹性模量,I0为桩身换算截面惯性矩,圆形截面为I0=W0d0/2。
上述公式也表明,m值与桩土在一定荷载条件下发生一定的水平位移有关,其取值受到桩体本身尺寸和桩周土体性质的影响。
以往对m值的研究主要局限在水平场地,在斜坡场地对m值进行取值时,为保证工程安全,实际工程中一般参照水平场地的取值方法并结合经验对m值进行折减,以得到一个合理结果。可见,场地的地形条件,特别是桩前坡度,对m值也有重要影响。
本文参考周在中等人选取的影响因素,并结合m值计算公式和工程实际经验,遵循“影响因素具有代表性,具备明确的物理意义;各影响因素之间应该尽量相互独立;在现实中容易获取和量化”的原则,选出以下6个因素作为碎石土斜坡场地桩基m值影响因素,即桩前地形坡度、桩长、桩截面特征、嵌岩深度、土体密度和桩身材料。
2 水平载荷现场试验
2.1 场地概况
选择在四川理县薛城一处碎石土覆盖岩质斜坡进行现场单桩水平静载试验。场地覆盖层为第四系崩坡堆积层碎块石土层,碎块石主要成分为千枚岩、板岩及石英砂岩,主要粒径2~30 mm,并有少量黏土充填;下伏基岩以泥盆系厚层石英砂岩为主,基岩相对完整,成层性好,节理裂隙不发育。
称取5 kg碎石土进行筛分试验,得到粒径级配曲线,见图1。试验得到不均匀系数Cu=13.8,曲率系数Cc=1.53,说明级配良好。
在现场模型桩周围开挖3个直径为80 cm,深度不同的试坑,通过灌水法测得碎石土密度。在现场取碎石土样,在成都理工大学用YS—30A型应力路径控制式大型三轴剪切试验机进行三轴剪切试验,测定碎石土抗剪强度。场地参数试验结果见表1。
2.2 试验方法
选择现场坡度为15°、30°、45°的场地进行桩顶自由的单桩水平静载试验。为测量桩顶泥面处水平位移,在桩顶两侧和桩前打膨胀螺钉,架设百分表,百分表量程为100 mm,精度0.01 mm。桩位成孔后,在桩身两侧对称埋设振弦式ZX—428CT钢筋计,长170 mm,直径28 mm,量程±200 MPa,用以监测桩身内力变化。钢筋计在桩长4 m以上部分净间距为0.55 m,4 m以下部分净间距0.75 m。同时采用SGS—32型号数据采集箱对桩身应力数据进行收集。
现场试验采用单向慢速维持加载法,根据规范,每级荷载为预估桩基极限荷载的1/10~1/15,即100~150 k N。每级荷载维持1.5~2 h,以每小时内桩顶位移变化量不超过0.1 mm为稳定判据。试验采用油压千斤顶在泥面位置进行水平力加载,加载点与百分表相互对称。千斤顶采用0.4级精密压力表加压,最大量程100 MPa,最长可伸出200 mm,精度0.5 MPa。现场试验反力装置由现场浇筑混凝土墩提供,其尺寸为高4 m、宽3 m、厚1 m,外露2 m。现场试验情况见图2。
2.3 试验工况
在15°、30°、45°的场地分别进行1#、2#、3#桩基水平载荷试验。为选择合适的覆盖层厚度以满足3#桩的嵌固条件,在1#、2#桩东南方向600 m附近场地进行3#试验。图3为2#所在位置斜坡剖面图。
在现场试验中各工况下,m值影响因素见表2。
2.4 现场试验结果
由于在桩前架设百分表,因此可以实时记录每级荷载下桩顶泥面处的水平位移。并通过绘制桩的荷载-桩顶位移梯度曲线(H-ΔY/ΔH曲线),确定桩的临界荷载及其对应位移。根据式(1)计算现场各单桩水平静载试验的m值,见表3。
由于场地条件与经济条件的限制,在该场地中无法进行水平场地和改变土体性质的试验,因此需要借助数值试验进行研究。
3 数值试验
3.1 试验概况
对于水平受荷桩这种小变形试验可采用FLAC3D软件,对现场试验进行模拟。为了满足桩土水平作用的半无限空间体假设,尽可能的减小边界效应,本次数值试验模型长100 m,宽40 m,桩底距模型底面高度为30 m。在数值试验中,模型参数与表2保持一致。在试验中采用摩尔-库伦模型对岩土体进行模拟,桩体采用弹性模型。考虑到桩实际受力时,桩侧摩阻力和桩端阻力变化不同,因此建模时桩侧和桩端桩土接触面采用不同ID号。底部边界设定水平和数值方向位移约束,侧向边界设定水平向位移约束,模型顶部为自由边界。
结合现场试验情况及表2,建立FLAC3D模型,以30°斜坡为例,见图4。
数值模拟中加载方式分级进行,采用逐级等量加载,加载级别与现场试验基本匹配。
3.2 现场试验与数值试验的对比
为检验所建模型的正确性,将数值试验结果与现场试验结果进行对比。现场试验时,在桩身两侧埋设钢筋计,可通过桩身两侧拉压应力变化求得桩身弯矩。图5、图6为30°斜坡场地数值试验与现场试验各级荷载下的弯矩图,从中可以看出二者弯矩均随荷载的增加逐渐变大,弯矩沿桩身呈抛物线变化,弯矩最大点均出现在桩身泥面位置以下3.5 m处。虽然数值试验结果较现场试验结果偏大,但是二者规律一致,拟合性较好。
图7为15°、45°斜坡场地中现场试验与数值试验桩顶位移随荷载变化曲线的对比图。从图7可见,现场试验与数值试验曲线走势基本一致。在较小荷载时,现场试验与数值试验有较好的吻合性,桩顶位移随水平荷载的增加呈非线性增加。在大荷载条件下,现场试验比数值试验的位移大,这是因为当荷载增加到一定程度时,现场试验中桩顶前端坡面碎石土体因受力产生较大的塑性变形进而破坏造成土石滚落,因而桩顶变形急剧增大;而数值试验采用的是有限元分析方法,难以真实反映桩周土体在较大荷载条件下产生土体剥落等大变形破坏现象,因而曲线没有突变点。但是从图上可知,现场试验与数值试验位移差异较大情况出现在大荷载情况下,此时荷载已远远超过与m值有关的临界荷载位置,因此这部分位移差异对m值影响不大。另外,从图可见,45°斜坡曲线比15°斜坡更陡,这是因为随坡度的增大,桩前土体减少,随荷载的增加,其土体稳定性降低较快,更容易产生较大变形。
根据荷载-位移曲线可以绘制荷载-位移梯度曲线,进而确定数值试验与现场试验的临界荷载及其对应位移,再依据式(1),可得现场试验与试验结果对比,见表4。
通过上述比较,可以看出数值试验与现场试验结果基本一致。
4 m值影响因素的灰色关联度分析
4.1 确定关联数列
灰色关联度法是实用的科学分析方法,可用以分析多种影响因素对某对象的影响程度[9]。上述研究表明,利用作者建立的数值模型可以近似模拟现场试验结果,可以用数值试验对现场试验进行补充,弥补现场试验在经济条件和场地条件的限制,分别改变上述影响因素,得到不同工况下的m值,试验结果见表5。
将桩前地形坡度、桩长、桩截面特性、嵌岩深度、土体密度、桩身材料六个因素组成比较序列yi;将计算得到的m值作为参考序列构成y0。为满足计算需要,桩截面特性由桩截面惯性矩表征;桩身材料由所对应混凝土类别的弹性模量表征。
因此,有y0={y1,y2,y3,y4,y5,y6}={桩前地形坡度,桩长,桩截面惯性矩,嵌岩深度,土体密度,桩身弹性模量},y0={m}
4.2 无量纲处理
无量纲处理方式有多种,但是考虑到上述影响因素与m值既存在正相关关系也存在负相关关系,因此本文采用“极差化”处理方式[10,11,12]。
因此,对正相关因子,即桩长,桩截面惯性矩,嵌岩深度,土体密度,桩身弹性模量采用如式(2)。
对负相关因子,即桩前地形坡度采用如式(3)。
式(3)中:i=0,2,3,…,6;k=1,2,…,n,n表示试桩个数;m,M分别指因素观测值yi的最小值和最大值。
4.3 求绝对差
根据绝对差公式,对已经进行无量纲处理的试验数据进行计算:
式(4)中:k=1,2,…,n;i,j=0,1,2…,6。
4.4 求关联系数
根据关联系数公式,进行计算:
式(5)中:ρ为分辨系数,它的取值范围为[0,1],一般取0.5;Δmin、Δmax为分别表示所有数列中最小差值和最大差值。
4.5 求灰色关联度
利用关联度公式:
将上述关联系数分别带入该式,可以得到比较序列yj相对于参考序列yi的关联度。
5 结果分析
按照上述计算步骤,将表5中的参数进行转化,最终得到各影响因素对m值的关联度,见表6。
根据表6各项可得,0.883>0.701>0.680>0.619>0.575>0.552,即对m值的影响按作用大小排序为:桩前坡度>土体密度>桩长>嵌岩深度>桩截面特性>桩身材料。
桩前坡度与m值的关联度明显大于其他几个影响因素,说明桩前坡度对于m值影响极大。这是因为在斜坡影响范围内,近地表部分的桩前土体临空条件良好,在水平荷载作用下,相较于水平场地,这部分岩土体经历的的弹性变形过程短,相对较快的进入塑性变形阶段,从而极大丧失土对桩的抗力作用,使m值明显减小。随坡度的增大,桩前土体的抗力作用减小,m值减小。这与目前斜坡桩基的部分研究成果相符合[13]。
我国现行规范提供的m值经验范围仅是适用于符合半无限空间体假设的水平场地。但是鉴于上述研究中,坡度条件对m值取值的影响巨大。因此,建议在计算高陡斜坡场地水平受荷桩时,应充分重视桩前坡度对m值的巨大作用,选取m值可适度折减,以符合实际情况。
在各影响因素对m值大小的排序中桩的截面特性与桩身材料排位相对靠后,说明桩截面特性与桩身材料对m值有一定作用,但是影响效果不如其他因素明显。另外,桩身截面惯性矩(I0)、桩身材料弹性模量(Ec)与桩的刚度(EI)密切联系,这表明桩的刚度对m值有影响,但是影响作用不明显。
虽然目前尚无研究指出碎石土斜坡场地m值影响因素的影响规律,但是上述试验成果与水平场地研究结果相互印证[5,6,7],说明上述研究成果的正确性。
6 结论
通过分析单桩水平静载现场试验以及数值试验,采用灰色关联度法分析m值各影响因素作用程度,可得以下结论:
(1)上述影响因素中,按对m值影响力大小排序为:桩前坡度>土体密度>桩长>嵌岩深度>桩截面特性>桩身材料。
(2)桩前坡度是m值最大的影响因子。但是我国现行规范中提出的m值范围主要针对符合半无限空间状态的水平场地,对斜坡场地m值缺乏笔墨。建议相关从业人员在面对斜坡桩基设计时,应充分重视斜坡坡度对m值的折减效果。
(3)在m值的影响因素中,桩截面特性和桩身材料对m值影响最小。这两个因素与桩的刚度联系密切,说明桩的刚度对m值有一定作用,但作用不明显。
影响碎石变性的因素 篇6
水泥稳定钢渣碎石基层具有稳定性好、抗冻性能好、结构本身自成板体整体性强、强度高、刚度大以及抗行车疲劳性能较好的特点。但水泥稳定碎石混合料由于对周围环境温度和湿度的变化比较敏感, 水泥稳定钢渣碎石材料经拌合压实后, 湿度变化时由于蒸发和水泥水化作用, 混合料的水分不断减少, 在强度形成过程中以及营运期间会产生温缩裂缝, 并加剧路面的破坏, 缩短路面的使用寿命。
本文对水泥稳定钢渣碎石不同水泥剂量、含水量、级配类型、碎石掺量的干缩试验结果进行研究分析, 得出影响水泥稳定钢渣碎石抗裂性能的关键因素以及碎石掺配的合理范围, 找出减少水泥稳定钢渣碎石基层产生干缩裂缝的影响因素, 旨在通过选择适合的水泥剂量和碎石掺配比例减少干缩对混合料性能的影响, 提高水泥稳定钢渣碎石混合料的路用性能。
1 水泥稳定钢渣碎石的干缩性能研究
1.1 干缩机理
干燥收缩的基本原理是由于水分蒸发而发生的“毛细管张力作用”、“吸附水分子间作用”、矿物晶体或胶凝体的“层间水作用”以及“碳化脱水作用”而引起的整体宏观体积的变化。水泥稳定材料经拌合压实后, 湿度变化时由于蒸发和混合料内部发生水化作用, 混合料的水分不断减少, 发生的毛细管作用、吸附作用等引起混合料产生体积收缩。
1.2 试验方法
干缩系数采用千分表测试。采用静压法成型棱柱体试件, 制备了100mm×100mm×400mm的梁式试件, 在标准的温度25℃和湿度50%左右的条件下养护7天后, 将饱水后的试件表面水擦干, 按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 (JTG E51-2009) 的规定, 放置在自制的干缩仪上进行干缩试验, 具体步骤如下:
①检测:从移入干燥室的时间起计算, 读记千分表读数, 第1天为6小时一次, 第2~5天为12小时一次, 之后24小时一次, 直到含水量基本不变为止。
②用毛巾将饱水后的试件表面可见自由水擦干后, 用游标卡尺测定其初始长度, 并称取试件的初始质量;该过程注意轻拿轻放, 不要使试件损失质量。
③收缩仪连同试件一起放入干缩室。用快干胶粘贴小玻璃片在试件的顶端, 将千分表头顶到试件的玻璃片上, 使表针走动到较大值, 待所有试件架好后归零。
④从移入干缩室的时间算起, 在开始试验的一个星期内, 每天读数1次, 记下每个试件的每个表的读数, 并称量标准试件的质量;7天后每2~3天读一次数, 至30d后。60d、90d读数, 结束干缩观测, 将试件放入烘箱内烘至恒重;取失水前后千分表的读数差及试件的质量差计算干缩应变及失水率。
⑤利用测得的干缩量和相应的水分损失量进行计算。
2 水泥稳定钢渣碎石干缩性影响因素
2.1 含水量对干缩性能的影响
按骨架密实型级配进行干缩试验, 钢渣和碎石比例为60:40, 按各粒级通过率取中值, 见表1。
试验组合见表2, 不同水泥剂量下的最佳含水率———最大干密度曲线图见图2, 5.0%水泥含量下不同含水量的干缩试验结果见表3。
由图3可以看出, 随着含水量的增大, 干缩应变增大;含水量减少, 干缩应变减小。但随着时间的推移, 干缩应变变化不大, 这是因为随着时间的推移水分的蒸发速度减小, 最后趋于不变。由图4看出, 随着失水率的增大, 干缩系数呈增大趋势, 含水量越小失水率也越小。最佳含水量状态下干缩系数增加平缓, 含水量大, 干缩系数随着失水率的增大而增长明显。
2.2 水泥剂量对干缩性能的影响
按骨架型级配配合比A1进行干缩试验, 碎石和钢渣比例为40:60, 按各粒级通过率取中值, 如表4所示, 进行不同水泥含量条件下的干缩试验, 试验结果见表4。
由图6可以看出, 水泥剂量越大, 干缩应变也就越大;干缩系数随着时间的增长逐渐趋缓, 且不同水泥剂量的干缩应变趋于一致。由图6看出水泥剂量愈高, 干缩应变也就愈大;随着水分的散发, 水泥稳定碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大。随着水泥剂量增加, 混合料干缩系数及干缩应变增大, 水泥稳定钢渣碎石随着水泥剂量的增加抗干缩能力减弱。水泥剂量的增加使水泥与集料在有水参与下反应生成物数量增加, 凝胶孔增多, 毛细孔也相应增多, 所以整体材料的比表面积和孔隙率增大, 扩大了表面张力、吸附力及分子间力以及层间水作用范围, 使材料的干燥收缩性变大。
2.3 级配对水泥稳定钢渣碎石干缩性能的影响
水泥稳定碎石混合料干燥收缩是指由于其内部含水量的变化而引起整体宏观体积收缩的现象。因此含水量是影响水泥稳定碎石混合料干燥收缩最重要的因素。它影响着材料的干缩程度和干缩规律。表征混合料干缩抗干缩能力的指标有混合料干缩应变及干缩系数。如果干缩应变过大, 则在水分散发的过程中混合料将产生过大的干缩, 在沥青层、底基层及基层板体本身的联合约束下基层本身将不能自由收缩, 从而形成混合料内部拉应力, 此拉应力, 便产生微裂缝。在车辆荷载的作用下, 微裂纹扩展, 反射到沥青面层并形成反射裂缝, 所以在混合料设计中, 应选择干缩应变及干缩系数小的混合料配合比。
选用骨架型级配配合比A1 (掺配比例碎石40%、钢渣60%, 水泥剂量3%、4%、5%) 、密实型级配配合比B1 (掺配比例碎石20%、钢渣80%, 水泥剂量3%、4%、5%) 不同水泥剂量的干缩系数, 对比这两种碎石掺量的级配形式下干缩系数的大小, 试验结果见图7。
由图7分析得知, 随着水分的散失, 水泥稳定钢渣碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大, 40%碎石掺量混合料的干缩应变和干缩系数都小于20%碎石掺量混合料。呈现上述趋势的原因是:钢渣的比表面积比碎石较大, 随着碎石的增加钢渣数量减少, 混合料的比表面积和孔隙率减少, 表面张力、吸附力及分子间力以及层间水作用范围减小了, 在宏观上表现为干缩系数的减小;适当的碎石掺量, 一定程度提高了骨架结构的密实, 混合料内部形成了更密实的结构, 颗粒之间的嵌挤力作用强, 颗粒之间约束与牵制作用大, 而且内部较小的孔隙率也限制了材料收缩的空间, 所以其干缩系数比碎石掺量少的要小。即在掺量20~40%范围内, 干缩系数的大小也是随着碎石掺量的增加而减少, 掺量40%时混合料的干缩系数最小, 可得出, 碎石的掺入, 对级配组成有很大影响, 进而进一步影响干缩系数。
3 结论
通过上述试验研究初步得出了水分、水泥、碎石掺量对干缩系数的影响规律:①随着水分的散发, 水泥稳定钢渣碎石混合料干缩应变和干缩系数逐渐增大;含水量愈大, 干缩应变和干缩系数也就愈大。②随着水泥剂量增加, 混合料干缩系数及干缩应变增大, 水泥稳定钢渣碎石随着水泥剂量的增加抗干缩能力减弱。③碎石掺量在20~40%范围内, 干缩系数的大小随着碎石掺量的增加而减少。
依据以上结果, 在水泥稳定钢渣碎石混合料设计中应选择适合的水泥剂量和碎石掺配比例, 以减少干缩对混合料性能的影响, 提高水泥稳定钢渣碎石混合料的路用性能。
摘要：本文对水泥稳定钢渣碎石不同水泥剂量、含水量、级配类型、碎石掺量的干缩试验结果进行研究分析, 得出影响水泥稳定钢渣碎石抗裂性能的关键因素以及碎石掺配的合理范围, 找出减少水泥稳定钢渣碎石基层产生干缩裂缝影响因素。
关键词：水泥稳定钢渣碎石,干缩,抗裂性能
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影响碎石变性的因素 篇7
关键词：级配,水泥剂量,强度
1 引言
水泥稳定级配碎石的强度受级配、0.075mm以下颗粒含量、水泥剂量、延迟时间、施工工艺及养护等众多因素的影响。水泥稳定碎石在我国半刚性基层的应用最为广泛,对此也进行了大量的试验研究,但在现行规范中对水泥稳定碎石的组成设计,只是强调了水泥剂量因素,而对级配没有过多的探讨。规范只是给出了颗粒组成所要求的范围,范围的上下限比较大,不利于建设方很好的去参考和施工。在此,本文特从水泥稳定碎石强度的影响因素之一——级配因素,究竟对强度影响到何种程度进行了分析,找出内在原因。以便能使广大的一线工程技术人员更好的把握,更好的运用于施工建设中。
2 水泥稳定碎石组成设计分析
2.1 原材料试验
本次试验采用郑州金龙水泥厂生产的普通硅酸盐水泥,强度等级为32.5Mpa,试验结果见下表1,从中可知水泥试验参数结果符合规定要求。对四种不同碎石分别进行筛分试验,筛分结果见下表2。
2.2 级配组成设计
本次采用具有代表性的三种不同级配进行试验,从而可以对级配因素进行分析。第一种是中值级配,采用施工技术规范所要求的级配范围中值所得的合成级配;第二种是偏上级配,采用规范中值与上边界限值所得的合成级配;第三种是偏下级配,采用规范中值与下边界限值所得的合成级配。
中值级配时,各种集料的掺配比例为:1#:2#:3#:4#=19%:28%:19%:34%;
偏上级配时，各种集料的掺配比例为：1#:2#:3#:4#=17%:22%:22%:39%;
偏下级配时，各种集料的掺配比例为：1#:2#:3#:4#=25%:30%:19%:26%。
2.3 各种级配在不同水泥剂量下的试验
分别对三种不同的级配采用4%,5%,和6%的水泥剂量进行击实试验,测得最佳含水量和最大干密度,然后按其各自的击实试验结果制备试件,每组13个。试件在规定的温度下保湿养生6天,浸水24h后进行无侧限抗压强度试验。试验结果见表4,其中和R分别为均值和95%概率值,单位为MPa,S为标准差。
3 级配影响因素规律分析
由上述的试验结果可知,各种集料的级配对强度无显著影响。但是,这只是对影响性程度的判断,也就是说采用不同的级配对强度的影响不大,而不是说级配因素对强度无影响。由表4可以看到采用不同级配,所得试件的强度也不同。其影响规律如下:
在同一水泥剂量水平下,采用不同的级配对强度的影响不显著,但是当级配和水泥剂量同时变化时,对强度的影响是非常显著的。
在同一水泥剂量水平下,采用中值级配,偏下级配,偏上级配制成试件后,95%强度概率值的大小依次减少。
随着水泥剂量的增加,级配因素对强度的影响越不明显。从表4中可以看到,当水泥剂量为4%时,采用中值级配比偏上级配大0.48MPa,当水泥剂量为5%和6%时,采用中值级配比偏上级配分别大0.16 MPa,0.03 MPa。
4 结束语
级配因素对强度的影响不显著,但水泥剂量因素以及级配和水泥剂量交互作用对强度的影响非常显著。
在工程实践中进行级配组成设计时,若强度不足时,关键是要对水泥剂量进行调整或同时调整水泥剂量和级配的方法;若对强度只是进行微调整,譬如想让强度稍微变大些,可以采用在水泥剂量不变的情况下,将级配向中值级配靠拢或者向偏下级配靠拢的处理办法。
当然,在工程的施工过程中,对强度的影响因素也是很多的,譬如施工的季节,拌和料的拌和时间及延迟时间,对其施工路段的标高控制,压实度的控制,碾压后的养生等因素,都将会对强度产生很大的影响。基层强度的偏高或偏低,究竟是哪里出现了问题,此时,需要我们工程技术人员能准确的做出判断,究竟是级配因素,还是水泥剂量因素,还是其他的因素而影响了强度值。只有准确的做出判断,才能对症下药,才能对工程质量进行很好的控制。
参考文献
[1]交通部,《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)。北京:人民交通出版社,2000
[2]交通部,《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)。北京:人民交通出版社,1994
[3]徐培华,王安玲编著。《公路工程混合料配合比设计与试验技术手册》。北京:人民交通出版社,2001