半剛性基層材料優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制二

公路基層術(shù)培訓(xùn)半剛性基層材料優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制

主要內(nèi)容一、瀝青路面基層、底基層使用情況二、基層、底基層分類三、基層、底基層材料組成設(shè)計(jì)指標(biāo)四、基層、底基層集料級(jí)配五、半剛性基層材料優(yōu)化設(shè)計(jì)六、半剛性基層施工質(zhì)量控制一、瀝青路面基層、底基層

使用狀況國(guó)內(nèi)以半剛性基層為主，20多年，90%以上的高等級(jí)公路采用半剛性材料作為基層，瀝青路面實(shí)際上是半剛性基層瀝青路面。

使用情況：①有成功：適合重載、大交通量使用，彎沉、車轍小；②有失敗：裂縫、返漿、疲勞破壞；半剛性基層特點(diǎn)：

①?gòu)?qiáng)度高、具有板體性，

②強(qiáng)度、剛度隨齡期增長(zhǎng)，

③水穩(wěn)性好

④材料易得、造價(jià)相對(duì)較低。

因此：如何使用爭(zhēng)議大但在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍然是主要的基層類型半剛性基層突出的問(wèn)題及原因

（1）容易收縮開裂，并形成路面的反射裂縫。（2）有沖刷現(xiàn)象并進(jìn)一步使路面脫空、開裂。（3）對(duì)荷載變化比較敏感，超載后破壞較快。（4）剛度大引起瀝青面層內(nèi)部剪應(yīng)力增加，使出現(xiàn)車轍、擁包的可能性增加。（5）半剛性基層瀝青路面使壽命低于設(shè)計(jì)壽命，甚至出現(xiàn)提前破壞現(xiàn)象。解決問(wèn)題的途徑1挖掘半剛性材料潛力－材料設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)相結(jié)合2優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)－根據(jù)力學(xué)特性優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)3改進(jìn)施工工藝－采用先進(jìn)施工設(shè)備與方法4加強(qiáng)質(zhì)量控制－提高質(zhì)控意識(shí)，加強(qiáng)“產(chǎn)品”概念二、基層、底基層的分類無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類整體型基層水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類工業(yè)廢渣穩(wěn)定類嵌鎖型級(jí)配型泥結(jié)碎石泥灰結(jié)碎石填隙碎石級(jí)配碎石級(jí)配礫石粒料類嵌鎖型和級(jí)配型公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ014-86）有結(jié)合料穩(wěn)定類型無(wú)結(jié)合料穩(wěn)定類型有機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類型無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類型熱拌瀝青碎石基層乳化瀝青瀝青碎石瀝青貫入碎石水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類工業(yè)廢渣穩(wěn)定類嵌鎖型級(jí)配型泥結(jié)碎石泥灰結(jié)碎石填隙碎石級(jí)配碎石級(jí)配礫石無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類型無(wú)結(jié)合料穩(wěn)定類型底基層公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ014-97）半剛性基層、底基基層熱拌瀝青碎石基層、底基層貫入式瀝青碎石水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類填隙碎石級(jí)配碎石柔性基層、底基層石灰、粉煤灰穩(wěn)定定類水泥、粉煤灰穩(wěn)定定類公路瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范（JTGD50-2006）泥結(jié)碎石剛性基層貧混凝土振碾混凝土重載交通如何提出的？水泥穩(wěn)定類骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)骨架孔隙結(jié)構(gòu)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)二灰穩(wěn)定類骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化瀝青碎石基層半開級(jí)配瀝青碎碎石（AM）開級(jí)配瀝青碎石（（ATPB）密級(jí)配瀝青碎石大粒徑瀝青碎石（（LSM）瀝青穩(wěn)定碎石（ATB）貧混凝土基層多孔混凝土密級(jí)配型混凝土長(zhǎng)壽命/永久性路面重載交通三、基層、底基層層混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)水泥穩(wěn)定類材料的的壓實(shí)度及七天無(wú)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度位層高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三級(jí)公路基層3.02.5～3.02.0～2.51.7～2.0底基層≥1.5≥1.5≥1.3≥1.0（JTJ014-86）模糊階段水泥穩(wěn)定類材料的的壓實(shí)度及七天無(wú)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度層位土類高速公路、一級(jí)公路二級(jí)、二級(jí)以下公路壓實(shí)度(%)抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度(%)抗壓強(qiáng)度(MPa)基層集料≥983～4≥972～3細(xì)粒土——≥95底基層集料≥96≥2.0≥95≥1.5細(xì)粒土≥95≥93（JTJ014-1997）清醒階段按照交通等級(jí)確定定相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)交通等級(jí)BZZ-100KN累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne(萬(wàn)次/車道)大客車及中型以上的各種貨車（輛次/日/車道）輕交通<300<600中等交通300～1200600～1500重交通1200～25001500～3000特重交通＞2500＞3000層位穩(wěn)定類型特重交通重、中交通輕交通壓實(shí)度(%)抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度(%)抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度(%)抗壓強(qiáng)度(MPa)基層集料≥983.5～4.5≥983～4≥972.5～3.5細(xì)粒土————≥96底基層集料≥97≥2.5≥97≥2.0≥96≥1.5細(xì)粒土≥96≥96≥95水泥穩(wěn)定類材料的的壓實(shí)度及七天無(wú)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（JTGD50-2006）明確階段水穩(wěn)碎石歷年主要要指標(biāo)對(duì)比位層高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三級(jí)公路基層≥1.2≥1.0≥0.8≥0.6底基層≥0.7≥0.7≥0.6≥0.5石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實(shí)度及及七天無(wú)側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度（JTJ014-86）石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實(shí)度及及七天無(wú)側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度層位土類高速、一級(jí)公路二級(jí)、二級(jí)以下公路壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)基層集料≥98≥0.8≥97≥0.6細(xì)粒土——≥95底基層集料≥96≥0.5≥95≥0.5細(xì)粒土≥95≥93（JTJ014-1997）石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實(shí)度及及七天無(wú)側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度（JTGD50-2006）層位穩(wěn)定類型特重、重、中交通輕交通壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)基層集料≥98≥0.8≥97≥0.6細(xì)粒土——≥96底基層集料≥97≥0.6≥96≥0.5細(xì)粒土≥96≥95二灰碎石歷年主要要指標(biāo)對(duì)比中冰凍、重冰凍區(qū)區(qū)的高速公路、一級(jí)級(jí)公路采用石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料做基層時(shí)，應(yīng)應(yīng)進(jìn)行抗凍性能檢驗(yàn)?？箖鲂阅懿捎?8天齡期的試件經(jīng)18℃至-18℃的5次凍融循環(huán)后的殘殘留抗壓強(qiáng)度與28天齡期的抗壓強(qiáng)度度（MPa）之比進(jìn)行評(píng)價(jià)。。石灰粉煤灰抗凍性性能技術(shù)要求氣候分區(qū)重凍區(qū)中凍區(qū)殘留抗壓強(qiáng)度比(%)≥70≥65試驗(yàn)：在－18±1℃下，凍8小時(shí)，在+18±1℃下，融化8小時(shí)，即16小時(shí)作為一次凍融融循環(huán)，經(jīng)5次凍融循環(huán)后，測(cè)試試件殘留強(qiáng)度度，計(jì)算殘留強(qiáng)度度比：式中：——5次凍融循環(huán)后的殘殘留強(qiáng)度比（%）；——未經(jīng)凍融試件的飽飽水抗壓強(qiáng)度平均均值(MPa)；——經(jīng)5次凍融循環(huán)后的試試件飽水抗壓強(qiáng)度度平均值(MPa)。5次凍融循環(huán)后的殘殘留強(qiáng)度比應(yīng)符合合規(guī)范要求。水泥粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實(shí)度及及七天無(wú)側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度（JTGD50-2006）層位類別特重、重、中交通輕交通壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)壓實(shí)度（%）抗壓強(qiáng)度(MPa)基層集料≥981.5～3.5（3-4.5）≥971.2～1.5底基層集料≥97≥1.0≥96≥0.6強(qiáng)度適中、節(jié)約成成本、環(huán)境保護(hù)級(jí)配碎石中間層——壓實(shí)度應(yīng)大于100%，CBR值不應(yīng)小于100%基層——壓實(shí)度應(yīng)大于98%，CBR值不應(yīng)小于100%底基層——壓實(shí)度應(yīng)大于96%，CBR值不應(yīng)小于80%。級(jí)配礫石或天然砂砂礫基層——壓實(shí)度不應(yīng)小于98%，CBR值不應(yīng)小于80%；底基層——壓實(shí)度不應(yīng)小于96%，CBR值不應(yīng)小于40%（輕交通）。CBR值不應(yīng)小于60%（中等交通）。貧混凝土基層材料料的強(qiáng)度要求試驗(yàn)項(xiàng)目特重、重交通中交通28天齡期抗彎拉強(qiáng)度(MPa)2.5～3.52.0～3.028天齡期抗壓強(qiáng)度(MPa)12～209～167天齡期抗壓強(qiáng)度(MPa)9～157～12四、基層、底基層層集料級(jí)配水泥穩(wěn)定類顆粒組組成（JTJ014-86）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）504020105210.50.250.0740.002基層10090～10055～10040～10030～9018～6810～556～453～360～30底基層10050～10015～1000～500～30水泥穩(wěn)定類集料級(jí)級(jí)配（JTJ014-1997）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基層10088～9957～7729～4917～358～220～7底基層10093～9874～8949～6929～5218～388～220～7骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)穩(wěn)定類集料級(jí)配（JTGD50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）31.519.09.504.752.360.60.075基層10068～8638～5822～3216～288～150～3懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)穩(wěn)定類集料級(jí)配（JTGD50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基層10090～10060～8029～4915～326～200～5底基層10093～10075～9050～7029～5015～356～200～5水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配配的發(fā)展P4.75=60P4.75=39P4.75=27石灰粉煤灰穩(wěn)定碎碎石的級(jí)配范圍（JTJ014-1997）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基層10081～9852～7030～5018～3810～276～200～7底基層10090～10072～9048～6830～5018～3810～276～200～7骨架密實(shí)型石灰粉粉煤灰穩(wěn)定類集料料級(jí)配（JTGD50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）31.526.519.09.504.752.361.180.60.075基層10095～10048～6824～3411～216～162～120～60～3懸浮密實(shí)型石灰粉粉煤灰穩(wěn)定碎石的的集料級(jí)配（JTGD50-2006）層位通過(guò)下列方篩孔（mm）的質(zhì)量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基層10088～9855～7530～5016～3610～254～180～5底基層10094～10079～9251～7230～5016～3610～254～180～5XM:P=40%GM:P=16%級(jí)配碎石混合料的的級(jí)配組成層位通過(guò)下列篩孔(mm)質(zhì)量百分比(%)37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.074基層10090-10075-9060-8553-8048-7440-6525-5018-4013-329-256-203-130-710085-9566-7854-7150-6441-5125-3315-238-165-113-82-60-710085-9566-8044-5637-4831-4128-3818-2812-208-145-114-80-6底基層及墊層95-10085-10075-9060-8253-7848-7440-6525-5018-4013-329-256-203-130-710085-10065-10042-6720-4010-278-205-180-1010080-10056-8730-6018-4610-335-200-10P4.75=P4.75+6%五、半剛性基層材材料級(jí)配

優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)成型方法1振動(dòng)法確定壓實(shí)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方法2振動(dòng)法成型試件方方法混合料組成計(jì)算方方法1.骨架的性能2.細(xì)集料的性能3.體積法級(jí)配設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)類型半剛剛性材料的路用性性能試驗(yàn)1強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度、、劈裂強(qiáng)度）2模量（抗壓回彈模模量）3收縮系數(shù)（溫縮系系數(shù)、干縮系數(shù)））研究?jī)?nèi)容及方案級(jí)配推薦1.給出性能良好的級(jí)級(jí)配2.給出最佳填充系數(shù)數(shù)范圍

確定壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的方法試件成型方法均勻密實(shí)結(jié)構(gòu)擊實(shí)靜壓法懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)擊實(shí)法/振動(dòng)靜壓法/振動(dòng)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)振動(dòng)法振動(dòng)法骨架孔隙結(jié)構(gòu)振動(dòng)法振動(dòng)法成型方法骨架性能研究1.骨架類別：1、連續(xù)級(jí)配骨架：：由泰波公式計(jì)算得得到的級(jí)配組合而而成的主骨架。2、級(jí)配嵌擠骨架為了便于對(duì)主骨架架級(jí)配的研究，將將主骨架的各級(jí)粒粒徑分為4段：19mm~16mm、16mm~13.2mm、13.2mm~9.5mm、9.5mm~4.75mm，每段粒徑都有一一定的含量，區(qū)別別只是每段粒徑含含量不同，如級(jí)配配1、4、6，4段的含量比例分別別為：47：23：15：15、15：23：47：15、15：15：23：47。3、單級(jí)嵌擠骨架如果級(jí)配嵌擠骨架架中的其中一檔粒粒徑含量較多，承承擔(dān)了主要的嵌擠擠作用，其它粒徑徑對(duì)嵌擠作用只起起輔助作用，如級(jí)級(jí)配單，四段粒徑徑含量比例為67：17：10：6，主要是由19mm~16mm這檔料形成嵌擠。。2.骨架級(jí)配骨架類型級(jí)配編號(hào)通過(guò)下列篩孔(mm)的百分率(%)191613.29.54.75級(jí)配骨架單級(jí)嵌擠單100331660級(jí)配嵌擠15330152773015385381548562155857023685704774825108532515單粒級(jí)骨架9—100———10——100——11———100—12————100級(jí)配骨架連續(xù)級(jí)配n=0.451008568420n=0.558366403.骨架性能級(jí)配骨架4.骨架設(shè)計(jì)指標(biāo)第一類：骨架主體體偏細(xì)，級(jí)配編號(hào)號(hào)為6，其特點(diǎn)是4.75mm－9.5mm粒級(jí)的含量達(dá)47％，骨架強(qiáng)度（CBR為127.3％）不高，離析少少。第二類：骨架主體體偏粗，級(jí)配編號(hào)號(hào)為1、7、8，其16mm－19mm粒級(jí)的含量在50％左右，骨架強(qiáng)度度波動(dòng)范圍較大，，CBR變化范圍在125％－150％，由于第一檔集集料比例較大，施施工過(guò)程中易于產(chǎn)產(chǎn)生離析。第三類：骨架主體體粗細(xì)適中，級(jí)配配編號(hào)為4、5，空隙率的波動(dòng)范范圍30.8－31.1％，骨架強(qiáng)度的變變化范圍是132.9％－153.5％，波動(dòng)范圍較小小，性能穩(wěn)定，施施工和易性好。骨架的要求：強(qiáng)度度與離析強(qiáng)度：CBR》120％離析：Vv＝30％－32％4號(hào)骨架最優(yōu)：比比列：23：47：15、15細(xì)集料性能研究1.細(xì)集料級(jí)配：連續(xù)級(jí)配骨架由由泰波公式計(jì)算得得到的級(jí)配組合。。細(xì)集料性能研究2.細(xì)集料性能：擊實(shí)方法：最佳級(jí)級(jí)配范圍在n＝0.4－0.6；振動(dòng)方法：其最佳佳級(jí)配在n＝0.6－0.8；細(xì)集料的級(jí)配建議議取n=0.6。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)1.基本思想：根據(jù)體積參數(shù)和密密度參數(shù)，確定粗粗、細(xì)集料的用量量，合成出級(jí)配曲曲線，性能研究，，最佳的填充系數(shù)數(shù)范圍，最佳級(jí)配配范圍。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)2.不同填充系數(shù)下的的級(jí)配：體積法級(jí)配設(shè)計(jì)2.不同填充系數(shù)下的的性能：（1）CBR還無(wú)法甄別出最佳佳的骨架類型，說(shuō)說(shuō)明CBR用于評(píng)價(jià)級(jí)配的結(jié)結(jié)構(gòu)性具有局限性性，還應(yīng)輔以其他他的性能試驗(yàn)結(jié)果果來(lái)證明，但最優(yōu)優(yōu)的填充系數(shù)應(yīng)在在0.9左右。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)（2）回彈模量（1）骨架結(jié)構(gòu)越粗，，則它的回彈模量量值也會(huì)表現(xiàn)出較較大的值；（2）混合料回彈模量量的大小排序與骨骨架模量排序相同同，說(shuō)明骨架強(qiáng)度度對(duì)混合料的強(qiáng)度度起決定性作用，，骨架決定強(qiáng)度。。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)（3）累計(jì)塑性變形由于細(xì)集料的填充充，在最佳填充系系數(shù)下，使縮性變變形產(chǎn)生了大幅度度的降低，說(shuō)明細(xì)細(xì)集料的填充作用用對(duì)降低碎石集料料的永久變形具有有主導(dǎo)作用。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)（4）最佳填充系數(shù)的的確定集料的骨架類型單146回彈模量（Mpa）550-850400-700450-800300-650永久變形范圍1-8mm1-8mm1-7mm2-6mm最佳的K值K=0.5K=0.7K=0.9K=0.7最佳K下的模量和變形E=740l=2.6mmE=700l=3.1mmE=700l=1.5mmE=650l=2.8mm綜合考慮CBR、回彈模量與永久久變形，認(rèn)為4，0.9達(dá)到嵌擠骨架密實(shí)實(shí)結(jié)構(gòu)，該級(jí)配路路用性能最好；從理論上講，填充充系數(shù)為1.0時(shí)，混合料達(dá)到完完全骨架－密實(shí)結(jié)結(jié)構(gòu)，這對(duì)純級(jí)配配碎石是比較合適適的，對(duì)于水泥穩(wěn)穩(wěn)定級(jí)配碎石，由由于要加入3％－6％的水泥，預(yù)留出出一定的空隙是合合適的，應(yīng)為水泥泥石的生長(zhǎng)需要空空間。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)（5）最佳級(jí)配曲線的的確定（1）細(xì)集料的級(jí)配和和通過(guò)率不變，因因?yàn)楣羌艿淖畲罅Ａ阶兓瘜?duì)空隙里里影響較?。唬?）粗骨架的級(jí)配形形式不變，以對(duì)稱稱粒徑（以兩級(jí)配配最大粒徑向下對(duì)對(duì)應(yīng)排列的粒徑，，如19mm對(duì)應(yīng)3.15mm）通過(guò)率基本相同同和間斷富余粒徑徑（對(duì)應(yīng)之后剩下下的粒徑，13.5mm，9.5mm）為原則，確定骨骨架－密實(shí)級(jí)配，，級(jí)配曲線如圖6－11所示?；谝陨系臄U(kuò)充原原則，即可保證骨骨架的嵌擠性能，，由保證其密實(shí)性性。體積法級(jí)配設(shè)計(jì)（5）最佳級(jí)配范圍的的確定綜合考慮關(guān)鍵粒徑徑對(duì)性能的影響：：（1）0.075：0％－7％時(shí)，CBR較大，取