第三章道路基層

第三章路面基層基層的種類柔性基層：瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青貫入式、級(jí)配碎石、級(jí)配砂礫等；半剛性基層：水泥穩(wěn)定土或粒料、石灰與粉煤灰穩(wěn)定土或粒料；剛性基層：碾壓式水泥混凝土、貧混凝土；混合式基層：上部使用柔性基層，下部使用半剛性基層的為混合式基層。柔性基層的彈性模量：400-500MPa；半剛性基層的彈性模量：4000-8000MPa；剛性材料的彈性模量：30000MPa；第一節(jié)半剛性基層半剛性基層我國(guó)百分之九十以上的高速公路瀝青路面的基層或底基層采用了半剛性材料，這表明半剛性基層瀝青路面，已經(jīng)成為我國(guó)高等級(jí)公路的主要結(jié)構(gòu)類型。半剛性基層的類型與強(qiáng)度形成機(jī)理一、半剛性基層的主要形式基于大噸位汽車運(yùn)輸和交通量的迅速發(fā)展，半剛性基層瀝青路面被大量應(yīng)用于道路結(jié)構(gòu)中。半剛性基層多為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類，包括的主要類型有石灰穩(wěn)定類、水泥穩(wěn)定類和綜合穩(wěn)定類。在半剛性基層中，二灰穩(wěn)定碎石基層、水泥穩(wěn)定碎石基層和水泥粉煤灰碎石基層是使用較為普遍的幾種半剛性基層形式。它們都具有強(qiáng)度高、板體性能好、剛度大、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

二、半剛性材料的特點(diǎn)1、具有一定的抗拉強(qiáng)度；2、環(huán)境溫度對(duì)材料強(qiáng)度的形成和發(fā)展有很大的影響；3、強(qiáng)度和剛性都隨齡期增長(zhǎng)；4、剛性為柔性材料的數(shù)倍，但又明顯小于水泥混凝土。三、半剛性基層材料強(qiáng)度形成原理1石灰穩(wěn)定類材料強(qiáng)度形成原理石灰穩(wěn)定類材料包括石灰土、石灰砂、礫土、石灰碎石土等。其強(qiáng)度形成主要指石灰與細(xì)粒土的相互作用。土中摻入石灰，石灰與土發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，從而使土的工程性質(zhì)發(fā)生變化。初期表現(xiàn)為土的結(jié)團(tuán)，塑性降低，最佳含水量增大和最大干密度減小等；后期變化主要表現(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從而提高土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。1石灰穩(wěn)定類材料強(qiáng)度形成原理石灰加入土中發(fā)生的物理與化學(xué)反應(yīng)主要有離子交換、Ｃａ(ＯＨ)2(氫氧化鈣)的結(jié)晶、碳酸化和火山灰反應(yīng)。其結(jié)果使粘土膠粒絮凝，生成晶體Сａ(ＯＨ)2、СａСＯ3(碳酸鈣)和含水硅、鋁酸鈣等膠結(jié)構(gòu)，這些膠結(jié)構(gòu)逐漸由膠凝狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度與水穩(wěn)定性不斷提高。離子交換離子交換反應(yīng)是指石灰加入土中，在水的參與下易離解成Ca+離子和（OH）—離子，Ca+可與粘土膠體顆粒反離子層上K+

和Na+離子發(fā)生離子交換，其結(jié)果使待膠體吸附層減薄，從而使粘土膠體顆粒發(fā)生聚結(jié)，土的濕坍性得到改善。離子交換是石灰土初期強(qiáng)度形成的主要原因。

結(jié)晶作用Ｃａ(ＯＨ)2的結(jié)晶反應(yīng)是石灰吸收水分形成含水晶體，所生成的晶體相互結(jié)合，并與土粒結(jié)合起來形成共晶體，把土粒結(jié)成整體，從而使石灰土的穩(wěn)定性得到提高。碳酸化反應(yīng)碳酸化反應(yīng)是指Сａ(ＯＨ)2與空氣的СＯ2

反應(yīng)生產(chǎn)СａСＯ3

的過程。

當(dāng)石灰土的表層發(fā)生碳酸化反應(yīng)，

形成一層硬殼，從而阻礙СＯ2

的滲入，使碳酸化反應(yīng)過程較長(zhǎng)，所以它是石灰土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要原因之一。

火山灰反應(yīng)火山灰反應(yīng)是指土中的活性硅鋁礦物在石灰的堿性激發(fā)下解離，

在水的參與下與Сａ(ＯＨ)2反應(yīng)生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣的過程，所生成新的化合物與水泥水解后的產(chǎn)物相類同，

是一種水穩(wěn)性良好的結(jié)合料?；鹕交曳磻?yīng)是在不斷吸收水分的情況下逐漸發(fā)生的，因而具有水硬性性質(zhì)。碳酸化與火山灰反應(yīng)對(duì)提高石灰土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性起著決定性作用影響石灰土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素影響石灰土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素有土質(zhì)石灰的質(zhì)量與劑量養(yǎng)生條件與齡期等（1）土質(zhì)各種成因的亞砂土、亞粘土、粉土和粘土都可以用石灰來穩(wěn)定。一般來說，粘土顆粒的活性強(qiáng)、比表面積大、表面能量也較大，因而摻入石灰等活性材料后，所形成的離子交換、碳酸化作用、結(jié)晶作用和火山灰作用都比較活躍，故石灰土強(qiáng)度隨土的塑性指數(shù)增加而增大。但土質(zhì)過粘時(shí)，不易粉碎和拌和，反而影響穩(wěn)定效果，且易形成縮裂。石灰土的強(qiáng)度隨土的ｐＨ值增大而增大，這是因?yàn)橥林腥芤旱膲A性較大時(shí)，有利于土中硅鋁礦物等的解離，從而促進(jìn)石灰與土之間的火山灰反應(yīng)及其他化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。石灰土強(qiáng)度有隨土中ＣａＣＯ3含量增加而增大的趨勢(shì)，其原因是ＣａＣＯ3是一種難溶鹽,具有一定的膠結(jié)性，可使土的粘聚力得以提高。土中的某些鹽分及腐殖質(zhì)對(duì)石灰土有不良影響，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)一般呈酸性，使土的ｐＨ值降低。另外，有機(jī)質(zhì)本身水穩(wěn)性較差，遇水劇烈膨脹，致使土的強(qiáng)度降低，石灰土的強(qiáng)度有隨土的硅鋁率增大而減小的趨勢(shì)，這是由于硅鋁率增大，土中擴(kuò)張性晶體的粘土礦物(如蒙脫石)增多，其水穩(wěn)性降低。（2）、石灰的質(zhì)量與劑量各種化學(xué)組成的石灰均可用于穩(wěn)定土。但白云石石灰的穩(wěn)定效果優(yōu)于方解石石灰?；钚鸳常幔?ＭｇＯ的含量越高，穩(wěn)定效果越好。石灰細(xì)度愈大，其比表面愈大，在相同劑量下與土粒的作用愈充分，反應(yīng)愈快，因而效果越好。生石灰在灰土中消解可放出大量熱能，加速灰土的硬化，另外，剛消解的石灰呈膠狀Ｃａ(ＯＨ)2,其活性和溶解度均較高，能保證石灰與土中膠粒更好地作用，因而，采用生石灰穩(wěn)定土的效果優(yōu)于熟石灰穩(wěn)定土。但應(yīng)注意，用磨細(xì)生石灰穩(wěn)定土?xí)r，成型時(shí)間對(duì)其使用效果有著重要影響。成形過早，會(huì)因產(chǎn)生的水化熱過多使土體脹松；成形過晚，則水化熱不能得到充分利用，亦會(huì)影響其效果。一般磨細(xì)生石灰與土拌均后悶解約3ｈ成形，可取得最佳效果。石灰劑量是按消石灰占干土重的百分率計(jì)。石灰劑量較低時(shí)(小于3%～4%)，石灰主要起穩(wěn)定作用，使土的塑性、膨脹性、吸水量降低，具有一定的穩(wěn)定性。隨著石灰劑量的增加，石灰土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高，但當(dāng)劑量超過一定范圍時(shí)，過多的石灰在空隙中以自由灰存在，將導(dǎo)致石灰土的強(qiáng)度下降。石灰土的最佳劑量隨土質(zhì)不同而異，土的分散度越高則最佳劑量越大。最佳石灰劑量也與養(yǎng)生齡期有關(guān)，在28ｄ內(nèi)，最佳石灰劑量隨著齡期的增長(zhǎng)而增大，28ｄ后基本趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闀r(shí)間短參與反應(yīng)的石灰數(shù)量少，多余的石灰以“自由”狀態(tài)存在，對(duì)強(qiáng)度不利。隨著齡期的增長(zhǎng)，參與反應(yīng)的石灰逐漸增多，所需的石灰數(shù)量也相應(yīng)增多，而28ｄ后，反應(yīng)逐漸緩慢，最佳石灰劑量也就趨于穩(wěn)定。（3）、養(yǎng)生條件與齡期石灰土的強(qiáng)度形成需要一定的溫度和濕度。高溫和適當(dāng)?shù)臐穸葘?duì)石灰強(qiáng)度的形成是有利的，這是因?yàn)闇囟雀呖墒狗磻?yīng)過程加快，適當(dāng)?shù)臐穸葹椐常?ＯＨ)2結(jié)晶和火山灰反應(yīng)提供了必要的結(jié)晶水。但濕度過大(濕砂養(yǎng)生)會(huì)影響新生物的膠凝結(jié)晶硬化，從而影響石灰土強(qiáng)度的形成。石灰土的強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)大致符合指數(shù)規(guī)律。2水泥穩(wěn)定類材料強(qiáng)度形成原理水泥穩(wěn)定類材料包括水泥穩(wěn)定砂礫、砂礫土、碎石土、土等，其強(qiáng)度的形成主要是水泥與細(xì)粒土的相互作用。水泥礦物與土中的水分發(fā)生強(qiáng)烈的水解和水化反應(yīng)，同時(shí)從溶液中分解出Сａ(ＯＨ)2并形成其他水化物。水泥的各種水化物生成后，有的自行繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則與土相互作用，其作用形成有：離子交換及團(tuán)粒化作用硬凝反應(yīng)碳酸化作用。離子交換在水泥水化后的膠體中,Ｃａ(ＯＨ)2和Ｃａ2+，2(ＯＨ)-共存。而構(gòu)成粘土的礦物是以ＳｉＯ2為骨架合成的板狀或晶狀結(jié)晶，通常其表面會(huì)帶有Ｎａ+和Ｋ+。析出的Ｃａ2+與土中的Ｎａ+、Ｋ+進(jìn)行適量吸附交換。其結(jié)果使大量的土粒形成較大的土團(tuán)。由于水泥水化生成物Ｃａ(ＯＨ)2具有強(qiáng)烈的吸附活性，而使這些較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來，形成水泥土的鍵條狀結(jié)構(gòu)，并封閉土團(tuán)之間的孔隙，形成穩(wěn)定的聯(lián)結(jié)。硬凝反應(yīng)隨著水泥水化作用的深入，溶液中析出大量Сａ2+

，當(dāng)Сａ2+的數(shù)量超過上述離子交換需要量后，則在堿性環(huán)境中使組成粘土礦物的ＳｉＯ2和Ａｌ2Ｏ3的一部分或大部分同Ｃａ2+進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶礦物(即硬凝反應(yīng))。增大了土的強(qiáng)度。水泥水化物中的游離Ｃａ(ＯＨ)2不斷吸收水中的ＨＣＯ3-和空氣中的ＣＯ2,生成ＣａＣＯ3。這種反應(yīng)能使土固化，提高土的強(qiáng)度，但比硬凝反應(yīng)的作用差一些。2水泥穩(wěn)定類材料強(qiáng)度形成原理綜上所述，隨著結(jié)晶的進(jìn)行，結(jié)晶析出，也就是露出晶邊的Ａｌ3+的正電荷將吸引結(jié)合于已析出晶面的ＯＨ-的負(fù)電荷，結(jié)果晶面之間發(fā)生排斥，從而形成“晶邊—晶面結(jié)合”的蜂窩離狀結(jié)構(gòu)，把土中礦物顆粒包于蜂窩狀結(jié)構(gòu)中?？傊喾€(wěn)定土是水泥石的骨架作用與Ｃａ(ＯＨ)2的物理化學(xué)作用的結(jié)果，后者使粘土微粒和微團(tuán)粒形成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而水泥石則把這些團(tuán)粒包裹并接成堅(jiān)固的整體。影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要原因有土質(zhì)水泥成分與劑量水等影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素土的類別和性質(zhì)是影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度的重要因素之一。土的礦物成分對(duì)水泥穩(wěn)定土的性質(zhì)有重要影響。除有機(jī)質(zhì)或硫酸鹽含量高的土外，各種砂礫土、砂土、粉土和粘土均可用水泥穩(wěn)定。有少量蒙脫石類礦物和不含腐殖質(zhì)的各種積碳酸鹽土、覆蓋粘土和冰碳粘土用水泥穩(wěn)定后均可取得良好效果。由石英顆粒所組成的最佳級(jí)配土，由于土體的密實(shí)度很大，保證了水泥能充分表現(xiàn)其結(jié)合性質(zhì),因而適用于水泥穩(wěn)定。影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度隨水泥劑量的增加而增加，但考慮到水泥穩(wěn)定土的抗溫縮與抗干縮以及經(jīng)濟(jì)性效益時(shí)，應(yīng)有一個(gè)合理的水泥用量范圍。影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素含水量對(duì)水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度有重大影響。當(dāng)混合料中含水量不足時(shí)，水泥就要與土爭(zhēng)水，若土對(duì)水有較大的親和力時(shí)，就不能保證水泥完成水化和水解作用。影響水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要因素水泥穩(wěn)定土需要濕法養(yǎng)生，以滿足水泥水化的需要。水泥劑量大,養(yǎng)生溫度高時(shí)，其增長(zhǎng)速度大。水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。二者之間大致呈指數(shù)關(guān)系。第二節(jié)水泥穩(wěn)定碎石一、明確幾個(gè)基本概念1、水泥穩(wěn)定土用水泥做結(jié)合料所得混合料的一個(gè)廣義的名稱，它既包括用水泥穩(wěn)定各種細(xì)粒土，也包括用水泥穩(wěn)定各種中粒土和粗粒土。在經(jīng)過粉碎的或原來松散的土中，摻入足量的水泥和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實(shí)和養(yǎng)生后，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定的要求時(shí)，稱為水泥穩(wěn)定土。一、明確幾個(gè)基本概念2、水泥土：用水泥穩(wěn)定細(xì)粒土得到的強(qiáng)度符合要求的混合料，視所用的土類而頂，可簡(jiǎn)稱為水泥土、水泥砂或水泥石屑。3、水泥碎石：用水泥穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的強(qiáng)度符合要求的混合料，視所用的土類而頂，可簡(jiǎn)稱為水泥碎石、水泥砂礫。二、概述水泥穩(wěn)定碎石基層在我國(guó)的研究始于70年代，在此后的20多年中得到了迅速發(fā)展。水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的板體性、較高的強(qiáng)度和抗裂性能,以及較強(qiáng)的抗變形能力，因此已被廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路、城市道路和機(jī)場(chǎng)工程。三、問題然而在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石基層存在兩方面的問題:(1)水泥摻量小，基層的強(qiáng)度和模量太低;水泥摻量大，成本費(fèi)用過高。(2)干縮系數(shù)較大，容易產(chǎn)生早期的收縮裂縫，從而導(dǎo)致瀝青路面反射裂縫的過早出現(xiàn)，降低路面的使用壽命。1、裂縫產(chǎn)生原因分析1.1干縮裂縫水泥穩(wěn)定碎石在干燥空氣中硬化時(shí),隨著水分的減少,體積將收縮變形，每隔一段距離產(chǎn)生均勻的干縮裂縫。水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生干縮裂縫的原因與其水泥、水和碎石集料都有很大的關(guān)系。一方面混合料在凝結(jié)硬化過程中，水泥與水起水化反應(yīng)，消耗大量的水分。水泥含量越高，則消耗的水分越多。另一方面，碎石集料表面也要吸附水，集料中的細(xì)料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者，基層施工過程中，含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產(chǎn)生干縮裂縫。1.2溫縮裂縫水泥穩(wěn)定碎石同水泥混凝土一樣具有熱脹冷縮的性質(zhì)。在混合料硬化初期，水泥水化放出較多的熱量,但散熱緩慢，所以內(nèi)部溫度較高，使得內(nèi)部體積膨脹。而外部如遇氣溫急劇降低則冷卻收縮,內(nèi)脹外縮相互制約，產(chǎn)生較大的應(yīng)力。一旦應(yīng)力超過其極限抗彎拉強(qiáng)度，將產(chǎn)生溫縮裂縫。溫縮裂縫也呈橫向均勻分布。1.3反射裂縫反射裂縫特指由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化下產(chǎn)生收縮開裂，此種基層材料先開裂而后沿開裂基層向上方反射到瀝青面層而形成的裂縫，或者在行車荷載作用下，裂縫沿已開裂半剛性基層向上擴(kuò)展而形成的裂縫。由于水分的滲透，降低基層與土基的承載力，從而加劇路面破壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響路面的使用性能，縮短使用壽命，這已成為半剛性基層路面結(jié)構(gòu)的主要缺陷，也是造成高速公路瀝青路面早期損壞的重要原因之一。水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展的機(jī)理分析反射裂縫的產(chǎn)生溫度型反射裂縫荷載型反射裂縫反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理——溫度引起的疲勞水泥穩(wěn)定碎石基層溫度引起的膨脹和收縮裂縫發(fā)展瀝青罩面層底基層反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理——交通荷載引起的疲勞荷載水泥穩(wěn)定碎石基層交通荷載引起的移動(dòng)裂縫發(fā)展瀝青罩面層底基層裂縫增長(zhǎng)

溫度增減率使路面收縮更大

溫度引起的收縮翹曲反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理——表面引起的裂化瀝青罩面層中應(yīng)力影響線B瀝青罩面層裂縫尖端水泥穩(wěn)定碎石基層AC彎曲剪切影響因素趨勢(shì)溫度型反射裂縫荷載型反射裂縫界面模量K瀝青混合料勁度模量St瀝青面層厚度h裂縫寬度水泥穩(wěn)定碎石基層厚度h影響較小水泥穩(wěn)定碎石基層剛度影響較小影響較小地基模量影響較小影響較小水泥穩(wěn)定碎石線收縮系數(shù)影響較小反射裂縫影響因素反射裂縫的擴(kuò)展反射裂縫的縱向擴(kuò)展反射裂縫的橫向擴(kuò)展PPPPPP剪切模型撕開模型張開模型裂縫擴(kuò)展模式四、水泥穩(wěn)定碎石施工中的質(zhì)量控制施工質(zhì)量是重要原因，這既與施工水平有關(guān)，也與重視程度、施工管理有關(guān)。裂縫的控制往往是施工工藝與施工組織管理水平的綜合反映。四、水泥穩(wěn)定碎石施工中的質(zhì)量控制水泥穩(wěn)定碎石施工控制的主要內(nèi)容包括:加強(qiáng)集料的組織管理,保證集料級(jí)配與試驗(yàn)室的相符；水泥劑量準(zhǔn)確；保持基層材料強(qiáng)度的均勻性；控制碾壓層的厚度和含水量；提高基層的壓實(shí)度和整體性；并注意合理的養(yǎng)生。質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于:①嚴(yán)格控制混合料級(jí)配、水泥劑量及含水量；②確定合適的碾壓程序，保證壓實(shí)效果,達(dá)到較高的壓實(shí)度；③及時(shí)養(yǎng)生以防產(chǎn)生早期裂縫。采用的具體措施應(yīng)包括以下幾個(gè)方面:1.材料的組成設(shè)計(jì)（1）材料的選擇在滿足規(guī)范基本要求的情況下,盡量選擇含泥量較小、結(jié)構(gòu)致密、吸水率小、彈性模量較大的集料。水泥穩(wěn)定碎石基層的干縮應(yīng)變與材料的塑性指數(shù)有關(guān)。含泥量越大，塑性指數(shù)越高，基層的干縮應(yīng)變?cè)酱蟆?duì)于水泥的選用，一般來說，采用細(xì)度較粗、強(qiáng)度等級(jí)較低的水泥對(duì)減小收縮有利。1.材料的組成設(shè)計(jì)（2）配合比設(shè)計(jì)集料級(jí)配對(duì)混合料，特別是水泥混合料的強(qiáng)度有顯著影響，應(yīng)通過級(jí)配的合理調(diào)整，根據(jù)具體情況確定集料級(jí)配，盡可能采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，減少水泥含量，降低單方用水量，增加粗骨料的相對(duì)含量，限制細(xì)料含量。2、拌和廠的組織管理拌和廠的任務(wù)是根據(jù)室內(nèi)確定的各種不同粒級(jí)礦料的配合比,特別是規(guī)定的級(jí)配范圍、結(jié)合料劑量和最佳含水量拌制均勻的混合料。（1）是對(duì)于集料的組織管理，主要在于2個(gè)方面：①對(duì)于石料廠的管理，主要是維持石料生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，盡可能與特定的廠礦建立穩(wěn)定的聯(lián)系；②對(duì)于拌和站集料的管理，建立不同規(guī)格集料的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收制度，對(duì)于不同粒級(jí)的集料分別堆放，加強(qiáng)不同規(guī)格集料的堆放管理；一般集料堆不要過大，以防集料產(chǎn)生離析；對(duì)于細(xì)集料必須要覆蓋避雨；拌和站場(chǎng)地必須硬化。2、拌和廠的組織管理（2）是嚴(yán)格控制水泥劑量和用水量用水量難以控制是目前絕大多數(shù)拌和機(jī)難于生產(chǎn)出良好質(zhì)量半剛性材料的重要原因。許多拌和機(jī)的加水裝置往往就是一根橡皮管和一個(gè)閥門開關(guān)，因此建議派專人負(fù)責(zé)向拌和室加水，適當(dāng)調(diào)整加水量。嚴(yán)格控制碾壓時(shí)的含水量是提高基層抗干燥收縮開裂性能的重要措施之一。2、拌和廠的組織管理（3）就是加強(qiáng)設(shè)備管理和人員培訓(xùn)。加強(qiáng)操作工人的質(zhì)量意識(shí)，保證攪拌過程的規(guī)范性；定期對(duì)攪拌機(jī)的計(jì)量裝置進(jìn)行檢定，確保其計(jì)量精度。3、施工現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)要求采用攤鋪機(jī)攤鋪混合料，保證基層厚度符合設(shè)計(jì)，并達(dá)到要求的壓實(shí)度。延遲壓實(shí)、過度碾壓或碾壓不足均對(duì)水泥穩(wěn)定基層產(chǎn)生不利影響。對(duì)于水泥穩(wěn)定混合料，延遲時(shí)間越長(zhǎng)，其壓實(shí)度及強(qiáng)度損失越大。3、施工現(xiàn)場(chǎng)控制水泥水化反應(yīng)到達(dá)一定時(shí)間后，水泥膠結(jié)作用使水泥穩(wěn)定基層強(qiáng)度初步形成，此時(shí)若再進(jìn)行碾壓或過度碾壓，將使水泥穩(wěn)定基層表面產(chǎn)生薄面剪切和整體強(qiáng)度下降。同時(shí)，未充分壓實(shí)的混合料可導(dǎo)致局部區(qū)域孔隙率偏高，從而不僅影響基層強(qiáng)度，還影響抗凍性、溫縮性能和干縮性能以及抗疲勞性能。因此在基層施工時(shí)，一定要保證有足夠的壓實(shí)度以減少基層裂縫的產(chǎn)生。4.養(yǎng)護(hù)管理加強(qiáng)養(yǎng)生與養(yǎng)護(hù),也是優(yōu)化半剛性基層的一項(xiàng)簡(jiǎn)單卻很重要的措施。只有合適的養(yǎng)生,才能使半剛性材料的強(qiáng)度達(dá)到應(yīng)有的水平,因此半剛性基層需要特別注意養(yǎng)生,使其表層與下部完全結(jié)成一個(gè)整體,表層沒有松散顆粒。。4.養(yǎng)護(hù)管理①碾壓結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋養(yǎng)生，如采用塑料薄膜、濕麻袋等，確?；鶎颖砻嬖陴B(yǎng)生期間始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)，避免時(shí)干時(shí)濕的現(xiàn)象；養(yǎng)生結(jié)束后，應(yīng)立即噴灑透層瀝青或做下封層，并盡快鋪筑瀝青面層，避免讓基層長(zhǎng)時(shí)間暴曬，這是降低基層早期干縮的重要措施。②養(yǎng)生期內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)車輛的管理，禁止無關(guān)車輛通行，尤其是重型車輛。③對(duì)已出現(xiàn)收縮裂縫的路段，可采用適當(dāng)措施進(jìn)行局部防治，盡可能延緩收縮裂縫的進(jìn)一步開裂和發(fā)展，防止水分滲入路基，減小水損害。5.工程質(zhì)量檢測(cè)施工過程中，自檢人員和監(jiān)理應(yīng)一起對(duì)已完成基層隨機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。嚴(yán)格工程管理和監(jiān)理，對(duì)工程中常見病及時(shí)提出整治措施是質(zhì)量檢測(cè)的目的。工程質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目主要包括:壓實(shí)度指標(biāo)、平整度指標(biāo)以及厚度指標(biāo)。5.工程質(zhì)量檢測(cè)最重要的方法是鉆芯取樣法。由于水泥穩(wěn)定碎石是水硬性材料結(jié)合而成，因此強(qiáng)度高，整體性好，很適合于用鉆芯取樣法對(duì)其進(jìn)行比較直觀的質(zhì)量檢查。這既可以檢查鋪筑的實(shí)際厚度，也可以檢查芯樣各層次深度的壓實(shí)狀況，了解中下層深度的密度程度，及時(shí)調(diào)整壓實(shí)功率，壓路機(jī)振幅以及振頻等；同時(shí)通過將芯樣用切割機(jī)加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，可以測(cè)定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，準(zhǔn)確確定基層的承載力。

小結(jié)作為性能優(yōu)異的半剛性基層材料，水泥穩(wěn)定碎石是近幾年應(yīng)用廣泛的一種形式。但其在混合料配合比設(shè)計(jì)、施工拌制、壓實(shí)、養(yǎng)生等方面要求較為嚴(yán)格。施工質(zhì)量低劣，就會(huì)造成基層強(qiáng)度不足和水穩(wěn)性不良，以及因溫度收縮和干燥收縮引起瀝青路面的反射裂縫，導(dǎo)致高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)破壞。小結(jié)事實(shí)上，針對(duì)當(dāng)前水泥穩(wěn)定碎石基層存在的不足之處，如性脆、抗變形能力差、在溫度和濕度變化及荷載作用下易產(chǎn)生裂縫等，單純從理論和試驗(yàn)室進(jìn)行研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，良好的施工是保證水泥穩(wěn)定碎石質(zhì)量的一個(gè)重要內(nèi)容，也是水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層成功的關(guān)鍵之一。因此，加強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的施工控制是提高高等級(jí)公路路面使用性能的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也有助于減輕目前瀝青路面存在的重要問題———早期損壞，最大限度的提高經(jīng)濟(jì)效益。五、裂縫的處理目前對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的水穩(wěn)層收縮裂縫，一般都采用乳化瀝青碎石封層加貼玻纖格珊的處理方法。由于玻纖格珊是網(wǎng)格型材料，水穩(wěn)層表面又有一定的構(gòu)造深度，其與瀝青層間和水穩(wěn)層間的接觸為點(diǎn)線接觸，加筋作用難以充分發(fā)揮，盡管玻纖格珊強(qiáng)度很高，但僅能部分提供水平向的拉伸而不能承受豎向剪力的作用。實(shí)際上水穩(wěn)層收縮裂縫形成初期并不影響其整體強(qiáng)度，如使用中雨水自上而下滲入裂縫中就會(huì)導(dǎo)致裂縫的唧漿，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的破壞。裂縫的處理因此，對(duì)于水穩(wěn)層的收縮裂縫的處治應(yīng)重點(diǎn)考慮防止瀝青面層的的雨水滲入到水穩(wěn)層的裂縫內(nèi)，因此選擇施工方便、價(jià)格適中、不影響層間聯(lián)結(jié)的貼縫材料是控制水穩(wěn)層收縮裂縫影響整個(gè)路面結(jié)構(gòu)使用的關(guān)鍵，隨著新材料的不斷出現(xiàn)，諸如聚酯玻纖布一類的土工合成防裂材料已在工程中得到初步應(yīng)用。但其長(zhǎng)期的使用性能尚待進(jìn)一步研究。六、在設(shè)計(jì)上解決半剛性基層裂縫的方法目前，國(guó)內(nèi)外解決半剛性基層裂縫有多種方法：1、是改善瀝青面層類型，采用較厚的面層結(jié)構(gòu)以及采用高性能瀝青粘結(jié)料；2、路面面層采用改性瀝青或在瀝青混合料中加入聚合物纖維3、在半剛性基層和瀝青面層間設(shè)置應(yīng)力隔離層，一般采用級(jí)配碎石層或?yàn)r青碎石；4、在半剛性基層和面層間設(shè)置應(yīng)力吸收層，一般采用人工合成材料如土工布、土工格柵來減小裂縫尖端的應(yīng)力；在設(shè)計(jì)上解決半剛性基層裂縫的方法5、從改變半剛性基層自身的特性來減少反射裂縫，常見的方法是降低半剛性基層的水泥用量，減少基層干縮和溫縮量，從而降低裂縫的產(chǎn)生率。6、目前國(guó)外還有通過預(yù)壓使得基層出現(xiàn)微裂縫，使基層成為相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的小塊，這不僅僅消減了水分散失和溫度變化引起的應(yīng)力集中，同時(shí)使得基層仍為一個(gè)整體確保強(qiáng)度。7、摻粉煤灰由于粉煤灰的活性及其與水泥良好的相容性，用適量的粉煤灰替代部分水泥不僅不會(huì)降低水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度和模量，反而有一定程度的增強(qiáng)。從抗壓強(qiáng)度、壓縮模量、劈裂強(qiáng)度、劈裂模量以及干縮系數(shù)等方面對(duì)粉煤灰-水泥穩(wěn)定碎石基層的力學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，并與水泥穩(wěn)定碎石基層作對(duì)比。表明：對(duì)傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石混合料中的部分水泥用粉煤灰替代有利于提高基層的強(qiáng)度和模量，增強(qiáng)基層的抗干縮性能。從圖中可以看出,7ｄ齡期時(shí)混合料Ａ、Ｂ均開始形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),但Ａ的空隙比較明顯,而Ｂ中的粉煤灰顆粒在集料骨架中起填隙作用,比較密實(shí)。Ａ中有大量的未被水化Ｃ3Ｓ核,呈絮凝狀,其他水化產(chǎn)物很少。Ｂ中粉煤灰表面基本無水化物,粉煤灰顆粒還未被水化,此時(shí)粉煤灰對(duì)強(qiáng)度基本沒有影響。

14ｄ齡期時(shí),Ａ中出現(xiàn)纖維狀水化硅酸鈣ＣＳＨ晶體、板塊狀的Ｃａ(ＯＨ)2晶體及六角板狀的水化鋁酸鈣Ｃ4ＡＨ13晶體;Ｂ中部分粉煤灰開始水解,表面變得較為模糊。由于粉煤灰火山灰效應(yīng),促進(jìn)水泥水化,混合料Ｂ中ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體明顯比Ａ中要多。

28ｄ齡期時(shí),圖3可以看出,混合料Ａ中水泥水化,ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體大量增多,產(chǎn)生大量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),強(qiáng)度形成;從圖7看出混合料Ｂ中粉煤灰水泥間界面聯(lián)結(jié)狀況和ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體,由于粉煤灰火山灰效應(yīng),進(jìn)一步促進(jìn)水泥水化,產(chǎn)生了大量的水化凝膠,提高了強(qiáng)度,但是還存在孔隙,所以強(qiáng)度提高并不十分明顯。

60ｄ齡期時(shí),混合料Ａ中產(chǎn)生大量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),水泥水化的膠結(jié)體已形成一個(gè)整體,但與28ｄ齡期時(shí)變化不很明顯;而Ｂ中粉煤灰顆粒三大效應(yīng)明顯,并產(chǎn)生大量凝膠和晶體,使混合料孔隙變小,水泥粉煤灰間的界面聯(lián)結(jié)緊密,這些相互交錯(cuò)嵌擠的水化凝膠及晶體增強(qiáng)了水化水泥粉煤灰界面間的抗剪能力,混合料在這些微結(jié)構(gòu)方面的變化,使其60ｄ齡期強(qiáng)度大大提高。

在水泥穩(wěn)定碎石基層混合料中摻加一定量的粉煤灰,能促進(jìn)水泥水化,生成ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體,改善界面粘結(jié)性能,使混合料孔隙變小,結(jié)構(gòu)更加緊密,從而提高了混合料的后期強(qiáng)度,增強(qiáng)混合料抗破壞能力。所以,水泥穩(wěn)定碎石基層材料中摻加一定量的粉煤灰,能更好地提高其路用性能?？偨Y(jié)水泥穩(wěn)定碎石基層不僅因其在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，如具有強(qiáng)度高、剛度大、整體性強(qiáng)、水穩(wěn)性和抗凍性好等特點(diǎn)，而且由于原材料來源廣泛、價(jià)格低廉，仍將是高等級(jí)公路路面的基層的主要形式之一。其存在的問題可以通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、應(yīng)用新技術(shù)、嚴(yán)格控制施工各環(huán)節(jié)、加強(qiáng)監(jiān)理而得到解決。國(guó)外的半剛性結(jié)構(gòu)使用與我國(guó)不同(1)結(jié)構(gòu)上設(shè)置有排水層,以減少?zèng)_刷;(2)在國(guó)外使用的半剛性基層,其強(qiáng)度一般并不太高,為了減少收縮,水泥劑量和細(xì)料量較少,水泥用量有的控制在2%左右,只有在底基層的水泥土強(qiáng)度要求高一些。而我們現(xiàn)在水泥用量一般為4-5%;(3)水泥穩(wěn)定碎石基層上面經(jīng)常設(shè)置級(jí)配碎石層作為過渡層,以減少反射縫和排水,成為倒裝結(jié)構(gòu),在我國(guó)由于它彎沉大而得不到推廣?，F(xiàn)在越來越多的國(guó)內(nèi)學(xué)者也紛紛轉(zhuǎn)向了國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用了半個(gè)世紀(jì)的柔性基層路面結(jié)構(gòu)。第三節(jié)柔性基層隨著交通量的迅速增加和重載交通的日益增多，從路面結(jié)構(gòu)形式來看，傳統(tǒng)的單一粒料基層已不能適應(yīng)交通發(fā)展的需要，與我國(guó)地域廣闊、氣候各異，以及各地經(jīng)濟(jì)水平和交通量差別較大的現(xiàn)狀不相適應(yīng)。柔性基層的類型我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》上規(guī)定：新建瀝青路面的基層按結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)要求，選用瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青貫入式、級(jí)配碎石、級(jí)配砂礫等的為柔性基層；柔性基層的類型柔性路面基層中用的較多也就是瀝青穩(wěn)定碎石和級(jí)配碎石，它們通常會(huì)有較多的碎石顆粒（粒徑5mm或2.5mm以上），而且對(duì)級(jí)配要求較松，級(jí)配范圍寬，因此其空隙率較大，一般在3—6%之間，瀝青穩(wěn)定碎石具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，它是高級(jí)瀝青面層之一，可以在中等交通道路上用作面層或基層。1.級(jí)配碎石級(jí)配碎石是將一定的級(jí)配的碎石碾壓而成的一種材料,由于不使用膠結(jié)料,這種材料不具有抗拉的能力,因此有的將其作為半剛性基層或者水泥路面加鋪層上面的應(yīng)力消散層,作為阻止反射裂縫發(fā)展的一種功能層。對(duì)于柔性路面的結(jié)構(gòu)層,由于承載能力不高,級(jí)配碎石一般用于鋪筑底基層,或者路基上的整平層,用以加強(qiáng)路基。1.級(jí)配碎石在良好的壓實(shí)條件下,級(jí)配碎石層的強(qiáng)度也能達(dá)到良好的水平,國(guó)外有將其應(yīng)用于基層的成功例子。1.級(jí)配碎石的特點(diǎn)級(jí)配碎石作為一種松散材料，可部分吸收和緩解半剛性基層所產(chǎn)生的反射裂縫，同時(shí)還具有一定的排水作用，減輕半剛性基層路面的沖刷唧漿現(xiàn)象，這已在國(guó)內(nèi)外很多工程實(shí)踐中得到驗(yàn)證，如西安試驗(yàn)路中的級(jí)配碎石路段。1.級(jí)配碎石的特點(diǎn)當(dāng)級(jí)配碎石層下鋪設(shè)有半剛性下臥層時(shí)，級(jí)配碎石的非線性特性可得到充分發(fā)揮，可大大增強(qiáng)抵抗塑性變形的能力。尤其值得一提的是，當(dāng)級(jí)配碎石層鋪筑在軟土地基上時(shí)，由于其較好的協(xié)調(diào)性，可部分減小地基不均勻沉降對(duì)上層路面結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。1.級(jí)配碎石的特點(diǎn)在優(yōu)良設(shè)計(jì)（級(jí)配和厚度設(shè)計(jì)）和精心施工（控制壓實(shí)度）時(shí)，在重復(fù)荷載作用下級(jí)配碎石層產(chǎn)生的塑性變形可控制在較小的范圍內(nèi)，不會(huì)導(dǎo)致路面產(chǎn)生過大的車轍。2、瀝青穩(wěn)定碎石瀝青穩(wěn)定基層材料是以瀝青作為結(jié)合料,將松散的碎石、礫石、砂等粒料拌和成混合料,經(jīng)過攤鋪、碾壓而成為一種可以承受荷載的路面基層材料。2、瀝青穩(wěn)定碎石瀝青碎石,可以看作是瀝青加筋的級(jí)配碎石,這種混合料空隙率較大,在12%左右,瀝青用量少,低于4%。具有一定的抗車轍性能,一般用于基層或者下基層,國(guó)外也有用于排水結(jié)構(gòu)層的。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較1路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布由于半剛性材料的板體性強(qiáng)、承載力大,擴(kuò)散荷載的能力強(qiáng),柔性基層路面通常比半剛性路面厚許多。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較1路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布從圖1的數(shù)據(jù)中可以看出,壓應(yīng)力在面層頂面最大,隨深度增加,壓應(yīng)力逐漸減小,達(dá)到某一深度時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓應(yīng)力恰好為0,深度繼續(xù)增加,這時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力開始增大,一般最大彎拉應(yīng)力出現(xiàn)在基層的底面。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較剪應(yīng)力延路面深度的分布情況,其峰值主要分布在面層0~10cm的范圍內(nèi),在重載、超載的條件下這一影響深度會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大,但是剪應(yīng)力的分布范圍主要集中在0~15cm的范圍。也就是說,剪應(yīng)力的影響范圍主要集中在面層、基層。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較一般認(rèn)為瀝青層越厚越容易產(chǎn)生車轍。國(guó)外研究表明當(dāng)瀝青層厚度小于18cm時(shí),車轍隨瀝青層增加而增大,但是當(dāng)瀝青層厚度超過18cm時(shí),車轍與厚度的關(guān)系就不大了,這再次證明路面剪應(yīng)力的影響范圍主要在面層和基層。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較2兩種路面結(jié)構(gòu)破壞模式（1）材料特點(diǎn)半剛性基層承載力大、剛度大、模量高、板體性強(qiáng)、彎沉小而且投資經(jīng)濟(jì),缺點(diǎn)在于這種材料變形小,特別是溫縮、干縮變形大,易開裂,屬于脆性材料。柔性材料如:級(jí)配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石等等。材料屬于粘彈性材料,韌性好,有一定自愈能力,但變形大,彎沉大,因此路面厚度也大,投資成本亦高。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（2）半剛性基層路面的破壞模式由于半剛性基層材料溫縮和干縮特性,以及材料本身的脆性,裂縫的產(chǎn)生不可避免。裂縫的存在導(dǎo)致三種結(jié)果:柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較首先當(dāng)車輪從裂縫的一側(cè)經(jīng)過到達(dá)裂縫的另一側(cè)時(shí),形成突變,并在裂縫處產(chǎn)生較大應(yīng)力集中,表現(xiàn)為面層在裂縫處的上下剪切和層底彎拉,這些應(yīng)力,加之溫度應(yīng)力的綜合、反復(fù)作用,最終導(dǎo)致面層疲勞破壞而產(chǎn)生反射裂縫;柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較其二,水沿裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi),在行車荷載作用下,對(duì)基層、底基層、路基形成水力沖刷,將材料中的細(xì)料唧出,材料松散并形成坑槽,半剛性基層失去板體性,彎沉迅速增大,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破損;柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較第三,界面上水的存在改變了界面接觸條件,于是結(jié)構(gòu)不再連續(xù),界面成為半連續(xù)甚至光滑接觸模式,這種情況使得路面的受力狀態(tài)變得十分不利,瀝青層底有可能出現(xiàn)超過極限拉應(yīng)力,導(dǎo)致瀝青面層開裂,承載力降低,產(chǎn)生車轍等病害,成為導(dǎo)致路面破壞的又一原因。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較半剛性基層路面的破壞一般從半剛性基層的縮裂開始,然后破壞由基層向面層和路基延伸,最終發(fā)展為整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的破壞,因此這種路面破壞模式屬于路面的結(jié)構(gòu)性破壞。一旦損壞,維修養(yǎng)護(hù)是目前面臨的一個(gè)大難題。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路面的破壞模式只要路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工不出現(xiàn)問題,柔性基層路面的破壞一般始于面層,由于面層的車轍、開裂,這些破壞從上到下的順序發(fā)展、延伸,其破壞屬于功能性破壞。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路面的破壞模式面層破壞形式有車轍、top-down裂縫和down-top裂縫,但是最主要的破壞還是車轍。車轍主要是由于路面結(jié)構(gòu)處于反復(fù)剪切應(yīng)力狀況下而產(chǎn)生的塑性蠕變累積,路面最大剪切應(yīng)力主要產(chǎn)生于5-10cm的范圍內(nèi);柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路