半刚性底基层（精选10篇）
半刚性底基层 篇1
无机结合料稳定类基层又称为半刚性基层或整体型基层, 它包括水泥稳定类、石灰稳定类和综合稳定类。半刚性基层具有非常明显的自身特征, 如其刚度比较大并且具有良好的整体性。半刚性基层还具有水温性优良且承载能力比较强大的优势。从经济角度来讲, 也是比较节约成本的。国外常采用水泥稳定粒料类、石灰粉煤灰稳定粒料类、碾压混凝土或贫水泥混凝土作为沥青路面的基层。
1 石灰稳定土基层
在粉碎的土和原来松散的土中, 掺入足量的石灰和水, 经拌和压实及养生后得到的混合料, 当其抗压强度符合规定的要求时, 称为石灰稳定土。用石灰稳定土铺筑的路面基层和底基层, 分别称石灰稳定土基层和石灰稳定土底基层, 或分别简称石灰稳定基层和石灰稳定底基层, 也可在基层或底基层前标以具体简名, 如石灰土碎石基层、石灰土底基层等。
石灰稳定土具有良好的力学性能, 并有较好的水稳性和一定的抗冻性, 它的初期强度和水稳性较低, 后期强度较高;但由于干缩、冷缩易产生裂缝。石灰稳定土可适用于各类路面的基层和底基层, 但不宜用作高级路面的基层, 而只用作底基层。
在石灰稳定土基层施工中, 为避免该层受弯拉而断裂, 并使在施工碾压时能压稳而不起皮, 其层厚不宜小于100mm。为便于拌和均匀和碾压密实, 用12~15t压路机碾压时;压实厚度不宜大于150mm;用15~20t压路机碾压时, 压实厚度不应大于200mm, 且采用先轻后重进行碾压。石灰稳定土基层施工在最低气温0℃之前完成, 并尽量避免在雨季施工。
1.1 路拌法施工
按规范规定对拟施工的路段进行验收, 凡验收不合格的路段, 必须采取措施, 使其达到标准后, 方能在上铺筑石灰稳定土层。在底基层或土基上恢复中桩, 直线段每15~20m设一桩;平曲线段每10~15m设一桩, 并在对应断面的路肩外侧设指示桩。在两侧指示桩上用红漆标出石灰稳定土层边缘的设计高程。
采备集料前, 应先将树木、草皮和杂土清除干净, 并在预定采料深度范围内自上而下采集集料, 不宜分层采集, 不应将不合格材料采集在一起。如分层采集集料, 则应将集料分层堆放在一场地上, 然后从前到后, 将料运到施工现场。料中的超尺寸颗粒应予筛除。计算各路段需要的干集料量。根据料场集料的含水量和运料车辆的吨位, 计算每车料的堆放距离。根据石灰稳定土层的厚度和预定的干容重及石灰剂量, 计算每平方米石灰稳定土需用的石灰数量, 并计算每车石灰的摊铺面积, 如使用袋装生石灰粉, 则计算每袋石灰摊铺面积。
预定堆料的下层在堆料前应先洒水, 使其湿润, 不应过分潮湿而造成泥泞。集料装车时, 应控制每车料的数量基本相等。在同一料场供料的路段, 由远到近将料按计算的距离卸置于下承层中间或一侧。卸料距离应严格掌握, 避免料不够或过多;料堆每隔一定距离应留一缺口;集料在下承层上的堆置时间不应过长。通过试验确定集料的松铺系数。
在进行拌合时, 要对含水量进行详细的检查。在操作中要采取喷管式洒水车进行补水工作, 使其含水量达到所需要的规定值, 洒水段应长些。在进行拌合的过程中, 需要机械紧跟洒水车后面进行施工作业, 由于水分在纵坡时流失会很很严重, 所以需要拌合机械与洒水车进行紧密的配合。拌和完成的标志是混合料色泽一致, 水分合适均匀。
1.2 中心站集中拌和 (厂拌) 法施工
石灰稳定土集中拌和有利于保证配料的准确性和拌和的均匀性。集料的最大粒径和级配都应符合要求, 必要时, 应先筛除集料中不符合要求的颗粒。配料应准确, 在潮湿多雨地区施工时, 还应采取措施保护集料, 特别是细集料和石灰免遭雨淋。在正式拌制稳定土混合料之前, 必须先调试所用的厂拌设备, 使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求。集料的颗粒组成发生变化时, 应重新调试设备。应根据集料和混合料的含水量, 及时调整向拌和室中添加的水量, 拌和要均匀。已拌成的混合料应尽快运送到铺筑现场。如运距远、气温高, 则车上的混合料应加以覆盖, 以防水分过多蒸发。下承层为石灰稳定土时, 应先将下承层顶面拉毛, 再摊铺混合料。摊铺应采用稳定土摊铺机、水泥混凝土摊铺机摊铺混合料。
2 水泥稳定土基层
用水泥稳定土铺筑的路面基础和底基层, 分别称水泥稳定 (土) 基层和水泥稳定 (土) 底基层。也可以在基层或底基层前标以具体名称, 如水泥碎石基层、水泥土底基层等。
水泥稳定土有良好的力学性能和板体性, 它的水稳性和抗冻性都较石灰稳定土好。水泥稳定土的初期强度高并且强度随龄期增长而增加, 它的力学强度还可视需要进行调整。一般可适用于各种交通类别道路的基层和底基层。
在进行水泥稳定土基层施工过程中, 要注意各个工序间进行紧密的结合与衔接, 采用流水作业法是比较合理的施工方法。在施工的过程中尤为要引起注意的是要确定合适的延迟时间。这就要求在施工中要对强度影响与延迟时间的关系做准确的试验, 以保证施工的顺利完成。
3 石灰工业废渣基层
路用工业废渣一般用石灰进行稳定, 故通常称石灰稳定工业废渣 (简称石灰工业废渣) 。它包括两大类:一是石灰粉煤灰类, 又可分为石灰粉煤灰、石灰粉煤灰土、石灰粉煤灰砂、石灰粉煤灰砂砾、石灰粉煤灰碎石、石灰粉煤灰矿渣及石灰粉煤灰煤矸石等。这些材料分别简称二灰、二灰土、二灰砂、二灰砂砾、二灰碎石、二灰矿渣及二灰煤矸石等。二是石灰其他废渣类, 可分为石灰煤渣、石灰煤渣土、石灰煤渣碎石、石灰煤渣砂砾、石灰煤渣矿渣及石灰煤渣碎石土等。用石灰工业废渣铺筑的路面基层和底基层, 分别称石灰工业废渣基层和石灰工业废渣底基层。也可以在基层或底基层前标以具体简名, 如二灰砂砾基层、二灰土底基层、石灰工业废渣, 特别是二灰材料, 具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性, 其抗冻性较石灰土高得多。石灰工业废渣的初期强度低, 但随龄期的增长幅度大。二灰土中粉煤灰用量越多, 初期强度越低。在二灰中加入粒料、少量水泥或其他外加剂可提高其早期强度。由于干缩、冷缩, 易产生裂缝。石灰工业废渣可适用于各种交通类别道路的基层和底基层, 但二灰和二灰土不宜用作高级沥青路面的基层, 而只作底基层。
摘要：无机结合料稳定类基层又称为半刚性基层或整体型基层, 它包括水泥稳定类、石灰稳定类和综合稳定类。半刚性基层具有非常明显的自身特征, 如其刚度比较大并且具有良好的整体性。半刚性基层还具有水温性优良且承载能力比较强大的优势。从经济角度来讲, 也是比较节约成本的。国外常采用水泥稳定粒料类、石灰粉煤灰稳定粒料类、碾压混凝土或贫水泥混凝土作为沥青路面的基层。在我国, 半刚性材料已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。
关键词：半刚性路面基层,底基层,施工
参考文献
[1]公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社, 1994.
[2]公路工程施工安全技术规程[S].北京:人民交通出版社, 1995.
半刚性底基层 篇2
浅析半刚性基层沥青路面早期破损
根据一些高速公路沥青路面早期破损的`调查结果,对我国半刚性基层沥青路面在设计方面存在的问题做了分析,提出了一些看法.
作 者：胡法明 作者单位：黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：32(2)分类号：U416.214关键词：半刚性基层 沥青路面 早期破损 设计
沥青路面结构层半刚性基层设计 篇3
【关键词】半刚性基层；沥青路面；设计
随着我国经济的发展，高等级路面特别是高速公路路面的结构、材料、设计、修筑、检测技术在不断进步和走向成熟。为适应交通量日益增加和车辆荷载逐渐增大的需要，半刚性基层成为当前的突出代表， 除少量水泥混凝土路面外， 高等级公路几乎全部采用半刚性基层。半刚性基层是指采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。常用的半刚性基层材料有石灰稳定土类；水泥稳定土类；石灰工业废渣稳定土类基层。半刚性路面结构具有强度高、刚度大、水稳性好等优点， 与传统的柔性基层沥青表处路面， 无论是力学特性、破坏模式都存在着明显差异。
1. 结构组合方案设计、分析
1.1土基试验及设计参数的确定。
土基的强度与稳定性直接影响道路结构性能及其使用寿命 ，为此，在工程设计时应对公路拟采用的填筑材料进行一定的物理性能、静力特性试验 ，并提供该填筑材料的物理性质试验指标、常规力学试验指标、固结排水剪三轴试验的非线性变形指标。不同路基状况的土基回弹模量设计值 ， 可根据室内试验法、换算法等 ，经综合分析、论证来确定。若该土基已成型则可按《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）的规定确定。应确保土基回弹模量的设计值不低于 30MPa ， 否则应根据具体情况掺加水泥、石灰、二灰、砂砾进行处治。
1.2结构方案选择。
1.2.1面层类型选择。
面层直接经受行车荷载和气候因素的作用 ，应具有较高的强度、刚度、耐磨、不透水和高低温稳定性，并且其表面层还应具有良好的平整度和粗糙度。除承载能力外 ，半刚性路面的行驶质量或使用性能主要取决于沥青面层 ，要求沥青面层裂缝少、车辙轻、平整、抗滑性能好和经久耐用。沥青面层能否达到这些使用要求 ，与所用沥青、沥青混合料的类型和性质以及沥青面层的厚度有密切的关系 ，应该根据各种沥青混合料的特性来选择合适的面层结构。
1.2.2基层类型及材料的选择。
基层是主要承受竖直应力的承重层。基层的强弱和好坏对整个路面，特别是对沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的基层，必须具备有足够的强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性小、平整度和与面层结合良好等基本条件。国内外的经验表明：沥青路面的整体承载力完全可以通过半刚性基层材料予以满足，沥青面层仅起功能性作用。因此，当半刚性基层达到一定的厚度时，增加沥青路面的厚度对路面整体承载力提高很少。有关资料表明沥青路面厚度从9cm增加到15cm对路面整体承载力无影响。就强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性来说应使用水泥稳定粒料。
1.2.3底基层类型及材料的选择。
底基层是主要承受竖向应力的次承重层。底基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的底基层，必须具备足够的强度、水稳定性、抗冲刷能力等基本条件。根据工程的实际情况和当地材料实际情况，可采用水稳碎石或级配碎石做底基层； 同时，作为半刚性基层和路基的过渡层。
2. 结构选择的基本原则
结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基层沥青路面实体工程设计，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。沥青面层的厚薄主要考虑道路等级交通量的影响，为此，可得出半刚性基层沥青路面典型结构沥青面层、基层、底基层厚度改变的基本原则。
（1）沥青面层总厚度控制在6～16cm。对相同交通等级，不同的路基等级，基层或底基层厚度不同；不同的交通等级，相同的土基等级要改变沥青面层的厚度。
（2）基层或底基层厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最小。
（3）不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价因素。
（4）材料选择应结合当地实际，基层一般采用水泥稳定粒料，底基层则采用水泥稳定粒料或级配粒料。
3. 结论
通过实际工程的调查、测试、分析和总结，提出高等级公路半刚性基层沥青路面结构设计注意事项。（1）选择典型结构时应根据土基、交通量状况及路面使用材料确定典型结构。（2）面层宜采用中粒式沥青混凝土。（3）基层宜采用二灰碎石或水泥稳定粒料。（4）从施工最小工序数 ，公路投资最小的角度考虑 ，尽可能通过改变底基层厚度来满足结构强度要求。
参考文献
[1]《高等级公路半刚性基层沥青路面》人民交通出版社 1998.
半刚性底基层 篇4
水泥:用于水泥稳定碎石 (底) 基层类结合料的水泥, 宜采用强度等级为32.5或42.5的硅酸盐水泥。
集料:用于水泥稳定碎石 (底) 基层中的碎石应质地坚硬、洁净且有良好的级配。其最大粒径底基层不超过37.5 mm, 基层不超过31.5 mm, 碎石颗粒接近立方体, 针片状颗粒含量控制宜艽15%;集料应选择质地坚硬、耐久、洁净且具有良好级配的材料。
拌合水:用于水泥稳定碎石 (底) 基层混合料拌合, 采用饮用水即可。
2 现场质量控制
2.1 施工准备
施工工艺:准备下承层→施工放样→培路肩 (立模板) →混合料拌合→混合料运输 (覆盖) →摊铺整形→碾压→检测→覆盖养生→取芯验收;检查机具、人员、试验设备是否能够进场并满足施工条件;检查按设计要求进行横向排水、电力管道的开挖埋设;试验段总结:拌合方法, 机具组合, 最佳施工长度, 松铺厚度, 压实度检验, 碾压遍数。
2.2 下承层检查
路床验收严格依据《公路工程质量检验评定标准》 (JTJ F80/1-2004) 对水泥稳定碎石 (底) 基层的下承层进行验收, 表面密室、平整、无松散;底基层施工前, 洒水湿润欲施工路床, 并用20 T胶轮压路机碾压2遍, 以消除路床表面松散现象。底基层与下基层、下基层与基层层间应喷洒适量的水泥浆, 确保层间的完好连接;水泥浆的喷洒量满足设计规定 (1.2～1.5 kg/m2) ;水泥浆撒布长度以不大于摊铺机前20 m为宜, 水泥浆洒布量要均匀、不得出现花白块现象。
2.3 施工放样及立模检查
下承层验收合格后, 恢复路床中桩、边桩;对路床高程进行复测, 根据实测标高与设计结果比对, 出现正误差的必须用平地机刮除。根据标高确定底基层的松铺标高, 用钢丝绳作出标高带, 每5 m为一控制点;合格后进行下一道工序施工;立模底基层的两边均采用钢模立模, 外侧用三角架支撑牢固, 宽度每20 m—复测, 松铺厚度用标高带与锥形螺丝刀联合控制。
3 混合料的拌合、运输
混合料拌合必须采用集中场拌施工, 原材料进场后及时进行自检, 监理抽检, 经检验合格的材料方可用于工程中。为了保证混合料的强度, 在拌制过程中按照生产配合比批复确定的灰剂量和含水量进行试拌, 出场混合料灰剂量宜高出配合比0.5%, 含水量宜高出配合比0.5～1.0%控制;干燥施工条件含水量控制高出最佳含水量1.5%;含水量超过2%的混合料应废弃。
施工运输过程中尽量避免车辆颠簸, 减少混合料离析, 对于夏季施工时, 有时气温较高应加盖毡布, 防止水分散失, 如果气温超过30℃, 在下午2～4点之间尽可能避免施工, 减少混合料的水分散失。对运输车辆碾压松散的路床应指派专人进行及时处理, 确保施工段路床密实、完好。
4 摊铺整形
混合料摊铺前宜在下承层上洒少量的水以潮湿路面, 防止因下承层干燥吸收混合料的水分。
在摊铺过程中采用机械摊铺, 应控制好松铺厚度、横坡度、纵坡度、压实度等。摊铺机工作时夯锤应开至适宜限位, 以保证混合料摊铺密实度达到80%以上, 表面平整、密室。应设专人指挥运料车向摊铺机内卸料, 摊铺机一侧钢丝绳引导高程控制自动找平, 调整好传感器与控制线关系, 严格控制厚度和高程, 保证路拱坡度要求。
已摊铺路段须及时碾压。摊铺机行进中应运速前进, 收料斗内始终保持一定量的混合料。运料车辆卸料时应在摊铺机前20 cm处空挡停靠, 由摊铺机前进推动行驶, 杜绝运料车辆卸料时碰撞摊铺机影响平整度。施工缝的处理, 采用方木、钢钎固定, 层间的横向施工缝应错开。
5 碾压
根据试验段混合料碾压成型确定混合料摊铺层松铺厚度, 合理配置碾压设备、碾压遍数及碾压长度。压路机碾压采用先低后高的顺序, 从边至中, 呈梯形队形碾压, 先轻后重, 一段碾压5～6遍, 最后用胶轮收面。边部必须采用小型夯机进行处理。
6 洒水覆盖养生
每一施工作业段碾压成型并经检验合格后应及时进行覆盖养生。养生采用湿润的无纺土工布或麻片覆盖在碾压成型的 (底) 基层顶面, 两小时后喷雾洒水, 7天内 (底) 基层顶面保持湿润。7天养生期间顶面不能出现泛白现象, 否则必须返工处理;28天内正常养生, 养生期间应定期洒水。如条件许可, 7天养生期结束后基层顶面直接做下封层, 防止基层干缩开裂。
7 结语
经12.5 km碾压成型的半刚性 (底) 基层工程质量验收表明:细集料0.6 mm以下颗粒通过率越少越好, 水泥剂量设计底基层为3.0%、基层为3.5%。砂当量艹40%的细集料用于水泥稳定碎石混合料的拌合、碾压, 运用目前现有施工设备在适宜条件现场压实度代表值可达到98%以上;正常施工技术水平和管理条件施工过程中混合料级配、水泥剂量、含水率可控制在设计范围内;7天龄期取芯芯样完整、密实且能满足层间连续取出实体芯样, 其芯样强度与室内成型试件无侧限抗压强度基本吻合。现场以标段施工路段进行评价裂缝间距为40～90 m, 其裂缝数量明显减少。
摘要：结合郑新黄河大桥抗裂型半刚性 (底) 基层施工及所施工 (底) 基层路段验收情况, 从材料选材、配合比设计、施工质量等控制措施进行分析、总结。
关键词：半刚性 (底) 基层材料选材,配比设计,施工质量控制
参考文献
[1]公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG E51-2009[S].2009.
半刚性底基层 篇5
关键词：沥青路面;半刚性基层;病害成因;防治措施
半刚性基层沥青路面在交通荷载的反复作用下，裂缝会扩展到沥青面层而形成反射裂缝，结果可能会导致路面强度明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和喷浆现象。这种现象会导致这些裂缝两侧的沥青面层碎裂，从而破坏路基的强度和稳定性，影响沥青路面的使用性能，导致路面过早地破坏。因此，有必要采取切实有效的技术措施防治或延缓沥青路面开裂和反射裂缝的产生，并对已发生的裂缝进行处治，使半刚性基层沥青路面在技术上更合理、经济上更有效，以适应我国城市道路事业迅速发展的需要。
1.半剛性基层沥青路面损坏原因
目前，我国修建的沥青路面通常采用的结构组合设计是强基薄面。但由于各地的施工水平不同及环境温度变化和水损害等因素的影响，导致半刚性基层沥青路面出现很多病害问题，致使其承载能力下降。总体来说，出现的病害问题分为：结构性破坏和非结构性破坏。其中结构性破坏分为翻浆、龟裂和结构性辙槽。非结构性破坏分为裂缝和变形。
1.1龟裂
龟裂现象一般表现为路面被一些相互小错的小裂缝分割成外表似龟纹小块，这些裂缝的宽度一般在3mm以上10cm以内。龟裂可以总结为局部网裂的延续，当路面由于整体强度不足而在大负荷行车的情况下出现疲劳裂缝时，这些裂缝并未得到及时护养，在雨天行车时，路面上高速行驶的轮胎会产生很强的“泵吸”作用，雨水渗入基层而导致其材料损失，长此以往，逐渐使裂缝加剧，最终形成了龟裂。
1.2车辙
半刚性基层路面的沥青混合料属于弹塑性材料，当路面的荷载较高，气候温度较高时，两者的共同作用会致使沥青路面在沿车轮轨迹的方向产生变形，即纵向带状的辙槽，称为车辙。由于沥青材料的特殊性，使得车辙成为该路面特有的病害。一旦出现较为严重的车辙，处理办法只能铣刨后重铺沥青面层。
1.3裂缝
在沥青路面的使用过程中由于负荷气候等问题容易出现各种类型的的裂缝，较小的裂缝基本上对路面的使用功能不会产生很大影响，但是若不及时给予重视，就会使裂缝加剧，最终导致路面的使用寿命缩短。常见的裂缝有以下几种：
（1）横向裂缝。横向裂缝与道路的中线垂直，一般能够贯穿路面，深度较大，可以贯通整个结构层。
（2）纵向裂缝。相比横向裂缝而言，纵向裂缝数量较少，他与道路的中线大致呈平行状态。多出现在旧路加宽的结合部位，新旧路面的交错等部位，且长度较长。
（3）块状裂缝。块状裂缝的外形与龟裂相似，形状不规则。路面材料受到气候温度的变化而发生热胀冷缩时常常会产生块状裂缝，在某些情况下，横纵裂缝的交错也可能引起块状裂缝。
引起半刚性基层沥青路面病害产生的原因主要有几点。
（1）从半刚性基层沥青路面的材料方面来说，其基层中材料的颗粒较细，粗集料较少，且该材料具有热胀冷缩的性质，当温度的变化范围超出材料的拉力范围时，路面容易受到温度的影响而产生裂缝。目前，半刚性路面的施工工程中较多采用的是砂砾，且砂砾的配级缺少严格的控制，为提高路面的强度，在施工时倾向于提高水泥的含量，这虽然提高了路面的强度，但也使路面变脆，造成裂缝。
（2）沥青路面的基层厚度较薄，容易引起反射裂缝。一般来说，当沥青路面基层厚度大于18cm时，将能有效地缓解路面的裂缝情况。
（3）施工质量。施工碾压时的压实度以及护养情况都会影响裂缝的产生。
2.解决半刚性基层沥青路面开裂问题的方法措施
2.1加强施工技术的科学性与先进性
施工的环节是极为重要的，施工质量的好坏直接影响着公路的使用寿命。因此，在施工的过程中，施工单位要严格按照相关的规程规范来进行公路的建设，做到科学施工。而且施工质量把关一定要严格，比如由于振动压路机产生的微小裂缝就一定不能忽视，而且要及时将这些裂缝处理掉，以免日后留下质量隐患。同时，施工技术的先进性和适用性一定要有保障，要使用最为先进的施工设备，如使用新型的抗离析摊铺机械、配备专业的工程技术人才和施工作业人员，以此来确保施工各阶段的科学性与先进性，才能极大地减少以后公路的开裂。
2.2对各个层面采取针对性的方法措施
在采取措施解决开裂问题之前一定要做好对裂缝程度的勘测工作，可采用一些高新技术手段来勘测公路各个结构层的开裂情况，然后再进行解决。首先，要解决路基的开裂，路基作为公路的根本，必须要保证其足够坚固。路基发生开裂多半是由于路基填筑的不均匀、不平整、不密实，那么在以后的使用过程中就会发生塌陷问题，因此，可以对路基进行填方补压、填前碾压措施，也可采用组合式碾压技术，通过对路基持续不断的碾压来使得路基足够均匀、足够坚固，那么在公路投入使用以后就会减少路基沉降的次数，这样可以在很大程度上减少路基开裂的现象。其次，对于底基层的开裂问题，一般也是由于施工过程中不仔细、偷工减料、施工质量差而导致的。而且以前的底基层材料往往是一些水泥土或石灰土等材料，这些材料不仅强度达不到要求，而且经过碾压后极易产生裂缝，所以，使用这种材料作为底基层必然会产生大量的裂缝，因此，要更换底基层的使用材料，可以采用骨架密实结构水泥材料来确保材料足够的稳定。再次，针对沥青路面层的开裂问题，就要更换施工机械，以往在进行路面碾压的时候都是使用的振动压路机，这种振动压路机会引起路面的开裂，而且在日后受到温度、荷载力的影响，裂缝会逐渐增大。因此，在选择碾压机械的时候就要选择那种不易使路面产生裂缝的机械。另外，在碾压路面的时候可同时使用多台碾压设备共同工作，压实的次数增加了，那么压实的效果也会很显著，有利于预防路面的开裂现象。
2.3优化对公路的选线与设计工作
公路在选线的时候要综合考虑当地的水文地质条件、考虑温度的影响，建设公路要避开容易发生滑坡、泥石流的地区，避免自然灾害对公路的损害。其次，公路的设计要以路基的稳定性为前提，平原地区设计公路的时候要保证其有足够的填土高度，避免地下水及雨水的侵蚀，以保证路基的稳定性。对于不符合施工要求的土质，可采用换填土的方式来选择合适的路基填筑材料。
2.4使用优质的沥青材料
对于半刚性基层沥青路面来说，最关键的就是对沥青材料的选择，只有使用优质的沥青材料才能确保公路的高质量。因此，要选择优良的抗裂性沥青混合材料，这也有利于减少沥青路面的开裂问题。
3.结束语
半刚性基层沥青路面裂缝是沥青路面主要病害之一，对其进行研究和防治具有积极的意义。防治措施还有如选用优质沥青或改性沥青;在满足稳定度同时，选用针入度较大的沥青;采用密实沥青混凝土，在其表面作一封层等一些措施。减少路面病害的最有效途径是提高设计和施工水平，只有高标准的设计方案和严格的施工管理，才能从根本上提高公路的质量，同时也能够降低使用过程中的养护成本。
参考文献：
[1]JTJ034-2000.公路路面基层施工技术规范.北京：人民交通出版社，2000
[2]胡金桃、赵 杰，浅谈半刚性基层沥青路面的裂缝形成原因与预防;西部探矿工程，2006
[3]李春雷，李春香，陈光营，马亦斌.半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析[J]公路交通科技，2006
半刚性基层施工及质量控制 篇6
关键词：半刚性基层,施工,质量控制
随着国家对基础设施建设的重视和加大加快对基础设施建设政策的落实,对公路建设的投资力度进一步加大,我国公路建设正处于迅速发展阶段。而半刚性基层沥青路面仍将是我国高等级公路路面结构的主要类型。实践证明,无论是沥青路面还是水泥混凝土路面,影响其使用性能和使用寿命的最关键因素是基层的材料和施工质量。新建高速公路和其他公路产生的一些早期破坏常与基层质量不好有关。因此,半刚性基层必须具备的基本条件是:足够的强度和刚度、足够的水稳性和冻稳性、足够的抗冲刷能力、足够的抗裂性、足够的平整性以及与面层有良好的结合。在近几年的工程实践中,我们对半刚性基层的施工质量控制进行了专门的分析研究,从原材料配合比、现场施工工艺和质量控制等方面阐述半刚性基层施工质量控制。
1 半刚性基层组成材料的选择
目前我国高速公路和其他公路常用的半刚性基层为二灰稳定粒料基层、水泥稳定粒料基层、水泥粉煤灰稳定粒料基层,通过对它们的路用性能即力学性能、抗冻性能、抗裂性能、抗冲刷性能、抗疲劳性能进行分析比较。
(1)从抗裂性能来看,二灰稳定基层具有明显优势,其次是水泥粉煤灰稳定基层;从力学性能来看,水泥稳定基层和水泥粉煤灰稳定基层明显好于二灰稳定碎石基层,含粉煤灰类稳定材料的强度随龄期增长,具有较强的后期强度,尤其是水泥粉煤灰后期强度非常大。因此,建议在水泥稳定基层施工中宜适当掺加粉煤灰,有利于基层后期强度的发展。
(2)从抗疲劳性能来看,水泥粉煤灰稳定基层最好;从抗冻性能和抗冲刷性能来看,水泥稳定基层明显优于二灰稳定基层。因此,在同样材料组成下,用粉煤灰代替一定量的水泥可以改善水泥稳定基层材料的路用性能(如强度、抗冻性能、抗裂性和抗疲劳性能等)。
(3)从抗裂性能、冲刷性能考虑,北方地区主要矛盾在于温度收缩裂缝,应优先考虑抗裂性能较好的二灰稳定基层或水泥粉煤灰稳定基层;相反,南方地区冲刷更为严重,应优先考虑冲刷性能较好的水泥稳定基层或水泥粉煤灰稳定基层。
(4)对于重载交通道路,应优先考虑采用水泥粉煤灰稳定基层,其次是水泥稳定基层。
2 半刚性基层材料配合比设计
首先根据设计做出的目标配合比做验证试验。对于已进入现场的原材料进行取样,取样时一定要注意所取试样要具有代表性,从每个料堆的底部、中间、顶部均匀的抽取多组样品,到试验室做筛分试验,从中掌握该种材料的级配特点。综合多组试样的筛分结果,最后通过加权平均的方法得出最具有代表性的筛分结果,再根据给定的设计级配范围,绘制级配曲线,通过调整比例使级配曲线靠近设计级配范围的中值曲线。针对不同的混合料类型、稳定剂种类的不同,级配曲线可有其各自的倾向性,比如说二灰稳定混合料, 石灰、粉煤灰的成分占20%, 为了保证混合料的级配结构更合理, 可调整集料级配偏粗一些, 即4.75mm以上部分低于设计级配范围的中值, 而4.75mm以下部分则稍高于设计级配范围的中值,而4.75mm点应尽量靠近设计级配范围的中值。对于水泥稳定混合料, 水泥稳定剂成分相对较低, 就要求集料的级配曲线全部靠近设计级配范围的中值为宜。最后确定出各种规格原材料的比例。
3 原材料的质量控制
(1)水泥采用初凝时间3h以上和终凝时间较长(宜大于6h) 的硅酸盐水泥, 但不得使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。石灰应符合III级消石灰和III级生石灰的技术指标。粉煤灰的品质对于稳定碎石材料的强度具有显著的影响。因为在二灰类材料中,其强度大部分由石灰与粉煤灰的火山灰反应而提供,而该反应是一个缓慢的过程,这也就是为什么二灰类基层材料早期强度低的原因。而水泥粉煤灰稳定类材料的早期强度大部分由水泥水化硬化提供,粉煤灰与水泥水化产生的Ca(OH)2 所进行的二次火山灰反应,主要提供材料的后期强度。故对粉煤灰品质的基本要求为:粉煤灰中SiO2 、Al2O3、Fe2O3 总含量应大于70%,烧失量不应超过20%; 比表面积宜大于2500cm2/g (或90%通过0.3mm 筛孔,70%通过0.075mm 筛孔),干粉煤灰与湿粉煤灰都可以应用,湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。
(2)碎石的压碎值应不大于30%,针片状含量小于20%,必要时需做饱水抗压强度试验,以检验石料强度,有机质含量小于2%,硫酸盐含量小于0.25%。碎石集料级配应符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000要求。所用的碎石分成4个不同粒级,粒径分别为: 31.5～19.0 mm, 19.0～9.5 mm, 9.5～4.75 mm, 4.75 mm以下。对于高速公路和一级公路,水泥稳定碎石用做底基层时,单个颗粒的最大粒径不应超过 37.5mm,颗粒均匀系数应大于10,塑性指数不应超过12;水泥稳定碎石用做基层时,单个颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。
4 生产配合比调试及确定
拌合站的调试是控制混合料配合比的关键工序。只有经过拌合站的精确调试,才能保证各种原材料的正确输送。在目标配合比标准流量准确控制的条件下,将各种不同规格矿料通过皮带秤连续送入搅拌仓,在皮带秤不同位置上取有代表性的试样,进行室内颗粒分析。依据筛分结果,重新求得矿料合成级配,使之与设计要求的圆顺矿料级配曲线相吻合。用该矿料配合比添加结合料和水,即为半刚性基层混合料的生产配合比。
5施工质量控制
5.1 拌和站的管理
拌和站应根据试验室提供的配合比,拌制出质量合格的混合料,因此拌和站的管理主要集中在对集料、结合料剂量和用水量的管理。
(1)集料堆放场地进行硬化处理,并保证排水通畅。为防止各种集料之间相互混杂,不同集料堆之间设一定高度的隔墙,以减小材料混杂造成的级配变异。为避免发生离析,集料堆高规定不超过4m。装载机装料时,规定从料堆底部铲装,以减小堆料过程中粗料滚落造成的离析。为防止料仓间串料,料仓间设置加高隔板。料堆进行覆盖,避免雨淋。
(2)每天施工前,进行一次混合料筛分,检查其级配是否与目标配合比相符。
(3)生产时严格控制结合料剂量,加强目测,随时观察混合料有无灰条、灰团,色泽是否均匀,有无离析现象。
(4)混合料出厂含水量应比施工最佳含水量大 0.5 %～1.0 %,以补偿施工过程中水分蒸发的损失。根据集料含水量的大小、气候及气温变化的实际情况以及运距及时调整拌和加水量。
(5)拌和现场须有一名试验人员监测拌和时的含水量和各种骨料的配比, 发现异常及时调整或停止生产, 含水量应按要求的频率检查并做好记录; 各料斗应配备1～2名工作人员, 时刻监视下料情况, 并人工帮助料斗下料, 不准出现卡堵现象, 否则应及时停止生产。
5.2 混合料运输
运输混合料车辆数量必须满足拌和设备连续生产的要求, 不因车辆少而临时停工。运输车辆数量视拌和和设备生产能力、车辆的载重能力及运输时间等因素而定。在高温季节,水分蒸发快,因此运输车辆采取覆盖措施,以减少水分损失。拌和机向车厢内卸料时为减少混合料离析, 应从车前部、后部、中部分三次装料,并在出料口加设导向板,使混合料在导向板作用下落到车厢中。
5.3 试验路试铺
半刚性基层正式施工前必须首先组织试验路铺筑。通过试验路段来确定最优的施工方案、摊铺系数、含水量、作业段长度、摊铺速度及合理的压实组合等施工质量控制参数及施工组织的适应性。试验段施工时应严格按要求控制各道工艺环节,施工完毕后按规定对试验路段进行检验,检验结构层的各项技术性能。总结铺筑经验和质量控制要点,形成全面可行的技术方案文件,用以指导大面积施工。
5.4 施工工艺与质量控制要点
(1)基层下承层表面应平整、坚实,具有规定路拱,其平整度和压实度应符合规范要求,下承层低洼和坑洞应仔细填补及压实,搓板应刮除,松散浮石、杂物、尘土应清扫干净。
(2)基层摊铺现场提前做好测量挂线、下承层的清扫和湿润、恢复中线等相关工作。采用基准钢丝调平,设置支撑桩,直线段每隔10～15m、平曲线段每隔5～10m设一个桩。敷设基准钢丝并用专用工具使其张紧力不小于100kN,钢丝挠弯不超过规定值。
(3)混合料的摊铺,采用带电脑控制的、具有自动式调节摊铺厚度及找平装置的摊铺机,为尽可能避免混合料离析,采用双机梯队摊铺作业,两机相距10～15m,相邻两幅有10～20cm的搭接宽度,设专人在摊铺机后观察螺旋布料器布料是否均匀、是否产生离析、卡料或虚铺,一但发生此现象即启动全速旋钮迅速补料,严禁空仓收斗,同时避免每车料收斗一次的做法。摊铺层如出现粗料集中,局部产生粗集料窝时,应及时铲除,填补均匀的混合料进行处理。根据试验段的铺筑实践,开始时摊铺速度为2～2.5m/min,正常为3～5m/min,这样铺筑的平整度较好。
(4)基层分层施工厚度,若摊铺时松铺厚度过大,在摊铺作业中对于粗骨料较多的级配,基层底部粗骨料集中,其竖向离析很难控制。同时,粗级配结构对压实功要求高,铺层偏厚也影响压实效果。因此,通常半刚性基层的适宜厚度为18～20cm。
(5)混合料的压实,采用先静后振、先慢后快、由边向中、由低向高的原则。混合料压实组合为: 先以轻型双钢轮压路机紧跟摊铺面先静后振各1遍,再用18～20t的重型压路机继续碾压6～8遍至规定压实度,并无明显轮迹,碾压时压路机1/3～1/2错轮碾压。碾压速度为2～4 km /h。静压时速度宜慢, 一般2km/h。强振时不应超过4km /h为宜。碾压过程中,压路机换档要平顺,严禁急刹车推挤基层。为确保基层的平整度,当碾压1遍后,施工人员用3m直尺检测平整度,对于高处,采用人工铲平,再继续碾压。对于低洼处,可以先耙松约10cm,并用新拌混合料填补, 然后再行碾压。发现翻浆现象应立即停止碾压, 待翻松晒干, 或换含水量合适的材料后再行碾压。碾压过程中, 基层的表面应始终保持潮湿。若水分蒸发过快, 应及时补洒少量的水, 但严禁洒大水碾压。
(6)掺入水泥的混合料会受到初、终凝时间的影响,所以施工中要严密组织,科学控制拌和→运输→摊铺→碾压等各道工序,从拌和到碾压成型持续时间不得超过4h。
(7)半刚性基层的纵横向接缝是基层的薄弱环节,用摊铺机摊铺混合料时, 应连续施工,不宜中断,以减少横向接缝,如因故中断时间超过3 h, 应设置横向接缝。对于每天的接缝,人工将末端含水量合适的混合料整齐,紧靠混合料放两根方木,方木的高度应与混合料的压实厚度相同,整平紧靠方木的混合料,将混合料碾压密实,去除堵头方木,用3m直尺在混合料末端检查平整度,用末端垂直切割法施工横向接缝。
(8)基层碾压完成并经压实度检查合格后,应立即开始养生。上基层养生可采取在碾压结束后1～3h开始洒布透层沥青和铺筑乳化沥青稀浆下封层,以防止基层干缩开裂,同时保护基层免遭施工车辆破坏。基层施工完毕不能立即铺筑乳化沥青稀浆封层时,宜采用不透水薄膜覆盖,保湿养生。在养生期间除洒水车外,应封闭交通,7d以后方能开放交通。
6 施工过程中质量检测
试验检测是公路工程质量管理的重要环节,也是最基本的手段。科学、准确、客观的试验检测数据可以正确地指导施工,尤其在路面的施工质量控制中,显得更为重要。基层施工质量检测,按阶段分类,主要有:原材料试验、混合料检测、结构层的检测。
(1)原材料检测:
对于碎石筛分试验,压碎值、针片状每天或变换材料产地检测1次。
(2)混合料含水量、混合料级配:
每天检测1次。
(3)水泥剂量检测:
每天检测4次,如水泥剂量小于设计剂量0.5%,则该集料不能使用。
(4)压实度检测:
每2000m2抽检4处。为减少损失,压实度检测应在碾压结束后立即进行,如现场检测压实度偏小,可以在水泥终凝之前对该段进行复压。
(5)无侧限抗压试块:
现场共同取样,每天1组,9块试块件。
(6)取芯:
基层施工7d后,对基层进行取芯,通过取芯可以检查基层的压实厚度,可以直观看出混合料级配和均匀性,检查芯样各层次压实状况。将芯样加工成标准试件,测定其无侧限抗压强度。
7 结论
(1)必须对材料、混合料设计、施工、试验检测从严把关, 从根本上保证和提高半刚性基层的施工质量。
(2)在施工中必须配料准确,拌和均匀,确保混合料配合比符合设计配合比。
(3)半刚性基层施工时,应严格控制混合料含水量,使含水量接近最佳含水量,以增加压实效果。
(4)严格控制摊铺速度和摊铺厚度, 可减少混合料的离析。
(5)压实机具尽可能选用大吨位机械, 提高压实度能够充分发挥路面结构层材料强度, 减少路面结构层在行车荷载和气候因素多次重复作用下的永久变形。
(6)半刚性基层施工时,要充分认识到延迟时间的重要性。在施工中要加强工序间衔接,缩短延迟时间,以提高压实度。
半刚性基层温度收缩机理分析 篇7
不管是温度收缩裂缝还是温度疲劳裂缝，都与半刚性基层的自身温度收缩系数有着密切相关。把半刚性基层材料作为系统来研究，各种半刚性基层材料的基本组成和结构都是有固相、液相和气相组成的，只是组成不同。固相部分可以概括地认为是由组成其空间骨架结构的各种原材料矿物颗粒、颗粒之间的胶结物组成的；液相是存在于固相表面与孔隙中的水和水溶液；气相是存在于孔隙中的气体。
1 固相外观胀缩性
固相外观胀缩性是指在干燥状态下的半刚性整体材料的热胀缩性。干燥的半刚性基层材料是由以下四大部分组成：原材料颗粒中的各种结晶体、矿物及集料、经过化学反应过程而在这些颗粒之间所生成的起胶结作用的结晶体[CaCO3、Ca(OH)2·nH2O和各种水化物结晶]、经过化学反应过程而在这些颗粒之间所生成的起胶结作用的凝胶体[C-S-H、C-A-H、C-A-S-H等系列物质]。
就半刚性基层材料的主要矿物组成可分为原材料矿物和新生胶结物两大类。
1.1 石灰石：
CaO为正方形晶体，各向同性，其线胀系数αt=12.9×10-6/℃；而Ca(OH)2和Mg(OH)2结晶为扩展到二维空间的层状结构，层间为范德华力键，故热胀缩性呈各向异性，具有较大的值：沿层向αt=9.8×10-6/℃，垂直于层向αt=33.4×10-6/℃。
1.2 粉煤灰：
矿物组成主要是SiO2(40～60%）和Al2O3(20～35%）。由于玻璃体结构为空心结构，虽说SiO2和Al2O3都具有较大的热胀缩性，但整体材料的热胀缩性较小，一般αt≤8×10-6/℃。
1.3
火山灰及水泥水化反应的生成物中，C-S-H凝胶体是主要成份，它是由微小晶体组成。在微观上无序而宏观上有序的层状体，这种晶体的热胀缩性系数一般在αt=10～20×10-6/℃。
综上所述，就组成矿物颗粒而言，原材料一般具有较小的热胀缩性，其中粉煤灰的热胀缩性最小；而新生胶结物则具有较大热胀缩性。
由于组成固相复合材料的矿物具有不同的热胀缩性，但又是胶结为整体材料，所以其热胀缩性是各组成单元体间相互作用的“综合效应”。由于各颗粒单位的收缩必然引起内应力，所以可作如下假设：
(1)半刚性基层材料作为一整体；
(2)收缩时无裂纹产生；
(3)颗粒的收缩与整体收缩相同；
(4)半刚性基层材料的整体收缩性各向同性；
(5)所有内应力能变为压应力或拉应力。
在上述的假设下，则每个固相单元所受应力为：
式中：Fi———材料单元i体积弹性模量，Fi=Ei/3(1-2μ);
Ei———材料单元i弹性模量；
μ———材料单元i泊桑比；
βr———材料的平均体积热胀缩系数；
βi———材料单元i的体积热胀缩系数；
△t———温度差。
由假设(2)，对整体而言，所有内应力总和应为零，即：
式中：V1、V2、…Vi———是各单元的体积率，即：Vi=Wi/ρi;
Wi———单元的重量；
ρi———单元的密度。
所以有：
根据假设(5)，整体材料为各向同性，所以βr=3αr，于是式（3）可以化为：
式中：αr———半刚性整体材料的热胀缩性系数；
αi——材料单元i的线热胀缩系数;
其它符号意义同上。
由分析可知，影响半刚性固相材料收缩性的主要因素有各组成矿物的单元、结构刚度、各组成单元的热胀缩性。因而，改善半刚性基层材料的组成单元的比例及整体材料的作用影响程度，可以改善整体半刚性基层材料的热胀缩性能。
2 水对热胀缩性的影响
半刚性基层材料内部广泛地分布着孔隙，包括大孔隙、毛细孔和凝胶孔。
(1)毛细孔为颗粒之间未被胶结物所填充的空间部分以及粒料矿物与结合料之间由于干燥收缩、温度收缩不同而留下的微间隙；
(2)大孔隙为颗粒间所留有的比毛细孔大的空间；
(3)胶凝孔是由火山灰反应所生成的水化物（C-S-H、C-A-H）内部和碳化反应、Ca(OH)2结晶反应生成物内部所留微孔隙总称。
毛细孔中的水与大孔隙中的水与普通状态下的水有一定区别，主要是其冰点低于普通状态下的水。冰点降低的原因有以下两个：
首先是半刚性基层材料中的毛细水实质是水溶液，根据物理化学理论，其冰点下降的规律是：
式中：kf———水溶液的冰点下降常数；
t0———水的冰点;
t——溶液的冰点；
m———溶液摩尔浓度。
其次是毛细管内水呈弯液面，使水承受与毛细管半径成反比的外压力△p，压力的变化引起平衡温度的变化，这种冰点下降可用Volmer公式解释：
式中：t———冰点；
σ———冰与水界面的表面张力；
m———冰摩尔质量；
r———毛细孔半径；
Q——冰的摩尔溶解热；
d———冰的密度。
由Volmer公式可知，毛细管直径越小冰点越低。半刚性基层材料中的胶凝孔中的毛细水，其半径为（15～30）×10-10m范围，冰点为-73～-78℃。
水是极性分子，存在于大孔隙、毛细孔及凝胶孔中的水对半刚性基层材料的热胀缩性影响，主要通过三种作用而实现的，即扩张作用、毛细管作用和冰冻作用。
2.1 扩张作用
水本身的胀缩系数比半刚性基层材料骨架的大得多，温度升高时，水膨胀后的扩张压力使基层材料微粒间距离增大。假定其增大范围仍在范德华力和化学键力影响范围内时，温度下降时扩张力消失，使材料颗粒又靠拢，宏观上反映出收缩现象。当温度继续下降时，水的收缩比半刚性基层材料的收缩大，水与固相间的吸附，也同样使半刚性基层材料整体收缩增加。当温度下降到该毛细孔中溶液的冰点以下，水结冰体积增加9%，反而出现膨胀现象。
2.2 毛细管水的表面张力作用
孔隙中毛细管水张力作用从两个方面影响半刚性基层材料的热胀缩性。
(1)温度变化引起的作用
根据Guggenheim关系式：
式中：σ———表面张力；
tc———临界绝对温度，对一定液体为常数；
t———温度。
上式表明，温度下降使毛细管水表面张力增加，从而引起材料收缩性增加。
(2)毛细管中弯液面曲率半径变化引起的作用
由物理化学和胶体理论可知，在毛细管中弯曲液面的内外存在的压力差△p，可由拉普拉斯公式求得：
式中：△p———弯曲液面内外压力差，凸面为负，凹面为正，方向指向液面外；
r1、r2———分别为弯液面主曲率半径；
σ———液面表面张力。
当曲面近似为圆曲面时，r1=r2=r，则：
在每一段弯液面中△p都和毛细管壁发生作用，以拉压的形式作用于管壁上，使半刚性基层材料产生膨胀或收缩。
2.3 冰冻作用
各孔隙中的水在其相应的冰点温度以下冻结时，体积增大9%，从而引起材料膨胀。
3 影响温度收缩的因素
固相半刚性基层材料的热胀缩性和水对半刚性基层材料的热胀缩性影响的分析表明，影响温度收缩的因素主要有以下几个方面：
3.1 含水量的影响
在其他条件相同时，热胀缩性随含水量的变化，在干燥和饱水情况下有较小值，而在非饱水含水量下有较大值，但这种水的影响因材料类型不同而使影响其值的程度不同。
3.2 集料含量的影响
由式（4）可知，热胀缩性系数随集料含量的增加，越来越接近集料的胀缩系数。因此对于集料胀缩系数小的半刚性基层材料增加集料含量起降低收缩系数的作用，而对于集料胀缩系数大的半刚性基层材料增加集料含量起提高收缩系数的作用，称此种作用为“趋近”作用。
3.3 水泥剂量的影响
水泥剂量的增加使半刚性基层整体强度和刚度增加，对各组成材料颗粒的约束和牵制作用力增大，使材料整体温度收缩值变小，称此作用为结构性影响作用过程。
3.4 温度的影响
半刚性基层材料热胀缩性随温度的降低而有所降低，但是由于水的作用，对于干燥、饱水、半饱水状态下，温缩系数随温度的降低，其变化规律有所不同。
4 结语
半刚性基层裂缝主要为温缩裂缝和干缩裂缝两大类。要使半刚性基层的收缩变形量减小，就必须尽可能地使结合料（二灰或水泥浆）存在于集料框架内，而集料是否能较好地形成框架，框架是否稳定，是否具有足够的抵抗二灰或水泥浆收缩变形的能力，则成为减少半刚性基层收缩变形的先决条件。
摘要：半刚性基层材料是由固相(矿物颗粒、颗粒之间的胶结物)、液相(水溶液)和气相(气体)组成的,其温度收缩主要由固相、液相引起的,其中液相的水是通过“扩张作用”、“毛细管张力作用”和“冰冻作用”三个作用过程对半刚性基层材料的热胀缩性产生影响,而且半刚性基层材料温缩性主要受组成材料的矿物成分、含水量、最大干密度、空隙率、龄期、结构强度等的影响。
关键词：半刚性基层,温度收缩,机理,胀缩性,固相,液相
参考文献
[1]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面.北京:人民交通出版社,1998.9.
[2]张登良,郑南翔等.半刚性材料抗裂性能研究之二.西安公路学院科学技术报告,1988.6.
半刚性基层沥青路面裂缝成因分析 篇8
关键词：半刚性基层,反射裂缝,应力强度
1 沥青路面裂缝应力分析
1.1 结构性裂缝
沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下, 半刚性基层材料的应力大于材料的抗拉强度时, 半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下, 底部的裂缝会逐渐扩展到上部, 并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层, 可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小, 甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力, 这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。
1.2 低温收缩裂缝
沥青材料在较高温度条件下, 具有良好的应力松驰性能, 温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力, 但当气温大幅度下降时, 沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力, 当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长, 混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的, 面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度, 沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时, 裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限, 收缩受路面结构的相互约束小, 所以低温裂缝主要是横向的。
1.3 温度疲劳裂缝
这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳, 使沥青混合料的极限拉伸应变 (或劲度模量) 变小, 加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松驰性能降低, 最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。
1.4 面层温度应力分布分析
在面层和基层均无裂缝的情况下, 在沥青面层中产生的温度应力分布是这样的:一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间, 不是瞬时完成的, 而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同, 始终有温度差, 即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚, 表面温度与底部温度差愈大, 层间温度梯度也愈大。另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加, 面层内的应力随深度而很快减小, 同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂, 随着持续低温或另一次降温, 在裂缝尖端会产生较大的应力集中, 使裂缝向下延伸并逐渐下的半刚性基层已经开裂, 并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移穿透整个沥青面层, 由于面层底部与基层表面的粘结作用, 裂缝呈现上宽下窄现象。
2 半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
2.1 由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝
通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层车辆荷载引起的路面结构在裂缝处的差动位移, 水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。冬季或在寒冷地区, 在结合得好的沥青面层下, 开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变, 由于在较低温度下沥青面层通常较硬, 它只能承受小的拉应力或拉应变, 因此容易被拉裂, 并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄, 反射裂缝形成的愈早和愈多。
2.2 由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
对于新铺的半刚性基层, 随着混合料中水分的减少, 要产生干缩和干缩应力;水分减少得愈多愈快, 产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层, 在较薄沥青面层的情况下, 半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂, 并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合, 反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下, 由于温度应力在表面最大, 基层的裂缝将促使面层先从表面开裂, 然后逐渐向下传播形成对应裂缝。因此, 面层有一个临界厚度。面层厚于临界厚度时, 裂缝将主要从表面开始;薄于此临界厚度时, 裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。
2.3 由水泥稳定土的膨胀性化学腐蚀开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
这种情况发生的主要原因是地下水总的硫酸盐等侵蚀物质与水泥中的某些物质发生交替反应, 生成一种新的盐结晶, 造成水泥稳定土体积开裂或引起破坏。
3 影响裂缝产生的主要因素
3.1 沥青及沥青混合料的性质
沥青路面所铺筑沥青混合料主要由沥青结合料、粗集料、细集料和矿粉等多种成分组成的复合材料。在混合料组成中, 由于材料质量的差异和数量的多少, 可形成不同的组成结构, 表现为不同的物理力学性能。沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因, 沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素, 沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中, 影响更大的是温度敏感性, 温度敏感性大的沥青更容易开裂。
3.1 基层材料的性质
基层材料的收缩性愈小, 面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的, 基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。
3.3 气候条件
极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环数次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。
3.4 交通量和车辆类型
半刚性基层中的最大拉应力, 通常是由最重的车轮荷载产生的;并且对于半刚性路面, 不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系, 而是约为16次方的关系, 即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着决定性的作用。
3.5 设计原因
(1) 结构设计不合理。如基层厚度不够, 面层分层及材料配合比设计不当, 面层厚度不合理。
(2) 路面、基层、底基层排水设计考虑不周。
(3) 路面所处段土质和水文情况与实际出入较大, 使得路面设计参数不符合实际。
(4) 地基处理设计不合理, 使得地基沉降未达到允许的工后沉降等。
4 结语
本章对沥青路面裂缝进行了分类, 探讨了沥青路面裂缝产生的主要因素, 得出如下结论:尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的, 但由行车荷载作用产生的结构性裂缝、由沥青面层温度变化产生的温度裂缝、由基层裂缝的向上反射产生的反射裂缝是沥青路面开裂的主要原因。
参考文献
[1]徐建成.沥青混凝土路面裂缝成因分析[J].交通科技与经济, 2004, (06) .
[2]杨美荣.沥青路面水损害原因及其防治措施研究[D].西安建筑科技大学, 2006.
[3]李秀飞.沥青路面层间剪力及变形性能研究[D].大连海事大学, 2008.
半刚性基层材料强度形成机理研究 篇9
1 半刚性基层强度形成原理
混合料经过复杂的物理化学反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙胶凝物质,使固相颗粒胶结起来,其具体过程如下。
1.1 石灰在水溶液中的电解作用
熟石灰的主要成分是Ca(OH)2,Ca(OH)2在水中可溶解并发生电解:
这一过程提供了大量的Ca+和OH-离子,使混合料液相的PH值升高,这是其它反应的基础。Ca(OH)2虽是强碱,但在水溶液中由于离子间的相互吸引,使它表现出一定的电离度,电离度随着Ca(OH)2溶液浓度的减少或温度的升高而增加。
1.2 石灰的结晶作用和碳化作用
消石灰Ca(OH)2掺入粉煤灰中,由于水分较少,只有少部分离解,还有少部Ca(OH)2进行化学反应,绝大部分饱和Ca(OH)2在二灰中自行结晶,其化学反应如下:
Ca(OH)2+nH2O→Ca(OH)2·nH2O
由于结晶作用,Ca(OH)2由胶体逐渐成为晶体,这种胶体能够互相结合并与粉煤灰合起来形成共晶体,把粉煤灰胶结成整体。晶体Ca(OH)2·nH2O与不定形的Ca(OH)2相比,溶解度几乎小一半,因而二灰混合料的稳定性得到提高。所谓碳化作用就是Ca(OH)2与CO2起反应,其化学反应为:
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
CaCO3是坚硬的结晶体,具有较高的强度和水稳定性,它对粉煤灰的胶结作用使煤灰得到了固化。由于C02可能由混合料的孔隙进入,也可能由粉煤灰自身产生,二灰的表层碳化形成的硬壳阻碍CO2进一步进入,因而Ca(OH)2的碳化作用相当慢,它是形成二灰后期强度的原因之一。
1.3 石灰与粉煤灰的火山灰反应
石灰粉煤灰间的火山灰反应是二灰混合料强度形成的主要原因,也是固化粘聚力的主要来源,在二灰混合料中,随着时间的推移,石灰与粉煤灰间的火山灰反应逐步增强。
石灰水化形成的Ca(OH)2溶胶使得粉煤灰玻璃体表面的SiO2、A12O3缓慢溶解,与Ca(OH)2逐步反应生成硅酸钙、硅铝酸钙等复合物。当体系生成物浓度达到一定值时,他们便互相咬合形成网状结构,进而形成凝胶,此时,尽管体系中仍有大量的水分存在,但它们已被大量的网状胶粒包围而不能自由运动。上述反应都是通过离子吸附和交换而完成。如果生成物胶粒水化膜的粘滞力小于胶粒间的范德华力,就有可能把微粒间夹层水膜排挤出去,当微粒直接接触后,将形成化学键,缓慢地生成硅、铝酸的复合物和复合物结晶,新生晶体会逐渐长大、发展,形成网状结构,并逐渐脱水干涸以稳定的结晶缩合结构成为结晶整体,从而成为具有较高强度的水稳性材料。
但由于上述水化过程较为缓慢,所以其早期强度较低。这次我们试验研究了在二灰砂砾中加入水泥和氢氧化钠、碳酸钠等化学试剂后,对其早期强度形成产生的影响。
2 用化学试剂、水泥提高半刚性基层早期强度的测试成果与分析
2.1 原材料的试验分析
粉煤灰材料成份分析是一项最为基础的工作,主要包括现行规范中所规定的粉煤灰的有效成份(SiO2、Al2O3、Fe2O3)的含量、烧失量、比表面积和含水量等。现对我们所使用的电厂粉煤灰的材料成份进行分析,其结果见表1。
对电厂粉煤灰材料分析的结果表明,我们所使用的电厂粉煤灰材料的有效成份含量、烧失量及含水量都基本满足规范要求。
本试验石灰各种成分及含量见表2。
砂砾:采用本地天然砂砾,干密度为2.12g/cm3,含水量8.3%,最大粒径小于40mm,其中粒径在25～40mm的含量约40%,粒径小于0.5mm的含量约为15%。
2.2 配合比及强度试验
根据以往施工经验和有关研究结果表明,砂砾含量的多少不但影响混合料的强度,对混合料的抗裂性也有很大影响。因此,在初步试验无添加早强剂的基础上,确定二灰砂砾的最佳重量配合比,试验结果见表3和图1。
从表3和图1中可以看出:随着砂砾含量的增加,7d无侧抗压强度在增加,砂砾对强度的影响比石灰对强度的影响明显,二灰砂砾中强度的形成主要依靠级配砂砾的骨架嵌挤作用。在对上述试验结果进行比较后,结合强度特性,同时考虑经济方面的因素,推荐选择级配为10∶30∶60的二灰砂砾作为基层材料。
对拟定加入的各种不同的外掺剂、级配为10∶30∶60的二灰砂砾混合料,采用重型击实试验法,确定其最佳含水量和最大干密度,试验结果见表4。
在重量配合比为10∶30∶60的二灰砂砾混合料中,分别加入水泥、NaOH、Na2CO3后,按最佳含水量和最大干密度要求制作成10cm×10cm圆柱体试件,在温度为20±2℃、相对湿度为90%的标准养生室内养生后,强度试验结果见表5。
2.3 试验结果分析
从强度试验结果表5和表6可以看出,水泥和氢氧化钠、碳酸钠三种早强剂对二灰砂砾有明显的早强效果,早期强度7d以内都增加40%以上,尤其氢氧化钠、碳酸钠的早强效果更显著,达70%以上,而且早期强度随外掺剂掺量的增大而增大。但随着龄期的增长,作用效果逐步减少。三种早强剂提高二灰混合料早期强度其原理是:水泥掺加剂水化产生的Ca(OH)2激发了粉煤灰SiO2和Al2O3的活性,生成CSH(水化硅酸钙)和CAH(水化铝酸钙)等凝胶物,增加了二灰混合料中的凝胶物数量,从而较大地提高了二灰砂砾的早期强度;而用化学试剂早强时,化学试剂通过其电离作用产生的OH-与粉煤灰中的SiO2和Al2O3作用,生成CSH和CAH凝胶,由于外掺剂的强碱性,加快了这种化学作用过程,从而提高了混合料的早期强度。
3 试验路半刚性基层弯沉测试
试验路概况:试验路路线全长5429.00m。原路面结构为4cm沥青贯入式加砂砾石结构,路面宽度为6m;除个别路段路况较好外,原路大部分路段破损现象严重,破损形式主要表现为坑槽、网裂、剥落。试验路段路面结构见图3。
我们在试验路上对添加早强剂的二灰砂砾基层在不同龄期的强度进行了测试。试验路的配合比和碾压成型参数(干密度和含水量)来自室内试验。在施工中外加剂掺入方法:NaOH、Na2CO3溶于水中,浓度根据混合料需要加水量确定,拌和时与水同时加入;水泥可与石灰粉同时加入拌和。混合料用强制式拌和机拌和,人工摊铺,施工季节为8月份,表7是试验路各龄期的弯沉测试成果。
从测试弯沉的结果,可以看出未加早强剂的路段代表弯沉值较大,而加早强剂的路段代表弯沉值较小,而且随着早强剂剂量的增加对二灰砂砾基层早期强度的形成作用效果更明显。试验路于2007年12月竣工通车后,经历了一个冬季雨雪与荷载的作用,2008年4月初观测时,仅在个别路段发现有细短的裂纹而且没有出现其他病害。
注:Lu为代表弯沉值,Lu=L+ZaS,S—为均方差,l—平均弯沉,Za—公路等级系数。
4 结论
提出在半刚性基层中加入早强剂,通过室内试验和试验路的调查,对比分析了不同添加剂及剂量对二灰砂砾早期强度的影响,得出水泥和氢氧化钠、碳酸钠三种早强剂对二灰砂砾有明显的早强效果,尤其氢氧化钠、碳酸钠的早强效果更显著。虽然用化学外掺剂提高二灰砂砾的早期强度效果较明显,但由于价格高,会较大地增加工程造价,而用水泥提高二灰砂砾早期强度具有施工方便、材料来源丰富、增加工程费用少、较低气温下提高早强效果亦很明显的特点,因此水泥是提高二灰砂砾早期强度的最好外掺剂。
摘要：对半刚性基层材料强度形成机理进行了研究分析。
关键词：水泥,石灰,粉煤灰,早期强度
参考文献
[1]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]严家伋.道路建筑材料[M].北京:人民交通出版社,1996.
[3]J057-94,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].
[4]程新春.二灰稳定碎石半刚性基层性能的试验研究[J].合肥工业大学学报,2002.
[5]习应祥.几种常用半刚性基层材料路用性能试验研究及应用[J].长沙交通学院学报,1994.
[6]刘忠根.半刚性基层材料室内试验研究[J].吉林建筑工程学院学报,2004.
半刚性基层路面结构荷载应力分析 篇10
半刚性基层路面结构的路面模式是“强基、薄面、稳路基”, 该路面结构是在较厚的半刚性基层上铺筑较薄的沥青面层。我国的高等级公路沥青路面使用寿命普遍达不到设计年限, 短则2年~3年, 最多7年~8年就必须进行大修。普遍认为这与半刚性基层沥青路面结构设计有很大的关系[1]。因此本文进行了半刚性基层路面结构的受力分析。
1 模型构建
1.1 模型构建假设
本文采用ANSYS软件对不同条件下路面的荷载应力进行分析, 文中对模型构建的假设如下:
1) 假定构建模型的每层结构层为均匀、连续、、各各向向同同性性的的弹弹性性体[2];2) 假定每层结构层间竖向连续并且水平向可自由滑移;3) 假定路基的底面固定, 侧面与底面垂直并约束其法向位移;4) 假定轮胎与路面接触形状为矩形, 并且路面所受荷载为均布矩形荷载;5) 不计任何结构层自重对模拟的影响。
1.2 模型构建参数
矩形均布荷载尺寸为18.6 cm×19.2 cm, 轴长为182 cm, 轴重分别为25 k N, 30 k N, 35 k N, 40 k N, 45 k N, 50 k N, 单轴四轮双轮间距为31.4 cm, 路面宽度为3.75 m。各层结构层的计算参数取值见表1。
2 半刚性基层路面受力模拟
2.1 轴重对半刚性基层路面的影响
车辆荷载以单轴双轮为基准, 荷载由25 k N变化至50 k N, 面层参数见表1;基层厚度20 cm, 模量1 400 MPa;底基层厚度20 cm, 模量600 MPa;路基厚度取值600 cm, 模量取值40 MPa;路基泊松比为0.35, 其他结构层泊松比取值0.25。经过模拟分析, 各结构层层底应力和顶面的位移随着车辆荷载的变化曲线见图1~图4。
从图1分析可知, 路面结构层各层层底应力随着轴载加重而呈现显著增加的趋势, 并且应力增加与轴重增大两者基本呈线性关系。从图2, 图3分析可知, 路面结构中, 面层层底主要承受压应力, 基层层底主要承受拉应力, 随着轴载加重, 基层层底应力由压应力转变为拉应力。分析图4可知, 基层厚度不变时, 轴载改变但基层层底由压应力变为拉应力的位置不会改变;轴载的增加, 会导致基层承受的荷载越来越剧烈。因此, 超载、重载会导致道路的加速破坏。
2.2 基层厚度对半刚性基层路面的影响
建模荷载采用标准轴载BZZ-100[3], 面层参数及泊松比见表1, 基层模量取值1 400 MPa, 厚度取15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm四个可选值;底基层模量取值600 MPa, 厚度取20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm四个可选值。经过建模模拟, 随道路基层和底基层厚度变化各层层底应力及基层内应力的变化规律见图5~图8。
由图5可以看出, 面层和底基层底的应力随着路面基层厚度的增大而有明显的减小, 特别是上面层底, 降幅接近35%;下面层和基层层底应力随基层厚度的增加先增大后减小;同时, 在底基层的厚度和基层的厚度组合不合理的情况下, 底基层受到的层底拉应力会大于基层层底拉应力, 这种现象会极大减小道路的使用寿命。由图6可知, 基层内应力随其厚度的增加而逐渐增大, 且厚度越大, 应力变化的速率越快, 压应力转变为拉应力的位置逐渐靠下。
由图7可以看出, 各结构层的层底拉应力随着底基层厚度的增大而出现减小的现象, 其中基层的层底应力, 降幅最为明显, 超过一半。由图8可以看出, 基层内部压应力和拉应力随着底基层厚度的增加而均逐渐减小, 压应力和拉应力的分界点即应力为0的点随着底基层厚度增加而距离基层顶面高度越大, 并且如果底基层厚度过大, 会出现底基层的层底拉应力超过基层层底拉应力的现象。
2.3 路基模量对半刚性基层路面的影响
建模荷载采用标准轴载BZZ-100, 面层参数及泊松比见表1;路基厚度取值600 cm, 模量取30 MPa, 40 MPa, 50 MPa, 60 MPa, 70 MPa五个可选值;底基层厚度取值20 cm, 模量取值600 MPa;基层厚度取值20 cm, 模量取值1 400 MPa。通过建模模拟, 随道路路基模量变化各层层底应力及基层内应力的变化规律见图9, 图10。
由图9可以看出, 当路基模量不断增加时, 道路的各结构层的层底应力不断减小。同时, 由图10也可以看出, 随着路基模量的不断增加, 基层内应力曲线变得平缓, 所受到的实际内应力逐渐减小。因此, 可以通过提高路基的强度和稳定性, 来改善半刚性基层路面各结构层的受力状况, 延长道路的使用寿命。
3 结语
1) 随着轴载的增长, 半刚性基层路面结构层层底应力增加显著, 表明半刚性路面对交通荷载较为敏感;2) 基层和底基层结构层厚度增加, 各层应力均减小, 但需要对基层和底基层进行合理的厚度组合;3) 路基模量增加, 可以降低各结构层的层底应力, 同时可以提高路基的稳定性, 延长道路的使用寿命。
摘要：利用ANSYS有限元分析软件, 对半刚性基层路面进行了受力模拟, 探讨了轴载、基层厚度、路基模量等因素对半刚性基层路面结构荷载应力的影响, 得出的一些结论可为道路结构设计提供依据。
关键词：半刚性基层,轴载,荷载应力,结构设计
参考文献
[1]吕彭民.车辆沥青路面系统力学分析[M].北京:人民交通出版社, 2010.
[2]沙庆林.重载交通长寿命半刚性路面设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2011.
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