廢舊輪胎在柔性路面中的應用性能

靳亞坤

(保定市保通公路勘測設計有限責任公司)

1 引 言

加固土技術由于它的多樣性和靈活性在土木工程領域頗受歡迎。近年來,這一技術已經(jīng)被引入多種巖土應用范疇。人造纖維加固土是一種潛在的提高土體強度的有效技術。廢舊輪胎因為其自身的優(yōu)點已經(jīng)被投入實踐應用。輪胎碎屑或其與砂的混合物的應用可以將目前存在的廢舊輪胎處理難題大大減小。廢舊輪胎碎屑作為一種輕型填充材料具有許多工程優(yōu)點,當其用于公路基層或底基層時,可以改善地下排水,延長公路使用壽命。輪胎碎屑同時具有減震能力,且容易壓實成型。輪胎碎屑作為填充材料,可以改善透水性,防止過壓,減小土體垂直荷載。嘗試用廢舊輪胎加固膨脹土上柔性路面碎石和粉煤灰底基層,研究柔性路面底基層加固前后的關系。進行不同廢舊輪胎比例時碎石和粉煤灰兩種材料直剪力和 CBR值測試,從而獲得加固材料的最佳摻加量。通過進一步建立最佳摻加量時不同底基層柔性路面模型,在飽和狀態(tài)對路面系統(tǒng)進行周期荷載試驗。

2 材料與方法

2.1 材料

(1)土

本研究所用膨脹土指標 WL=66%,WP=32%,WS=12%,I.S.Classification=CH(高壓縮性粘土),OMC(最佳含水量)=23%,MDD(最大干密度)=15.69kN/m3,膨脹率為150%,飽和 CBR=2%。

(2)粉煤灰

粉煤灰指標為 MDD=13.24kN/m3,OMC=24%,WL=28%,飽和 CBR=4%。

(3)碎石

碎石指標為 WL=38%,WP=19%,OMC=12%,MDD=18.5kN/m3,飽和 CBR=8%。

(4)碎石路

碎石路滿足 MOST規(guī)范,用于基層,總計 20mm。(5)廢舊輪胎

廢舊輪胎碎屑通過4.75mm篩孔,作為加固材料。

2.2 試驗

(1)直剪力試驗

直剪力測試中,所需廢舊輪胎干燥稱重,與土均勻混合。相當于自然土飽水狀態(tài)的水含量加入土樣中,用手拌和均勻。土樣壓實到自然土的最大干密度狀態(tài)。

(2)加州承載比試驗(CBR)

廢舊輪胎碎屑加固碎石與粉煤灰材料在相同條件下分別進行CBR試驗,對所有樣本進行CBR試驗。

(3)柔性路面模型制備

柔性路面模型在一個直徑 60cm高 30cm的圓形鋼罐中制備。20cm的高度是為了放置路基,5cm底基層和5cm基層。飽水狀態(tài)土分 10層平鋪于圓形罐中,每層壓實厚度2cm,共計 20cm。路基上為混合了適宜廢舊輪胎碎屑的碎石或粉煤灰底基層,厚度為 5cm,分兩層壓實。制備好的底基層上分兩層壓實總厚度 5cm的 WBM-III層。路基層放置厚度 10mm的濕砂,供土體吸收水分。

(4)柔性路面模型詳細資料

本試驗準備了四組不同柔性路面模型。試驗中均用膨脹土作為路基,WBM-III作為基層。

表1 柔性路面模型資料

(5)周期荷載試驗

周期荷載試驗在飽水狀態(tài)進行。罐體對邊焊接兩個水口以供水。荷載通過一個 10cm的金屬圓盤置于柔性路面上。鋼罐固定于試驗儀上。5t稱量值儀與荷載盤連接。兩個精確度0.01mm的儀表置于金屬盤,用來測定荷載下的豎向位移。荷載逐步 增大,分別為 500kPa、560kPa、630kPa、700kPa與1000kPa,每一荷載循環(huán)增大,直至兩個連續(xù)循環(huán)間荷載盤無位移。荷載繼續(xù)增大,直至試件失效,并記錄最終荷載值。

(6)膨脹計量

柔性路面系統(tǒng)保持飽水狀態(tài),膨脹讀數(shù)在儀表上定期間隔記錄,記錄讀數(shù)至兩個連續(xù)讀數(shù)間無明顯變化為止。

3 試驗結果

3.1 實驗室試驗結果

直剪試驗和CBR試驗分別對不同廢舊輪胎碎屑含量的碎石和粉煤灰材料進行,以找出廢舊輪胎碎屑的最佳摻量。周期荷載試驗在最佳廢舊輪胎碎屑含量下,對碎石和粉煤灰底基層分別進行。

(1)直剪試驗結果

圖 1和圖 2中可以看出,碎石材料的粘聚力和內(nèi)摩擦角分別增大從 11.77～26.48kN/m2,36°～43°,廢舊輪胎碎屑含量均為 5%,在此含量之后開始減小。粉煤灰材料的粘聚力和內(nèi)摩擦角分別增大從 7.85～18.64kN/m2,33°～39°,廢舊輪胎碎屑含量均為 6%,在此含量之后開始減小。試驗結果表明,碎石和粉煤灰的最佳廢舊輪胎碎屑含量分別為 5%和 6%。試驗結果顯示,廢舊輪胎碎屑加固碎石材料較粉煤灰材料顯示出更好的性能。

(2)加州承載比(CBR)

圖 3中廢舊輪胎碎屑含量 5.0%和 6.0%的碎石和粉煤灰底基層料飽水 CBR值分別由 8.0增至 13.32,4.0增至8.73,因此其廢舊輪胎碎屑最佳含量分別為 5%和 6%。

圖 1 不同廢舊輪胎碎屑含量的碎石和粉煤灰材料粘聚力變化曲線

圖 2 不同廢舊輪胎碎屑含量的碎石和粉煤灰材料內(nèi)摩擦角變化曲線

圖3 不同廢舊輪胎碎屑含量的碎石和粉煤灰材料 CBR值變化曲線

(3)周期荷載試驗結果

如圖 4所示試驗結果,廢舊輪胎碎屑增強柔性路面的承載能力明顯改善。在所有應變水平中加固碎石底基層均顯示出較加固粉煤灰底基層更好的性能。

圖 4 膨脹土路基上柔性路面碎石、粉煤灰底基層壓應變與壓力變化關系曲線

3.2 廢舊輪胎碎屑加固碎石和粉煤灰底基層對比

以上分析表明,加固碎石路面較加固粉煤灰路面表現(xiàn)出更好的性能。承載能力的提高可歸結為加固底基層向路基分散荷載能力的提高。與此同時,也減小了底基層向路基傳遞壓力的劇烈程度。

4 結 論

從不同含量的廢舊輪胎碎屑加固碎石和粉煤灰的直剪力試驗和CBR試驗結果可以看出,廢舊輪胎碎屑的最佳含量分別是 5%和6%。

膨脹土路基上最佳廢舊輪胎碎屑含量的碎石底基層和粉煤灰底基層路面結構系統(tǒng)的承載力顯著提高。

本研究中,膨脹土路基上廢舊輪胎碎屑加固碎石和粉煤灰底基層柔性路面模型中,土體膨脹無明顯控制規(guī)律。

在所有應變水平中,廢舊輪胎碎屑加固碎石底基層較廢舊輪胎加固粉煤灰底基層均表現(xiàn)出更好的性能。

[1]公路工程試驗規(guī)程(GBJ92-93).2001.

[2]張登良.瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3]幸德剛.高速公路瀝青路面材料與結構[M].北京:人民交通出版社,2001.