|
大背景 公路建设快速发展。 减少路面早期损坏，延长路面使用寿命。 基层是公路路面的主要承重层, 基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。 沥青路面早期损坏成因的“内忧外患” 超载问题? 施工质量问题? 路面结构设计方法问题? 路面结构类型（半刚性基层沥青路面） 设计理论体系（指标与方法） 半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在下列突出问题： 半刚性基层的“问题” 强度高且容易开裂 半刚性基层容易发生水损坏 半刚性基层的耐久性需要考证 半刚性基层何去何从? 国外对半刚性基层的开裂与冲刷损坏主要是通过增加面层厚度和控制面层的渗水来避免和减少，效果有限，成本较高。 国内曾采取过在基层中通过设置应力吸收层、铺设土工布、预锯缝以及封层等方式减少基层自身收缩开裂和冲刷现象以及对面层的影响，效果不明显，且易引起新的破坏现象。 长安大学自“八五”开始至今，近二十年长期对半刚性基层的抗裂性、强度形成机理以及综合性能改善等方面开展了大量研究和实践，发现：半刚性基层性能改善的经济、有效途径在于改进材料的组成设计。 研究内容 强度问题 半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.5~12MPa 半刚性基层材料的强度不仅靠结合料的剂量,更应要靠良好的集料级配. 在一定条件下可以做到高强又不开裂. 高强度半刚性材料应该是结构设计的要求的结果,而且应该是有界限的. 收缩开裂问题 温度或干燥收缩是材料的“天性”。 及时的保湿养生可以避免干燥收缩裂缝。 控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂可能。
冲刷问题 半刚性基层表面的非紧密联结的细料在动水压力泵吸作用下的脱离是形成冲刷的主要原因。
不产生或减小冲刷途径： 减少细料含量 增加结合强度 消减动水压力
疲劳问题 半刚性基层材料是一应力敏感性材料： 疲劳曲线较为平缓 超载对半刚性基层的寿命影响要更大于沥青面层 同样应力比条件下，半刚性基层比普通沥青面层具有更长的疲劳寿命。 半刚性基层的长寿命
路面基层一般要求 应具有足够的强度和稳定性； 在冰冻地区应具有一定的抗冻性； 应具有较小的收缩（温缩及干缩）变形； 较强的抗冲刷能力。 材料组成设计目标 材料组成设计新方法——多指标： 适宜强度 较小收缩 较小冲刷 材料组成设计新理念——考虑结构： 结构决定性能
振动压实 倡导室内振动压实成型目的- 适应多粒料材料的压实 保持设计级配 符合现场压实状态 减小试验结果偏差
室内振动压实机结构
振动法、静压法含水量变化情况对比—反映了振动压实功与静力压实功的一致性
振动法、静压法集料破碎情况对比
振动法确定压实标准试验方法 一、目的和适用范围 本试验方法适用于在室内对水泥、石灰、石灰粉煤灰稳定粒料土基层材料进行振动压实试验，以确定这些材料的含水量—干密度关系曲线，确定其最佳含水量和最大干密度。试验集料的最大粒径应控制在31.5mm以内，最大不得超过37.5mm。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试验步骤 五、计算及制图 振动法成型试件试验方法 一、目的和适用范围 本试验方法适用于采用振动压实方法成型无机结合料稳定粒料的各种试件，其中包括用于测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和抗压回弹模量的圆柱体试件和用于温缩系数、干缩系数、抗折强度以及抗折回弹模量测试的梁式试件。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试件制作步骤 五、注意事项及相关说明 半刚性基层材料收缩方法
温缩系数测定试验
温缩系数测定方法 一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所形成的半刚性基层材料的温度收缩性能通常用温度收缩系数表征。材料的温度收缩系数是指下降单位温度条件下，材料产生的收缩应变量。本试验方法适用于在室内测定半刚性基层材料的温度收缩系数。 二、仪器设备 三、试料准备 四、成型标准确定 五、试件制备 六、试件养生 七、试验步骤 八、计算各具体温度区间的温度收缩系数 干缩系数测定方法 一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所形成的半刚性基层材料的干燥收缩性能通常用干燥收缩系数表征。材料的干燥收缩系数是指减少单位含水量条件下，材料产生的干燥应变量。本试验方法适用于在室内测定半刚性基层材料的干燥收缩系数。 二、仪器设备 三、试料准备 四、成型标准确定 五、试件制备 六、试件养生 七、试验步骤 八、计算某一具体含水量区间的干燥收缩系数 基层冲刷试验现有设备状况
利用MTS进行冲刷试验
室内冲刷试验机
抗冲刷性能试验方法 一、 目的和使用范围 本试验方法适用于水泥稳定类、石灰稳定类、二灰稳定类等基层材料进行抗冲刷试验。本试验方法包括：按照室内击实试验所确定的最大干密度和最佳含水量，采用静力压实或振动成型法制备试件，试件为圆柱体，高度与直径之比为1∶1。 二、仪器设备 三、试件形状、尺寸 四、试料准备 五、压实标准的确定 六、试件制备 七、试件养生 八、试验步骤 九、试验结果处理
结构类型选择 控制指标、标准 选择法 试验法 路面基层类型 材料组成—水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥混凝土类、沥青稳定类、无结合料粒料类； 力学行为—半刚性、柔性、刚性； 结构组成—骨架密实结构、骨架孔隙结构、悬浮密实结构、均匀密实结构。
各结构类型基层的特点 悬浮密实型混合料中的粗集料用量一般在50％左右，细集料含量较多，抗弯拉性能较好，适用于各等级公路的基层和底基层。 骨架密实型混合料中的粗集料用量一般在75％以上，细集料含量较少，压实混合料的嵌挤强度较高，抗裂性、抗冲刷性较好，宜用于高速公路和一级公路的基层。 骨架孔隙结构型混合料与骨架密实型混合料相比具有较高的孔隙率，适用于有较高路面内部排水要求的基层。 均匀密实型混合料建筑费用较低，可用作二级及二级以下公路路面的基层或底基层，不能用作高速公路和一级公路的基层。
粗集料骨架试验——级配
骨架密实水泥稳定碎石组成计算
结构类型的选择
混合料设计方法 半刚性基层材料混合料组成设计方法分两种，即选择法和试验法。 选择法 选择法适用于常见的水泥稳定碎石、二灰稳定碎石材料。对于这些材料，当其集料级配得到改善，或混合料结构类型由悬浮密实型向骨架密实型改变后，其路用性能也会随之改善，当其强度满足规范要求后其他性能也能满足相应要求。 试验法 实践中会因材料和施工设备等条件的变化提出超出常规的新的材料级配组成；并且，随着半刚性基层材料的发展，在各地的实践中采用了许多外加成分和新材料，如在混合料中加入各种填加剂、纤维、早强剂以及当地的工业废渣等。这些材料使用经验很少，仅从7天的抗压强度指标难以评判这些新材料的其他路用性能，对于它们需要进行充分的室内试验论证其可用性。 选择法——水泥稳定碎石
试验法 一、原材料 二、试验方法 1. 试件成型方法 2. 抗压强度 3. 收缩系数测定 4. 抗冲刷性能试验 三、多指标控制 设计指标及标准
施工现场
工程应用
|
|
|
