半刚性材料（精选9篇）
半刚性材料 篇1
半刚性材料,以其整体性强、承载力高、水稳性好、收缩裂缝小的优点,近几年被作为高等级公路的基层得到了一定的应用。但是由于其早期强度低,摊铺碾压成型后,在一定时间内施工车辆在其上行驶,可导致其表面起毛、松散,甚至破坏,影响正常施工和使用质量。尤其是在低温季节,早期强度更低,限制了该结构的广泛推广应用。因此,提高半刚性基层材料早期强度逐渐引起了人们的重视。
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
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半刚性材料 篇2
交通工程12级1班 1201031101 白金磊
摘要：近几年来，随着我国公路行业发展脚步的不断加快，半刚性基层路基凭借着自身施工方便、水稳性好以及适宜的工作性能等诸多优势在公路施工中得到了广泛应用。无机结合料稳定路面具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，但具耐磨性差，因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，常称之为半刚性材料。以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层或半刚性底基层为了能够更好地将半刚性基层路基的优势发挥出来，促进我国公路建设的可持续发展，相关部门就必须对其施工技术进行不断完善。本文主要是在介绍半刚性基层原理的基础上，探讨半刚性基层的施工技术，以此来为今后半刚性路面基层的施工提供一定的参考依据。
关键词：半刚性 基层路基 施工技术
随着我国城市建设发展脚步的不断加快，公路工程项目建设也得到相关部门的高度关注。半刚性基层路基作为目前应用最广泛的一种路基形式，如何确保其施工质量也成为了相关部门所面临的一项重要工作。由于公路工程半刚性路面基层对强度和平整度均有较高要求，因此，在对其进行施工的时候，应该首先从以上两个方面出发，采取科学合理的施工方法，以此来确保整个工程的施工质量。1 半刚性基层原理 1.1 材料强度的形成原理
在任何工程的施工过程中，是否能够对材料进行科学合理的加工直接影响到工程的整体质量，半刚性路面基层施工也不例外。通常情况下，材料强度的形成与材料的掺配、拌和以及压实具有密切的联系，在以上几项操作中，材料自身会发生一系列的物理和化学反应，而材料的强度则是在反应之后形成的。半刚性基层施工过程中所涉及的材料主要是石灰稳定类材料，包括石灰土、石灰砂砾土和石灰碎石等，其强度的形成主要是石灰与细粒土的相互作用，从而使土的工程性质发生变化，这种变化可以分为两个阶段，第一个阶段表现为土的结团、本身的塑性降低，最佳含水量增大，最大密实度变小等。第二阶段就是结晶结构的形成，在这种情况下，土的整体强度和稳定性都会有所提高。从我国目前半刚性基层的施工现状来看，对于材料强度的影响因素主要包括石灰、土质的质量与剂量，同时，材料的养生条件如何也会在一定程度上影响到材料的强度和稳定性。1.2 材料缩裂特性
虽然半刚性基层施工所选用材料的强度能够在一定程度上满足工程的建设需求，但是，也同样存在着一些不足之处，比如说材料的缩裂特性。通常情况下，这种缩裂特性都是由于材料本身抗变形能力低导致的，材料本身如果没有较强的抗变形能力，那么当材料所处环境的温度或湿度发生变化的时候，就容易产生开裂。此外，当沥青面层较薄的时候，也容易形成反向裂缝，从而严重影响了工程的整体质量。因此，工程人员在进行半刚性基层施工之前，一定要对材料的缩裂规律进行全面系统的分析，从而科学合理的对材料进行选择，以此来尽可能避免裂缝的出现。2 半刚性基层施工技术 2.1 铺筑试验路
通常情况下，为了确保公路施工的整体质量，在进行大规模施工之前，都要先铺筑一条试验路，在试验路的施工过程中，施工人员可以按照原计划的公路施工方法进行施工，并在施工的过程中对出现的问题进行处理。施工单位可以根据试验路铺筑的实际情况，对施工组织设计进行科学合理的制定，与此同时，还要根据试验路的实际操作情况对混合料的配合比进行确定，在检验铺筑的半刚性基层质量是否符合设计和规范要求的基础上，提出相应的质量控制措施。在确保试验路的施工效果达到相关要求之后，再进行大面积施工作业，这样不仅能够避免由于施工误操作而引起的质量问题，而且还能够对拌和、运输、碾压、养生等施工设备的可靠性进行检验，从而大大降低反复施工给施工单位带来的经济损失。2.2 厂拌法施工
厂拌法施工是目前进行公路半刚性路面基层施工过程中采用的最广泛的一种方法。为了确保施工的连续性和最终质量的稳定性，在进行具体施工操作之前，相关工作人员首先要对施工中所涉及到的设备进行调试，确保其处于最良好的状态。此外，拌和之前还要进行必要的试拌工作，以此来确保大批量的拌和符合工程的根本需求。通常情况下，采用厂拌法进行施工，要充分注意混合料的拌和、摊铺和碾压。
2.2.1 下承层准备与施工放样
由于半刚性基层施工的特殊性，其对下承层的要求也较高，不仅需要下承层平整、密实，而且还要确保其没有松散和“弹簧”的不良现象。因此，在进行施工之前，相关工作人员应该按照相关的施工标准对下承层进行检查验收，验收合格后才能够进行具体施工。施工放样主要是对路中线进行恢复，每隔一段距离设置一个中桩，并在每个桩上明显标记出基层的边缘设计标高和松铺的厚度的位置。2.2.2 备料
原材料的质量如何直接关系到工程的整体质量，因此，对于施工中的原材料的质量，一定要确保其符合工程的施工需求。同时还要做好必要的防护工作，比如说对于水泥应该做好防雨防潮工作，对于石灰应该做好必要的洒水工作，在潮湿多雨的季节里，还要采取有效的措施确保细粒土和结合料不会受到雨淋。2.2.3 拌和与摊铺
在对混合料进行拌和的时候，首先应该严格按照相关规范对其配合比进行准确测定，使其无论是从级配还是剂量上，都能够符合工程的要求。其次，要将混合料的含水量控制在最佳的程度，一般来说，水泥稳定类混合料的含水量可比最佳含水量大1-2个百分点，而石灰稳定类的混合料则刚好相反。对于混合料的摊铺应该掌握好摊铺时间，最好是在运送到施工场地之后，第一时间进行摊铺，并碾压成型。2.2.4 碾压
碾压是半刚性基层施工中最重要的一个环节，碾压过程中，施工人员要控制好每个层的厚度，最小分层一般不能小于10cm。此外，碾压的时候还应该严格按照先轻后重的次序对各个类型的压路机进行安排，以此来对公路路面进行逐步压实。3 结语
综上所述，随着我国公路建设的飞速发展，半刚性基层施工的整体质量也必然会得到相关部门的高度重视。通过本文的介绍我们能够得知，如果想使半刚性基层的施工取得预期的效果，相关工作人员就要对原材料、拌和以及施工养生等多个环节进行严格控制，与此同时，还要注意对施工环境、材料拌和时间以及养生期进行严格控制。只有这样，才能够从根本上确保工程的整体质量，从而促进我国公路行业的可持续发展。参考文献：
路面半刚性基层材料路用性能研究 篇3
随着经济的迅速发展, 高等级公路的里程不断增加, 为适应交通运输对道路的要求, 以无机结合料稳定碎石为基层, 沥青混凝土为面层的半刚性路面, 被大量用于高等级路面的修建当中。由于沥青路面面层一般较薄, 刚度小、强度低, 而半刚性基层具有较高的强度和承载能力, 刚度大, 具有足够的水稳定性和抗冻性能, 因此, 在沥青路面中使用半刚性基层, 可以显著提高沥青路面的承载能力和抗变形能力, 提高沥青路面的抗疲劳性能, 从而显著增强沥青路面的使用性能。
1 基层材料的配合比设计
基层位于面层以下, 主要承受由面层传递的车辆荷载的垂直力, 并将它分布到土基或垫层上。因此在设计半刚性基层材料时应保证其具有足够的刚度和强度、较强的抗裂缝能力、较强的抗冲刷能力、足够的抗冻性、较好的抗疲劳性能。
在进行半刚性基层的设计时, 由于所用各种原材料的差异性较大, 很难采用单纯力学模型进行设计, 当前采用较多的是计算与试验相结合的方式进行设计。无机结合料稳定碎石的强度来源于两个方面:集料颗粒的内摩擦阻力和填充料的粘结力。同等条件下材料的强度很大程度上是由其结构决定的, 进行半刚性基层材料配合比设计的目的, 就是为了确定一种合理的结构, 使得基层材料具有最佳的使用性能。
通过计算及试验确定的一个最佳配合比, 使得基层在施工压实后, 使基层内部的碎石紧密排列形成稳定的骨架结构, 无机结合料充分填充在骨架当中, 为骨架结构内部提供一定的粘结力, 使基层形成一个整体, 使竣工后的基层具有最够的强度、刚度、抗冲刷能力等。
2 无机结合料材料级配的确定
目前, 高等级公路半刚性基层中常使用的无机结合材料有粉煤灰、石灰及水泥等, 无机结合稳定类基层材料作为一种半刚性材料, 其中所含的无机结合料使整个基层材料联结为一个整体, 在构成基层材料的刚度强度方面有着举足轻重的作用。本文采用粉煤灰、石灰及水泥作为半刚性基层的无机结合料, 并分别进行路用性能分析。在进行无机结合料的选用时, 其各项指标均应满足《沥青路面基层施工技术规范》。
本研究项目对半刚性无机结合料基层的路用性能进行了系统的研究, 对以后黑龙江省的半刚性基层材料的选用提供一定的参考和指导。选用石灰岩碎石、矿渣及砂砾作为集料, 采用正交试验方法进行集料级配设计, 分别确定各种无机结合料所占比例以及相应稳定集料级配。表1为石灰稳定类集料级配, 表2为水泥、粉煤灰稳定类配比正交试验设计结果。
3 无机结合材料的路用性能分析
半刚性基层材料的路用性能, 主要体现在最大干密度、无侧限抗压强度、抗弯拉强度、抗冻性等方面。通过对无机结合料的各种室内试验, 对于无机结合料石料的路用性能有以下特点:
1) 强度形成机理。
根据对粉煤灰的化学成分分析可知, 粉煤灰中主要含有大量的经过焙烧后的活性SiO2, Al2O3, Fe2O3等酸性氧化物, 以及少量的CaO等, 其中前3种氧化物含量约占75%以上。由于粉煤灰中CaO的含量一般比较低, 因而其自凝性较差, 在抗剪强度指标方面表现为粘聚力值较低。而生石灰粉中的化学成分主要是CaO。这两种材料经拌合压实后, 在一定含水率条件下发生一系列水化反应, 其反应过程可用如下化学反应方程式表示:
上述反应所生成的水化硅酸钙 (CaO·SiO2·nH2O) 、水化铝酸钙 (CaO·Al2O3·nH2O) 以及水化铁酸钙 (CaO·Fe2O3·nH2O) 等化合物为不溶于水的稳定性结晶生成物, 可以在空气和水中逐渐硬化, 将双灰拌合物中的固体颗粒胶结在一起, 形成了较大的团粒结构, 使得双灰拌合物具有较高的强度。
2) 最佳含水量、最大干密度。
对于水泥稳定石料, 其最大干密度及最佳含水量随着水泥剂量的变化规律并不是太明显;对于水泥粉煤灰稳定碎石, 当采用两种结合料的比例为1∶2和1∶3时, 随着石料剂量的降低, 其最大干密度均增加, 最佳含水量均降低;对于石灰粉煤灰稳定石料, 其最佳含水量和最大干密度基本上随着石料剂量的增加, 最佳含水量降低, 最大干密度增大。
3) 无侧限抗压强度。
根据无机结合料稳定石料的最佳含水量和最大干密度按98%压实度成型试件, 在 (20±2) ℃条件下养生至龄期的前一天, 泡水一昼夜, 测定其抗压强度。
根据试验结果可得出如下结论:对于水泥稳定石料, 其抗压强度随水泥剂量的增加而增加, 当水泥剂量一定时, 28d抗压强度增长较快, 可达到其7d强度1.1倍～1.5倍, 28d后增长速度放慢;对于水泥粉煤灰类集料, 28d强度为7d强度的1.5倍～2.1倍, 后期强度增长较小, 水泥剂量对集料的强度影响较大;对于石灰粉煤灰稳定类集料, 28d抗压强度可达其7d强度的1.72倍～2.15倍, 180d抗压强度为7d强度的5.25倍～6.12倍, 说明二灰稳定类集料具有较高的后期强度。
4) 无机结合料稳定石料冻融试验结果。
水泥稳定石料冻融系数基本上在89%～92%, 水泥粉煤灰稳定石料冻融系数在86%～88%, 石灰粉煤灰稳定石料冻融系数在82%～87%。
5) 无机结合料的抗弯拉强度。
从试验结果上看, 水泥稳定碎石类, 抗弯拉强度随水泥剂量的增加而增加, 后期强度增长较慢;水泥粉煤灰碎石类, 后期强度增长较慢, 随着水泥剂量的增加, 劈裂强度并没有线性的增长, 而是当细料增加到一定程度后, 劈裂强度还有所下降。石灰粉煤灰稳定石料的初期劈裂强度是很低的, 只有0.03MPa～0.08MPa, 石灰粉煤灰稳定石料早期强度不高, 随着龄期的增长, 劈裂强度增长是非常快的。
4应用实例
根据室内试验结果及原材料的取材情况, 将研究成果应用于黑龙江省某高速公路段, 采用水泥、粉煤灰作为无机结合料, 采用石灰石碎石作为集料, 采用水泥粉煤灰的质量比为1∶2, 并对竣工通车后的试验路段进行跟踪观测, 效果良好, 同相同施工条件下的其他路段相比, 试验路段的裂缝较少, 分析其原因, 应该是用粉煤灰代替一部分水泥, 减少了半刚性基层的干缩变形, 从而减少了路面的反射裂缝。
5结语
使用无机稳定类基层材料修筑的半刚性基层, 可以为路面面层提供足够的支撑, 改善路面结构的各项使用性能, 尤其在石料丰富的地区更应该大量提倡。
摘要：通过对水泥、粉煤灰及石灰等半刚性基层材料的各项试验, 全面分析了无机结合料基层的路用性能, 以便在路面基层施工时选取合理的材料, 进而增强沥青路面的使用性能。
关键词：半刚性基层,路用性能,无机结合料
参考文献
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半刚性基层施工的几点建议 篇4
摘要：介绍了半刚性基层施工的施工要点，对施工过程中经常出现的一些问题提出了自己的见解，具有一定的参考价值。关键词：半刚性基层 现场施工
在我国的高等级公路半刚性基层施工中，无限混合料的拌合方式有两种：路拌法和厂拌法，其摊销方式有人工和机械两种。从施工的程序来看，一般都是先通过修一段试验路段，制定出标准施工方法以后，再进行大面积的施工。
在进行大面积施工以前（正式开工前至少一个月），修筑一定长度的试验路段很有必要。目前在我国高等级公路基层实践中，许多施工单位通过修筑试验路段来进行施工优化组合，把主要问题找出来并加以解决，由此提出标准施工法用以指导大面积施工，从而使整个工程的施工质量提高，施工进度加快，取得了显著的经济效益。在修筑试验路段中，承包人应应向监理工程师担供用于试验路段的原材料、混合料、组成设计以及备料、拌合、摊铺、碾压、养护设备一览表和施工程序。施工工艺及操作计划等详细说明，并由监理工程师审核批准。
修筑试验路段的目的是，检验拌合、运输、摊铺、碾压、养生等计划投入使用设备的可靠性。检验混合料的组成设计是否符合质量要求及各道工序的质量控制措施。但运用于大面积施工的材料配合比及松铺系数确定每一作业段的合适长度和一次铺筑的合理厚度，提出标准施工方法。据介绍，在每次开工前施工队都会先修筑一段长100m的试验段，并从中发现了不少问题，及时的调整了混合料的含水量，使之趋于最佳值。摊铺拌合遍数、深度等，使用权路段通过星的验收，并作为整个路段的一部分铺筑了进去。标准施工方法内容包括：集料与结合料数量的控制；摊铺方法。合适的拌合方法、拌合速度、拌合深度与遍数，混合 料最佳含水量的控制方法，整平和整型的合适机具与方法，压实检查方法及每一作业段的最小检查数数量等。
试验路段经监理工程师验收后，便可以进行半刚性基层的大面积施工了。本单位所采用的路拌法施工，半刚性基层场拌法施工主要工序为：
备料----安装拌合楼----拌和----运料----摊铺----测量----整平与碾压成型----初期养护。下承层的准备与施工测量早以完成，施工前对下承层按质量验收，之后再恢复中线，在直线段每30M设一桩，平曲线段每20M设一桩，并在两侧路面边缘外0.4M处设指示桩在指示桩上用红油漆标出基层边缘设计标高及松铺厚度的位置，对于施工备料，所用材料均已符合质量要求，并根据各路段基层厚度.宽度及预定的干密度计算各路段需要的干燥集料数量，根据混合料的配合比，材料的含水量及所用车辆的吨位，计算各种材料每车料的堆放距离，根据各种集料所占的比及其松干密度，计算每种集料的松铺厚度，以控制施工配合比，而对结合料仍以每袋的摊铺面积来控制剂量。
用平地机，推土机，按实验路段所求得的松铺系数进行摊铺，使混合料按要求的松铺厚度均匀地摊铺在要求的宽度上。摊铺时混合料的含水量宜略高于最佳含水量0.5%---1%，以补偿摊铺几碾压过程中的水分损失，当压实层厚度超过20CM时应当分层摊铺，最小压实厚度为10CM，先摊铺的一层应整型和压实，监理工程师批准以后，将先摊铺的一层表面翻松后再继续摊铺上层，摊铺 工作就绪后，就可使用稳定土路拌机进行拌和作业，路拌机工作速度于1.2—1.5km/h为适宜，拌和路线应以基层的最外沿向中心线靠拢，拌和过程中适时测量含水量，使之趋与最佳值拌和好的混合料用平地机整平按规定的路拱横坡度刮平整型，然后紧接进行压实作业碾压作业应在全宽范围内进行，在直线段上，压路机应由两侧路肩向中心碾压，在平曲线超高段上，应由内侧向外侧路肩碾压，没道碾压应与上道碾压轮迹相重叠（监理要求至少应为三分之一），使每层整个厚度和宽度完全均匀地压实到规定的密实度为止，路段碾压设备米用的是20t三轮压路机，在现场监理的控制下每层的压实厚度保证在20cm以下，在碾压的过程中，有时出现所谓“弹簧“起皮现象，现场监理让施工人员采取各种措施，使之达到质量要求，在碾压结束之前，用平地机再终平依一次，使其纵向顺道路拱和超高符合设计要求，终平应当仔细进行必须将局部高出部分刮平并扫出路外，对局部低洼处，不再进行找平，留待铺筑沥青层时再做处理，即遵循“宁刮不垫”的原则。
碾压完成后即进行养生，养生时间应不小于7天，水泥稳定类混合料碾压完成后，立即开始养生；二灰稳定类混合料是在碾压成后的第二或第三天开始养生，简单的方法采用洒水。养生期间应当封闭交通，养生期结束立即铺筑沥青面层或作
封层，基层上未铺封面或油面层时不应开放交通。关于养生期，资料显示，在近年高等级公路半刚性基层路面修筑实践中为缩短养生期以加快工程进度，一些施工单位布基层混合料中加入旱强剂，使养生期不的袄7天就做上面层，还有的施工单位在˙基层施工后2~3天内就铺筑面层，理由是基层的板体性形成前，铺上沥青面并压实是对半刚性基层的二次压实。总之，加快工程的施工进度的同时又确保了工程的高质量.严要求，有些实践中的探索不置可否。
半刚性基层由于其特殊的承上启下的联接作用，使得它在施工中的要求较为严格，有些问题在施工中也应当注意。首先，半刚性基层的施工季节应当掌握好，宜在春末或夏季施工，施工的最底温应在5˙C以上，并保证在冻前有一定的成型期，曲路半刚性基层的施工季节恰当地选在了春末夏初五月份，无论对施工还是养护都有利，在雨季施工时应特别注意天气变化，防止无机混合料受雨淋并采取措施排除表面水，降雨时应停止施工，已摊铺的混合料应尽快碾压密实。混合料堆积时间不应过长，尤其是雨季施工，一定要做到当天堆置，当天摊铺.整型.碾压。其次，路拌法施工中对于土与粉煤灰的用量控制，在施工中，石灰剂量可以在实验室检测，土与粉煤灰的比例只能在施工中加以控制，若控制不好，不仅影响强度还会使压实度检测失去意义。实际上，不与粉煤灰不同与沙砾和碎石，后者在装卸后和摊铺过程中体积变化不大，而不和粉煤灰经装卸.运输和摊铺等，都能使密度发生变化，室内测出的松干密度总是偏小，可用稳定压厚度控制配比的方法，固定稳压的压路机型及遍数，实测稳定压后的土几粉煤灰的干密度，通过抽检稳压厚度来控制土与粉煤灰的比例。再次，对于两工作段之间的接茬应当仔细处理好，在石灰二灰稳定类基层施工中，两工段衔接处应当搭接拌和，方法是：前一段拌和后，预备至少5m后进行碾压，后一段施工时，将前段备下未压的部分一起再进行拌和，拌和机.压路机等机械严禁在已经完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，以保证结构层表面不受破坏。若必须在上面调头时，应采取保护措施，如加铺覆盖层等。
半刚性材料 篇5
1 废弃沥青再生集料性质
本文试验取用无锡钱荣路养护维修产生的破碎沥青混合料;其中的再生集料均要满足一定的使用要求。该指标主要包括颗粒级配和压碎值、洛杉矶磨耗、针片状颗粒含量等。前者表示了用于基层粒料粗细颗粒的分级搭配, 后者综合反映了再生集料的力学性质。表1表示采用普通颚式破碎机通过控制最大粒径的方法破碎而成的再生集料筛分结果;表2表示主要路用指标检测结果。
考虑到这是一项废物的再利用, 当大多数粒径符合规范要求的前提下可适当在某一粒径上放宽一些要求, 以免加大工作难度造成事倍功半的结果。对于其它路用指标, 尽管不一定是针对基层材料的要求, 但再生集料却能够全部满足。由此看来废弃沥青混合料再生集料自身已具备了基本的路用性能, 可以在道路工程中应用。
2 掺沥青混合料再生集料的水泥稳定碎石抗压强度
从试验结果看, 水泥稳定沥青混合料再生集料的击实数据和强度形成发展规律符合水泥稳定粒料的一般特点, 即具有抗压强度随水泥用量的提高而增大, 随龄期的延长而发展的规律。除4%的水泥用量强度较低外, 其他3组结果基本能满足公路基层强度要求。说明水泥稳定沥青混合料再生集料在强度的形成上接近于普通路用集料, 可以部分替代普通集料用于道路基层。但由于部分再生集料表面裹覆一层旧沥青, 无侧限抗压强度值普遍低于同条件制备的水泥稳定碎石试件的无侧限抗压强度。
3 掺沥青混合料再生集料的水泥稳定碎石劈裂强度特性
路面的开裂主要是由拉伸方式造成的, 因此路面结构层的容许拉应力是路面设计验算的重要控制指标, 同时也反映了材料的抗裂性能[4]。我国规范规定, 采用劈裂试验的力学模型来表征路面材料的受拉状况, 由劈裂强度并考虑材料的疲劳规律得到路面的容许拉应力[5]。
不同水泥剂量的沥青混合料再生集料的劈裂强度值随剂量的增加而增大, 但本次试验发现完全使用沥青混合料、再生集料的4%水泥剂量的劈裂强度不满足规范要求, 而5%和6%的水泥剂量也刚刚满足规范要求, 所以在实际的沥青混合料、再生集料工程应用中应加入一定量的正常粗细集料, 这样能提高强度, 保证水泥稳定基层施工质量。
4 结语
1) 本次试验所研究的水泥稳定废旧沥青混合料的强度指标基本能够满足设计标准的要求, 可以用于修筑一般公路的基层或底基层。但是也应该指出, 该冷再生混合料的无侧限抗压强度和劈裂值都普遍偏小, 分析其原因主要是与原材料的性质有关, 其中包括旧料的级配组成和旧沥青结合料的含量, 另外与水泥和沥青的相互作用也有联系, 本次试验研究所采用的原材料中细料偏少且沥青含量较多, 这些因素都会对再生混合料的强度造成影响。
2) 掺废旧沥青混合料再生集料的水泥稳定碎石7d和28d无侧限抗压强度略低于水泥稳定碎石混合料的抗压强度, 在实际工程中使用5.5%水泥剂量时能达到最佳的使用效果, 同时还要掺入一定量正常粗细集料来提高强度。
参考文献
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[2]李强, 马松林, 王鹏飞等.水泥稳定废旧沥青混合料路用性能试验研究[J].公路交通科技.2001, (5) :16~19.
[3]中华人民共和国行业标准.公路工程无机结合料稳定材料试验规程 (JTGE51-2009) [S].北京:人民交通出版社, 2009.
[4]魏昌俊.半刚性路面基层的弯拉和劈裂疲劳特性[J].重庆交通学院学报, 1998, 17 (1) :58-61.
半刚性材料 篇6
高等级公路建设中半刚性基层容易产生干燥收缩和温度收缩,从而使沥青混凝土面层产生反射裂缝。但是由于半刚性基层具有较高的承载能力,且对原材料的要求较低,因而可以充分利用当地的材料,进行合理设计,从而节省投资并防止和减少半刚性基层的开裂。
针对上述问题本文结合当地实际情况,提出拟采用水泥稳定砾石、水泥稳定碎砾石、水泥稳定大粒径砾石的方案来防止或减少半刚性基层的开裂,对三种材料进行了配合比设计的研究,对其材料性能进行了试验,并通过对试验路段的观测分析了三种材料的抗裂性能。
1 三种材料的设计
1.1 原材料级配范围的确定
本研究所采用的原材料全部为施工原材料。其中砾石土、碎石和大砾石三种材料的筛分结果见表1。
其中,水泥为325号水泥。
1.2 三种材料的配合比设计
1.2.1 水泥稳定砾石的配合比设计
JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范规定水泥稳定砾石的级配范围要求。
对比表1中砾石土的筛分结果的规范要求级配范围可知,试验路段所采用的砾石土符合规范规定的级配要求,且细料用量偏少(仅1%)。因此将此料用作水泥稳定材料基层时,不需要对其进行配合比设计,且细料含量少,对抗缩裂和水稳定性有利。
1.2.2 水泥稳定碎砾石的配合比设计
本研究提出采用水泥稳定碎砾石抗裂方案,是在水泥稳定砾石中将部分粒径(本研究为31.5 mm和26.5 mm)的砾石用同粒径的碎石等量代替,其他粒径的含量维持不变。
1.2.3 水泥稳定大粒径砾石的配合比设计
对于水泥稳定大粒径砾石的级配类型,本研究选择连续级配,其级配的组成按K法计算:
其中,x为级数,D为矿料最大粒径。
根据砾石土、大砾石两种原材料的筛分结果和水泥稳定大粒径砾石的级配范围要求,进行水泥稳定大粒径碎砾石的配合比设计(见表2)。
2 三种材料的抗裂性能研究
水泥稳定材料的最佳含水量通过重型击实法,确定了水泥剂量分别为:5%,6%,7%时三种水泥稳定材料相应的最佳含水量。并在最佳含水量下,研究了不同水泥剂量分别对其劈裂强度、抗折强度、温缩系数、干缩系数等指标的影响规律。
2.1 劈裂强度(7 d龄期)
按设计的级配和通过击实试验确定的最佳含水量成型试件,养生7 d后进行劈裂试验。
由试验结果可知:三种材料的劈裂强度均随水泥用量的增大而提高。由于集料表面特征和比表面积的差异,集料与水泥稳定细料间的粘结力产生差别,且集料间所形成的嵌挤作用有强弱之分。故劈裂强度的顺序为:水泥稳定碎砾石>水泥稳定砾石>水泥稳定大砾石。
2.2 抗折强度(7 d龄期)
按设计的级配和通过击实试验确定的最佳含水量成型550 mm×200 mm×200 mm的梁式试件,养生7 d后进行抗折强度试验。
由试验结果可知:三种水泥稳定材料的抗折强度的变化规律与劈裂强度的变化规律类似。
2.3 干缩系数
按设计的级配和通过击实试验确定的最佳含水量成型550 mm×200 mm×200 mm的梁式试件,养生7 d后采用电测法进行干燥收缩试验。试验时恒定环境箱的温度,采用贴在试件表面的应变片测定试件在干燥过程中的收缩应变值。由不同材料的干缩试验结果可知:对于不同的配比方案,三种稳定材料的干缩系数随水泥用量的增大而逐渐增大。三种稳定材料的干缩系数的大小为:水泥稳定砾石>水泥稳定碎砾石>水泥稳定大砾石。
2.4 温缩系数
按设计的级配和通过击实试验确定的最佳含水量成型550 mm×200 mm×200 mm的梁式试件,养生7 d后进行温度收缩试验。水泥稳定材料的温度收缩采用电测法测定,试验前在试件表面贴应变片,然后连接到应变仪,采用半桥法测定试件在温度变化过程中的应变值。由不同级配材料的试验结果可知:同一水泥剂量,三种水泥稳定材料的温度收缩系数是随温度的升高而升高,当温度达到一定程度后,其温缩系数则随温度的升高而逐步减小;对不同的集料配比方案,水泥稳定材料的温缩系数均随水泥用量的增大而增大。三种不同配比方案的水泥稳定材料的温度收缩系数的大小为:水泥稳定砾石>水泥稳定碎砾石>水泥稳定大砾石。
3 试验路段的结构方案
本项目的试验路段属于寒带与高寒带接合部,当地极端最低气温为-33 ℃。该路段的地区条件为:上层为粉性种植土(30 mm～40 mm),下层属粉质性轻亚黏土(30 mm～40 mm)。土基承载力为30 kPa～100 kPa,非常具有普遍性。
试验路段的路面结构为:
1)垫层:采用天然级配砂砾,厚度20 cm;
2)基层:底基层采用4∶96的水泥稳定砂砾,厚度20 cm;
3)面层:上面层采用AC-13Ⅰ型沥青混凝土,厚度为3 mm;下面层采用AC-16Ⅰ型沥青混凝土,厚度为4 mm。上层沥青为AH-90,并按照沥青用量的0.3%掺加抗剥落剂。按照JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范施工要求进行铺筑。
试验路段路面结构的方案见图1。
4 观测结果
在摊铺沥青混凝土下面层前,课题组对该路段基层的使用情况进行了调查;随后就进行沥青面层的摊铺,经过4个月的试用之后,课题组对该试验路段再次进行了调查,主要是调查沥青面层的开裂情况。调查结果见表3。
从上述对试验路段的跟踪调查结果可以看出:试验路段检测结果与室内试验结果基本符合,三种材料基层的抗裂性能:水泥稳定大砾石基层>水泥稳定碎砾石基层>水泥稳定砾石基层。
5 结语
通过室内试验结果和试验路段的观测结果表明:采用减少细粒含量,增大粗料含量和最大粒径等措施来减少半刚性基层裂缝的方法,是行之有效的。故采用水泥稳定大砾石基层作为半刚性基层,为减少西北高寒地区沥青路面裂缝提出了一个较为有效的方法;并且充分利用当地材料,有一定的经济价值。
摘要：针对半刚性基层易产生干燥收缩和温度收缩的问题,采用水泥稳定砾石、水泥稳定碎砾石、水泥稳定大粒径砾石的方案对半刚性基层的开裂问题进行了研究,并通过对试验路段的观测,分析了三种材料的抗裂性能。
关键词：半刚性基层,温度收缩,干燥收缩,抗裂性能
参考文献
[1]JTJ 057-94,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].
[2]JTJ 034-2000,公路路面基层施工技术规范[S].
[3]王化海,隋向辉,王文忠.半刚性基层材料的试验研究[J].山西建筑,2007,33(7):176-177.
[4]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.
[5]刘清芳,蒋甫,应荣华.水泥稳定碎石半刚性基层材料的抗裂性能分析[J].中南公路工程,2004(2):48-49.
半刚性基层裂缝的探讨 篇7
1 干缩裂缝
干缩裂缝的产生与砂砾土的砾石含量、细集料含量、塑性指数和混合料的水泥剂量、密实度以及养生时间的长短、暴露时间长短、失水量等有关。
1.1 砂砾土的类型
砾石密度大, 含水量小, 失水少且收缩小;粘土密度小, 含水量大, 失水收缩大, 因此, 土的组成对水泥稳定砂砾土有很大的影响。研究结果表明, 砂砾土中小于0.425mm的颗粒含量越大、塑性指数和线收缩越大的砂砾土用水泥稳定后的干缩越明显, 且受龄期的影响也越大。
1.2 混合料的水泥剂量
温缩系数与水泥剂量关系曲线表明, 由于砂砾土自身抗拉应力很小, 在无水泥为凝结剂的情况下, 水份散失后, 干缩应力均匀分散, 不会集中导致砂砾土结构层开裂, 随着水泥剂量的增加, 水泥稳定砂砾土结构层抗拉应力增强, 干缩应力就会增大。水泥稳定砂砾土, 水泥剂量宜控制在4%~6%之间, 对于某一种砂砾土, 存在一个干缩应变最小的最佳水泥剂量。
1.3 成型时的含水量、密实度
成型时结构层的含水量对砂砾土的干缩性有明显影响, 含水量较大碾压时, 成型后, 水分在结构层内占居一定空间, 密实度小, 暴露后, 失水量大, 结构层内空隙大, 失水引起的可收缩空间大, 这样干缩应变就大。反之, 失水量小, 失水后结构层内空隙小, 可收缩空间小, 失水引起的部分作用力相互抵消, 这样干缩应变就小。
同样原理, 成型时的密实度越大, 结构层内空隙率小, 失水收缩性就小。
碾压时的含水量对成型时的密实度有很大的影响, 在一定的含水量范围内, 密实度随含水量的增加而增加, 然后随含水量的增加而减少。含水量较小时, 不利于密实度的提高, 而且水泥在水化时要与砂砾土中亲水的粘土争水分, 水泥没有充分水化, 水泥稳定砂砾土强度偏低, 就会形成强度和抗拉应力薄弱区, 结构层收缩时易在此出现开裂。
1.4 养生时间的长短
采用湿砂 (或稻草) 进行养生, 厚度宜为7cm, 砂或稻草铺匀后, 应立即洒水, 不得用湿粘土覆盖。一般养生期为7天, 若养生时间加长, 有利于结构层的抗拉应力的增长, 起到减少裂缝和扩大裂缝间距的目的, 但会增加裂缝的宽度。
1.5 暴露时间的长短和失水量
试验表明, 当失水量一定范围内时, 干缩系数相当小, 当失水量超出这一范围时, 干缩系数骤然增大, 失水量达到一定程度后, 干缩系数又变得相当小。养生结束后, 暴露时间越长, 失水量越大, 干缩应变越大。
2 温缩裂缝
温缩裂缝有两种形成机理, 一种是低温裂缝, 当温度下降到一定程度时, 结构层收缩产生的内应力大于水泥稳定砂砾土的抗拉应力时, 水泥稳定砂砾土就会产生开裂。另一种是温度疲劳裂缝, 即降温没有达到结构层的低温裂缝限值时, 但出现气温反复下降和回升, 使结构层抗拉应力减弱, 当温缩应力大于结构层抗拉应力时, 结构层开裂。
2.1 砂砾土的中土的含量
一般来说, 水泥稳定砂砾土结构层中, 水的温缩性 (在大于4℃时) >土的温缩性>胶凝体的温缩性>砾石的温缩性, 因此, 水泥稳定砂砾土的温缩系数明显小于稳定土的温缩系数。从而得出:随砂砾土中含土量增加, 混合料的温缩系数变大, 且温度越低, 含土量对温缩系数的影响越大。
2.2 结构层的含水量
结构层在降温收缩过程中时, 不仅是砾石、胶凝体自身的收缩, 还有水对结构层的温缩性质产生极大的影响。饱水状态、风干状态时, 水的影响较小, 结构层的温缩系数就小;含水量约在最佳含水量状态时, 水的温缩影响对结构层的温缩影响最大, 此时, 结构层的温缩系数最大。
2.3 环境温度变化
环境温度变化是温缩产生的主要原因, 环境温度变化越大, 对结构层温缩影响越大, 温度变化影响有时甚至超过干缩变化影响, 一般施工期间, 结构层开裂主要是干缩和温度疲劳共同作用产生的, 使用期间, 由于结构层含水量基本保持了平衡, 结构层开裂主要是温缩导致的。这就是公路通车运营经历第一个冬天后, 裂缝增加的原因。
2.4 施工成型时的温度、密实度
施工成型时的温度和密实度对温缩有一点影响, 但它不是主要影响, 施工时的温度越高, 成型时的体积在温度变化时其温缩效应最大, 同时, 施工时温度越高, 混合料中水泥水化反应越快, 易形成板结, 对施工结构层的压实度有一定影响, 结构层抗拉应力就变小, 结构层收缩时, 极易在此处产生开裂。
3 荷载型裂缝
荷载型裂缝分为:瞬时荷载型裂缝和疲劳荷载型裂缝。
水泥稳定砂砾土结构层由于行车荷载作用下, 结构层受力下沉, 底部要产生拉应力, 同时, 还要对结构层产生向前的推力, 当产生的综合拉应力大于水泥稳定砂砾土的抗拉应力时, 水泥稳定砂砾土底部就会瞬时产生细小裂缝。它与结构层厚度、结构层的弹性模数、行车荷载大小、速度和路基的弹性模数等有关。因此特别是养生期间, 应严格封闭交通。施工期间, 应限制施工车辆的载重和车速。
3.1 结构层厚度
在其他条件相同的情况下, 荷载作用结构层时, 其受力成一定角度逐渐向下扩散, 因此, 厚度越大, 荷载传递到结构层底部时受力面积越大, 在底部产生压强越小, 拉应力就越小。
3.2 结构层的弹性模数
荷载作用结构层时, 结构层的弹性模数越大, 结构层弹性下降就小, 底部产生的变形小, 结构层底部产生的拉应力就越小。
3.3 行车的荷载和速度
在水泥稳定砂砾土结构层上行车, 行车的荷载越大, 对结构层产生的下沉越大, 底面产生的拉应力越大。行车速度越大, 对结构层产生的推力越大, 结构层内产生的拉应力越大。因此, 在养生期间, 除养生洒水车外严禁其他车辆在结构层行驶, 养生初期, 洒水车宜采用侧喷方式洒水养生并控制行车速度。
3.4 路基的弹性模数
荷载作用在结构层, 结构层把荷载传递到路基, 当路基的弹性模数越大, 路基受力下降少, 这样结构层下降也小, 结构层产生的拉应力就越小。因此, 应严禁路基出现反弹区、松散土。行车对路基和结构层产生推力, 有一定厚度下承层, 有利于抗压强度和抗拉强度的提高, 因此, 应严禁薄层贴补施工。
4 结语
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象, 它的出现不仅会降低路基的抗渗能力, 影响路基的使用和承载功能, 而且会引起混凝土的碳化, 降低材料的耐久性, 因此要对混凝土裂缝进行认真研究, 在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展, 保证路基安全、稳定地工作。
摘要：随着近几年这种路面基层采用的结构型式增多, 尤其是半刚性基层的应用, 该种路面的裂缝现象也出现较多。本文重点探讨了半刚性基层路面产生裂缝的原因。
关键词：半刚性基层,裂缝,原因
参考文献
[1]王宏畅, 黄晓明, 傅智.半刚性基层表面裂缝影响因素[J].交通运输工程学报, 2005.
半刚性基层施工及质量控制 篇8
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。
半刚性基层的强度形成机理 篇9
半刚性基层通常是指水泥稳定(土)类、石灰粉煤灰稳定类以及石灰水泥综合稳定类基层。强度形成的关键是结合料自身的物理、化学反应及结合料与稳定材料之间的物理、化学反应。
1 水泥稳定类强度形成机理
1)水泥的水化作用。
在水泥稳定土中,首先发生的是水泥自身的水化反应,从而产生出具有胶结能力的水化产物,这是水泥稳定土强度的主要来源。水泥水化生成的水化产物,在土的孔隙中相互交织搭接,将土颗粒包覆连接起来,使土逐渐丧失了原有的塑性等性质,并且随着水化产物的增加,混合料也逐渐坚固起来。
2)离子交换作用。
土中的黏土颗粒由于颗粒细小、比表面积大,因而具有较高的活性,当黏土颗粒与水接触时,黏土颗粒表面通常带有一定量的负电荷,在其周围形成一个电场,负电荷的离子就称为电位离子。带负电的黏土颗粒表面,进而吸引周围溶液中的正离子,如K+,Na+等,而在颗粒表面形成了一个双电层结构,这些与电位离子电荷相反的离子就称为反离子。在双电层中电位离子形成了内层,反离子形成外层。靠近颗粒的反离子与颗粒表面结合较紧密,当黏土颗粒运动时,结合较紧密的反离子将随颗粒一起运动,而其他反离子不运动,由此在运动与不运动的反离子之间便出现了一个滑移面。
3)化学激发作用。
钙离子的存在不仅影响到了黏土颗粒表面双电层的结构,而且在这种碱性溶液环境下,土本身的化学性质也将发生变化。土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐,其中含有大量的硅氧四面体和铝氧八面体。在通常情况下,这些矿物具有比较高的稳定性,但当黏土颗粒周围介质的pH值增加到一定程度时,黏土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性将被激发出来,与溶液中的Ca2+进行反应,生成新的矿物,这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列。这些矿物的组成和结构与水泥的水化产物有很多类似之处,并且同样具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着黏土颗粒表面,与水泥的水化产物一起,将黏土颗粒凝结成一个整体。因此Ca(OH)2对黏土矿物的激发作用,将进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性。
4)碳酸化作用。
水泥水化生成的Ca(OH)2,除了可与黏土矿物发生化学反应外,还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应并生成CaCO3晶体。CaCO3生成过程中产生体积膨胀,也可以对土的基体起到填充和加固作用。
2 石灰粉煤灰稳定类强度形成机理
粉煤灰是燃煤发电时燃煤在1 600 ℃的高温下,煤粉颗粒经过一系列物理化学变化,并且由于受表面张力作用而形成的中空球状的粉状颗粒。它属于非晶态的玻璃相,而正是这种玻璃体的特性影响和决定了粉煤灰的应用特点。它的主要成分包括:SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO等,除此之外,粉煤灰中还含有少量的SO3,NaO2和KO2等物质。
掺有粉煤灰的基层材料,其结构强度的形成主要建立在石灰和粉煤灰之间的作用程度和效果上。二灰与被加固材料之间形成结构强度过程中一般大致经历以下四个作用过程:
1)石灰的重结晶作用。石灰遇水之后会不断溶解,达到过饱和时出现胶体化现象,析出Ca(OH)2微晶体。在胶体分散相自发聚集的作用下,逐渐形成大的胶体颗种新生晶体一方面起胶结作用,一方面形成所谓的晶体空间网架结构,促进二灰类材料早期强度的形成。随着石灰的不断消耗,这一过程会向反方向发展。
2)离子吸附与交换作用。由于结构的破坏、化学键的断裂,在物质的表面总会形成一些多余的价电荷。为了取得电荷平衡,在物质的表面总要吸附电荷数相同但电性相反的反电荷物质,这些带相反电荷的物质并非在表面与原有离子之间形成一对一的单层排列,而是在物质表面根据异性电荷相吸和分子热运动的原理由近及远及先密后疏的方式进行分布,形成物质表面外的双电层。当石灰遇水溶解之后解离出Ca2+,可与粉煤灰颗粒上原有的低价离子发生离子交换反应,并吸附于粉煤灰表面。这一过程造成二灰材料初步的体态变化,如粉煤灰颗粒粘聚性增加,塑性指数降低,颗粒表面粗糙化等一系列物理性质的变化。而这一变化主要集中在二灰材料与水混合之后的初期阶段。
3)碳酸化作用。石灰中的主要成分是Ca(OH)2,它能与溶解于水中的CO2或空气中的CO2反应生成CaCO3。由于新生成的CaCO3具有一定的胶结性,且难溶于水,加之该生成物晶体的持续生长及体积的增大而不断密实等因素,促进了二灰结构的形成。随着二灰结构的形成将在很大程度上阻碍空气与内部材料的接触,从而大大延缓该作用的程度。因此二灰材料的碳酸化作用是一个长期而缓慢的过程。
4)火山灰作用。粉煤灰是一种典型的火山灰物质,这类物质的特点是都含有较多的氧化硅和氧化铝成分。当与石灰混合后在水的参与下,能够生成具有水硬性的胶凝材料。
3 水泥粉煤灰稳定类强度形成机理
掺加粉煤灰的水泥稳定碎石材料是由水泥、粉煤灰、集料和水等多种固体结构元、孔结构元和水分等组成的非均质体系。这种混合料的强度形成机理大致可以由水泥水化强度反应和水泥粉煤灰水化后的类火山灰反应两方面解释。混合料加水后,随着时间的延长,即龄期的增长,材料体系逐渐发生变化,混合料的宏观物理性能如强度、抗收缩性和抗疲劳性等,均随之变化。从微观角度看,水泥粉煤灰稳定碎石的强度形成过程,是一个水化产物由无定形凝胶向低结晶度、最终到高结晶度的发展过程。
对不同龄期混合料的微观结构分析和强度分析发现,7 d龄期时,水泥的水化反应已经开始,但水化硅酸钙C-S-H晶体数量很少,其中粉煤灰表面上基本还没有水化物,说明此时粉煤灰尚未开始水化反应,也就是说此时的粉煤灰对强度基本上没有影响,还有的整体强度甚至低于了没有掺加粉煤灰的水泥稳定碎石材料的整体强度。14 d龄期时,结构中出现了纤维状水化硅酸钙C-S-H晶体、板块状的Ca(OH)2晶体及六角板状的水化铝酸钙C4AlH13晶体,其中部分粉煤灰开始水解,表面变得较为模糊。粉煤灰的火山灰效应,促进了水泥水化,混合料中C-S-H,C-A-H棒状晶体明显增多。28 d龄期时,混合料中粉煤灰水泥间界面连接状况和C-S-H,C-A-H棒状晶体,由于粉煤灰的火山灰效应,进一步促进水泥水化,生成了大量的水化凝胶,在一定程度上提高了强度,但由于还存在有较多的孔隙,所以强度提高并不十分明显。60 d龄期时,混合料中粉煤灰材料火山灰效应明显,产生了大量凝胶和晶体,使混合料孔隙变小,水泥粉煤灰间的界面连接紧密,这些相互交错嵌挤的水化凝胶及晶体增强了水泥与粉煤灰界面间的抗剪能力,混合料在这些微结构方面的变化,使其60 d龄期时的强度大大提高。
4石灰水泥综合稳定类
从理论上讲,采用二灰稳定基层材料可以较好的满足基层力学性能及路用性能的要求,但是这类材料最主要的问题就是早期强度较低,而满足不了早期强度的要求,其相应的抗冲刷性能也较差。因而在二灰稳定类材料中掺入一定量的水泥,综合考虑水泥强度形成快、早期强度高,粉煤灰强度形成持久、后期强度形成有潜力的特点,通过两种无机结合料性能互补,综合提高半刚性基层材料的整体性能,这是目前我国改善路面基层性能的一个常用措施。
5结语
公路工作者应该更为全面和深入地研究半刚性路面的工作机理,其中,深入地了解半刚性材料,特别是半刚性路面中半刚性基层的路用性能,对进一步完善我国的路面结构设计,提高路面使用质量和寿命,经济高效的建设城市道路、公路和机场道路都十分必要且深具意义。
摘要：从水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥粉煤灰稳定类等方面介绍了半刚性基层的强度形成机理,对进一步完善我国的路面结构设计,提高路面使用质量和寿命具有重要意义。
关键词：半刚性基层,强度,水泥,稳定材料
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