路面基层 课件.ppt

第七章 路面基层,学习要点：,掌握无机结合料稳定基层的类型、重型击实法的混合料组成设计步骤；,熟悉无机结合料稳定基层的施工工序、强度影响因素和形成原理 ；,了解粒料类基层、柔性与刚性基层 ；,第14章 路面基层施工,学习内容：,第一节 概述第二节 碎石与级配碎石基层第三节 无机结合料稳定材料基层第四节 沥青稳定碎石基层第五节 水泥混凝土基层第六节 其他类型基层,一.路面对基层的要求,1 具有足够的强度和刚度2 具有足够的水稳定性和冰冻稳定性3 具有足够的抗冲刷能力4 具有较小的收缩性5 具有足够的平整度6 与面层具有良好的结合性,14-1 概述,三类半刚性材料的干缩特性大小： 石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类 石灰土水泥土石灰粉煤灰土,二基层的基本类型及其适用范围,1 柔性基层：沥青类、不加任何结合料的粒料类,二基层的基本类型及其适用范围,2 半刚性基层：无机结合料稳定类材料,7-1 概述,骨架密实结构,均匀密实结构：无机结合料稳定细粒土,悬浮密实结构,无机结合料稳定中、粗粒土,按结构状态分类,骨架空隙结构,二基层的基本类型及其适用范围,2 半刚性基层：,7-1 概述,半刚性基层适用范围：,水泥稳定类适用于各级公路基层和底基层。石灰粉煤灰稳定类材料，对冰冻地区、多雨潮湿地区宜用于下基层和底基层。石灰稳定类材料适用于各级公路的底基层以及三、四级公路的基层。,高速公路、一级公路的底基层和上基层用骨架密实型的稳定集料。,二基层的基本类型及其适用范围,2 半刚性基层：,7-1 概述,半刚性基层适用范围：,二级及二级以下公路的基层、底基层和各级公路的底基层均可采用悬浮密实型混合料。,骨架空隙结构型混合料适用于考虑路面内部排水要求的基层。,二基层的基本类型及其适用范围,7-1 概述,注意无机结合料稳定材料类型选择；,稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于： 稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝； 裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害； 稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染或者施工质量差等不利情况。,二基层的基本类型及其适用范围,3 刚性基层：类型： 普通混凝土、低等级混凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土等材料做的基层。适用性： D级、E级重载交通，运煤、矿石、建筑材料等公路以及改建、扩建工程。,7-1 概述,二基层的基本类型及其适用范围,7-1 概述,美国/加拿大,澳大利亚/新西兰,法国/英国/德国/西班牙/意大利/比利时/波兰/捷克斯洛伐克/俄罗斯/挪/瑞典/丹麦/芬兰/冰岛,日本/印度/巴基斯坦南亚以及中东国家,7-1 概述,欧洲路面结构的调查在高速公路上或交通量较大的道路，很多国家明确限制采用半刚性基层，且半刚性材料趋向做底基层。全厚式沥青路面和厚沥青层的柔性结构成为高速公路、大交通量、重载交通的主要结构；薄沥青层厚级配碎石基层结构适合于中、轻交通道路。结论：基层类型值得研究和分析！,7-1 概述,国内路面结构调查主要结论级配碎石柔性基层可以减少、延缓沥青面层裂缝。半刚性基层是主要的路面结构基层形式；级配碎石基层路面结构抗车辙性能不比半刚性结构差。为提高结构寿命，柔性基层的沥青层厚度满足要求。基层类型：半刚性基层、刚性基层、柔性基层（沥青稳定碎石、级配碎石）等各有特点。,7-2 无机结合料稳定材料基层,无机结合料稳定材料定义 在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水泥、或石灰、或工业废渣等无机结合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后，其抗压强度符合规定要求的材料。 由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料(如沥青混合料)和刚性材料(如水泥混凝土)之间，所以也称为半刚性材料，由其铺筑的结构层称为半刚性层。 无机结合料稳定材料的特点 板体性好，具有一定的抗拉强度；稳定性好，抗冻性强；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；干缩温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。,无机结合料稳定材料及其特点,7-2 无机结合料稳定材料基层,土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等 2）无机结合料稳定种类： 细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土 粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥 碎石土、 水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂 无土：二灰、二渣、水泥矿渣等,无机结合料稳定材料的种类,1）原材料：,7-2 无机结合料稳定材料基层,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,1）强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不同； 2）有较好的板体性，具有一定的抗拉性能； 3）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回弹模量、抗弯拉强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温缩等来衡量材料的性能； 4）应力应变特性与原材料和结合料的性质与用量、混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。,1.无机结合料稳定材料的应力应变特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,1.无机结合料稳定材料的应力应变特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,1.无机结合料稳定材料的应力应变特性,无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关。所以要按不同龄期（7d、28d、90d、120d、180d等）和不同的温度(20和15 )来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用圆柱体试件。,1.无机结合料稳定材料的应力应变特性,弯拉强度试验示意图,主要试验方法,7-2 无机结合料稳定材料基层,1.无机结合料稳定材料的应力应变特性,设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期-90天，对于石灰或者二灰稳定类的龄期-180天，水泥粉煤灰稳定类-120天，材料组成设计-7天的抗压强度。设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的主要指标。,无机结合料稳定材料的设计龄期,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,2.无机结合料稳定材料的疲劳特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,所谓疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强度会随着作用次数的增加而降低的现象；一般有劈裂疲劳和小梁疲劳试验。我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳；无机结合料的疲劳寿命一般取决于重复应力与重复荷载作用前的一次性极限应力的比值，试验证明，用双对数方程或单对数方程表示较合理，为： 或,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,2.无机结合料稳定材料的疲劳特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,图中所示为小梁弯拉疲劳试验，半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验，但是一般认为其变异性较大。,室内小梁弯拉疲劳试验设备照片（三分点加载）,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,2.无机结合料稳定材料的疲劳特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,劈裂试验示意图,同时由于劈裂试验更能反映材料在路面结构中的受力状态，因此实际常采用劈裂疲劳试验。,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,2.无机结合料稳定材料的疲劳特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,1）通过不同应力比(应变水平)疲劳试验可测绘出疲劳曲线； 2）在一定的应力（应变水平）水平条件下，材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度，强度愈大刚度愈小，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化关系不大 。 3）f/s 50%时，原则上可至无穷加荷次数，但材料本身变异性大，实际试验中因材料的不均匀性，疲劳寿命要小得多。,一.无机结合料稳定材料的物理力学特性,3.无机结合料稳定材料的干缩和温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,1）无机结合料稳定材料拌和压实后，由于水分挥发及其内部的水化作用引起干燥收缩，以及混合料受降温影响引起的温度收缩等。由此引起其体积收缩变化，表现出结构的收缩应力及开裂破坏。2）一般衡量材料的体积变化较难，因此，实际中往往采取一维单向变化测定来反映材料的收缩性能，通过收缩应变及收缩系数来表征材料的收缩性能大小。,3.无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,干缩试验试件：100mm100mm400mm梁式试件，标准养护条件下 养护7天；条件：温度为25，湿度50左右；检测：第1天为6小时一次，第25天为12小时一次，之后24小时一次，直到含水量基本不变为止；,4.无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,温缩试验试件：100mm100mm400mm梁式试件，标准养护条件 养护28天；温度范围：+55-25，每 10为一个温度区段时间设定：降温时间10min（即1/min），恒温120min；,数据采集系统,WGD高低温交变环境箱,4.无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,3）无机结合料稳定材料的温缩影响因素 无机结合料稳定材料温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关4）不同材料的温缩比较 石灰土砂砾（16.710-6）悬浮二灰粒料（15.310-6）密实式二灰粒料（11.410-6）和水泥砂砾（57水泥剂量为101510-6）5）温缩的发生时节及控制 时节：冬季低温 控制：选择材料种类与配比,4.无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,注意无机结合料稳定材料类型选择；,稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于： 稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝； 裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害； 稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染或者施工质量差等不利情况。,4.无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性,7-2 无机结合料稳定材料基层,施工注意事项（1）注意施工季节；（2）注意材料组成设计；（3）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围；（4）注意养生与保湿；（5）注意减少施工车辆的养生期间的作用。,定义：在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层为石灰稳定类基层。石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般可用于低等级公路的基层或底基层。石灰稳定土因其水稳定性较差，不应做高速公路或一级公路的基层，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层,二.石灰稳定类基层,7-2 无机结合料稳定材料基层,（一）强度形成原理1.离子交换作用,Na+、H + 、K +,+,二.石灰稳定类基层,（一） 强度形成原理,2. 结晶作用：,石灰土中只有一部分熟石灰Ca(OH)2进行离子交换，绝大部分饱和的Ca(OH)2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格。,Ca(OH)2 + nH2O = Ca(OH)2nH2O,二.石灰稳定类基层,3. 火山灰作用：,熟石灰的游离Ca2+与土中的SiO2和Al2O3含水的硅酸钙和铝酸钙,xCa(OH)2 + SiO2 + nH2O = xCaO SiO2( n+1)H2O,xCa(OH)2 + Al2O3 + nH2O = xCaO Al2O3( n+1)H2O,熟石灰结晶网格和含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质，具有水硬性，并在土微粒团外形成一层稳定保护膜，减少了颗粒间的空隙与透水性，提高密实度。,二.石灰稳定类基层,4. 碳酸化作用：,在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用：,Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O,CaCO3是坚硬的结晶体，和其他生成的盐类把土粒胶结起来，大大提高了土的强度和整体性。,二.石灰稳定类基层,二.石灰稳定类基层,四种作用中，主要是离子交换作用与火山灰作用，是构成石灰土早期强度的主要因素，后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶作用。由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。在初期，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减小等。后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。,（二）影响强度的因素 1.土质：塑性指数12-20的粘性土效果较好。塑性指数偏大的粘性土，加强粉碎，土中1525mm的土块不宜超过5。塑性指数小于12的土不宜用石灰稳定不宜直接采用硫酸盐类含量超过0.8或腐殖质含量超过10的土。,二.石灰稳定类基层,（二）影响强度的因素,二.石灰稳定类基层,1）土质 各种成因土都可用石灰稳定，但塑性指数低于10以下的低塑性土（这与水泥稳定土刚好相反）不适宜稳定，更适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在1220的粘性土。 原因：粘性颗粒的活性强、比表面积大、表面能大，掺入石灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，因此石灰土强度随土塑性指数的增加而增大。重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。,（二）影响强度的因素 2.灰质石灰质量应符合级以上，质量好（活性CaO+MgO含量高）的石灰，稳定效果好。生石灰稳定土的效果优于消石灰。高速公路或一级公路宜用磨细的生石灰粉,二.石灰稳定类基层,（二）影响强度的因素 3.石灰剂量石灰剂量较低(小于3-4)时稳定作用土的塑性、膨胀、吸水量减小密实度、强度得到改善剂量的增加强度和稳定性均提高剂量超过一定范围强度反而降低存在最佳剂量范围:对于粘性土及粉性土为814；对砂性土则为916。最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。,二.石灰稳定类基层,（二）影响强度的因素 4.含水量促使石灰土发生物理化学变化，形成强度便于土得粉碎、拌和与压实，并且有利于养生掺入石灰后，增加，降低最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高的压实度。石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行确定，经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水量拌和过程中的蒸发量（约在1.5%左右）石灰反应所需的水（0.2石灰剂量）。,二.石灰稳定类基层,（二）、影响强度的因素 5.密实度石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰稳定土的密实度每增减1%，强度约增减4%左右。密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象少。,二.石灰稳定类基层,（二）、影响强度的因素6.石灰土的龄期石灰土强度具有随龄期增长的特点，一般初期强度较低，前期(12个月)的增长速率较后期快 。其强度与龄期的关系可表示为：,二.石灰稳定类基层,（二）影响强度的因素 7.养生条件温度： 温度高时，物理化学反应、硬化、强度增长快 反之强度增长慢，在负温条件下甚至不增长 注意：施工期的最低温度应在5以上，并在第一次重冰冻(-3-5t)到来之前1个月1个半月完成。湿度： 一定潮湿条件下养生,二.石灰稳定类基层,（三）石灰稳定土基层缩裂防治1.控制压实含水量：含水量略小于最佳含水量；2. 严格控制压实标准。3. 温缩的最不利季节：要在当地气温进入-0前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。4.干缩的最不利情况：在石灰稳定土成型初期，要重视初期养护，保证石灰土表面处于于潮湿状况，禁防干晒。,二.石灰稳定类基层,（三）石灰稳定土基层缩裂防治5.石灰稳定土施工结束后要及早铺筑面层，使石灰土基层含水量不发生大变化，可减轻干缩裂隙。6.在石灰稳定土中掺加集料(砂砾、碎石等)，使其集料含量为60-70，使混合料满足最佳组成要求，不但提高强度和稳定性，而且具有较好的抗裂性。,二.石灰稳定类基层,（三）石灰稳定土基层缩裂防治7.防止基层裂缝反射到面层的措施：（1）设置联结层；（2）铺筑碎石隔离过渡层。（3）提高沥青下面层抗裂性能,二.石灰稳定类基层,（四）混合料配合比设计,二.石灰稳定类基层,1.石灰土的强度标准,在规定温度(202)下保湿养生6d （湿度为95%） 浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件的尺寸为：5cm5cm(高直径)的圆柱体。要求试验测定的强度符合：,（四）混合料配合比设计,二.石灰稳定类基层,2.混合料的设计步骤,工地实际采取的石灰剂量应较实验室内试验确定的剂量多0.51.0。,（五）施工1.基本要求细粒土应尽可能粉碎15mm配料准确 摊铺均匀 洒水、拌和均匀。基层厚度和高程路拱横坡,二.石灰稳定类基层,（五）施工1.基本要求在最佳含水量时碾压压实度保湿养生未铺封层时，禁止开放交通二级和二级以下的公路路拌法施工一级公路和高速公路集中厂拌法拌制混合料，摊铺机摊铺混合料,二.石灰稳定类基层,（五）施工2.备料(1)石灰a)石灰应符合规范规定。b)生石灰应在使用前7-10天进行充分消解成熟石灰粉，并过10mm筛。熟石灰粉应尽快使用，不宜存放过久。c)进场的生石灰块应妥善保管，加棚盖或覆土储存，应尽量缩短生石灰的存放时间。,二.石灰稳定类基层,2.备料(2)土a)石灰土混合料的用土应按照规定试验，其塑性指数应为12-18。塑性指数过高时粉碎困难。b)粉碎土中10-25mm团块的含量不得超过总重的5%。c)土中硫酸盐含量应0.8，腐殖质含量应不超过10。,二.石灰稳定类基层,3.混合料配比(1)应按指定的配比，在石灰土层施工前10-15d进行现场试配。试验条件：养生湿度为95，温度为252，养生6d，饱水1d后进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸：5cmx5cm(高直径)的圆柱体。(2) 实际用灰量可比设计值高出0.5-1.0。(3)确定混合料的松铺系数(混合料的松铺厚度与达到压实度的压实厚度比值)。,二.石灰稳定类基层,4.路拌法施工要求(1)摊铺a)摊铺土料前，应先在土基上洒水湿润。b) 将土料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面应力求平整，并有规定的路拱。c) 将土中超尺寸颗粒及其他杂物清除干净。d)检验松铺土料层的厚度。,二.石灰稳定类基层,4.路拌法施工要求(1)摊铺e) 严禁其它车辆在土料层上通行。f)如粘土过干，应事先洒水闷料，使它的含水量略小于最佳值。g)石灰应摊铺均匀，石灰摊铺完后，应量测石灰土的松铺厚度，并校核石灰用量是否合适。,二.石灰稳定类基层,4.路拌法施工要求(2)拌和与洒水a)拌和机由两侧向中心拌和，每次拌和应重叠10-20cm。b)先干拌一遍，然后适当洒水，再进行补充拌和。c)随时检查拌和深度，严禁在底部留有“素土”夹层。d)洒水车用喷管式洒水车，及时检查混合料含水量。e)两工作段的搭接：在前一段拌和后留5-8m不进行碾压，待后一段施工时一起再进行拌和。 f)拌和机械及其它机械不宜在已压成的石灰土层上 “调头” 。,二.石灰稳定类基层,5.场拌(或集中场拌)法施工要求(1)拌和a) 在中心站用稳定土拌和设备进行集中拌和。b) 混合料的配比和含水量都达到规定要求。c) 将土块粉碎；配料要准确；拌和要均匀；加水量要略大于最加含水量的1左右。d)成品料露天堆放时，应减少临空面。e) 检测混合料中有效CaO+Mgo含量。,二.石灰稳定类基层,5.场拌(或集中场拌)法施工要求(2)摊铺a) 稳定土摊铺机、沥青混凝土摊铺机或水泥混凝土摊机摊铺混合料b)拌和机与摊铺机的生产能力应互相协调c)石灰土混合料摊铺时的松铺系数应试摊铺机类型而异。d)场拌混合料的摊铺段，应当天摊铺当天压实。,二.石灰稳定类基层,6.整型a)路拌混合料拌和均匀后或场拌混合料运到现场经摊铺达预定的松厚之时，进行初整型。b)直线段：平地机由两侧向路中刮平；超高段，由内侧向外侧刮平c)履带拖拉机或轮胎压路机稳压1-2遍平地机进行整型压实机械再碾压一遍。d)对局部低洼处，用新拌的灰土混合料找补平整，再用平地机整型一次。e)在整型过程中，禁止任何车辆通行。,二.石灰稳定类基层,7.碾压a) 压实含水量应在最佳含水量的1范围内。b) 控制压实厚度。c)直线段：两侧路肩向路中心碾压，超高段：内侧路肩向外侧路肩碾压，碾压时后轮应重叠1/2的轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。d)严禁压路机在已完成的或正在碾压的路上“调头” 。,二.石灰稳定类基层,7.碾压e) 表面始终保持湿润。f) 如出现“弹簧 、松散、起皮”等现象，应及时翻开晾晒或换新混合料重拌和碾压g）碾压结束前，用平地机再终平一次h）一个作业段完成后应检查石灰土的压实度。拌压间隔时间不得超过2天。,二.石灰稳定类基层,8.养生刚压实成型的石灰土底基层，在铺筑基层之前，至少在保持潮湿状态下养生7天养生方法：洒水、覆盖砂等,二.石灰稳定类基层,二.石灰稳定类基层,石灰土冻坏,石灰土冻坏,二、 石灰稳定土,三 水泥稳定类基层,定义：基本同石灰土定义，掺入适当水泥特性：足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长。用途：水泥稳定土可用于路面结构的基层和底基层；水泥土不宜作高速公路或一级公路路面的基层，只能用做底基层。,1 强度形成原理化学作用：水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用物理作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用物理化学作用：粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用,三 水泥稳定类基层,1 强度形成原理（1）水泥的水化作用水泥自身的水化反应具有胶结能力的水化产物水泥稳定土强度的主要来源。 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，混合料逐渐坚固起来。,三 水泥稳定类基层,三、 水泥稳定土,1 强度形成原理 （2）离子交换作用,Na+、H + 、K +,+,1 强度形成原理 （3）化学激发作用粘土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物硅酸钙和铝酸钙系列矿物的组成和结构与水泥的水化产物都有很多类似之处同样具有胶凝能力生成的胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。,三 水泥稳定类基层,1 强度形成原理 （4）碳酸化作用碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，可以对土的基体起到填充和加固作用。,Ca(OH)2 + CO2 + nH2O = CaCO3 + （n+1）H2O,三 水泥稳定类基层,2 影响强度的因素（1）土质用水泥稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好；其次是砂性土；再次之是粉性土和粘性土。一般要求土的塑性指数不大于17。,三 水泥稳定类基层,（2）水泥的成分和剂量水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响。通常硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差。水泥剂量为3-5较为合理。,三 水泥稳定类基层,（3）含水量使含水量达到最佳含水量的同时，也要满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。水泥正常水化所需的水量约为水泥重的20。对砂性土，完全水化达最高强度的含水量较最佳密度含水量小；而粘性土则相反,三 水泥稳定类基层,（4）施工工艺过程水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短，一般要在6h以内。在水泥终凝时间达不到规定要求时，可以使用一定剂量的缓凝剂。水泥稳定土需要湿法养生，以满足水泥水化形成强度的需要。,三 水泥稳定类基层,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求 土宜做水泥稳定类基层的材料有：碎石、石屑、砂砾、碎石土、砾石土等。碎石或砾石的压碎值对高速公路和一级公路应不大于30%，二级及以下公路不大于35%。对二级及二级以下的一般公路：当用水泥稳定土做底基层时，颗粒最大直径不应超过37.5mm，对高速公路及一级公路，最大粒径不应超过31.5。,三 水泥稳定类基层,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求,3 材料要求及混合料组成设计（1）材料要求 水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。选终凝时间较长(宜6h以上)的水泥。不应使用早强、快硬及受潮变质的水泥。采用标号较低水泥，如32.5级水泥。,三 水泥稳定类基层,3 材料要求及混合料组成设计（2）混合料组成设计 强度和压实标准,三 水泥稳定类基层,3 材料要求及混合料组成设计（2）混合料组成设计 混合料组成设计,三 水泥稳定类基层,根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定最佳的水泥剂量和混合料的最佳含水量。,3 材料要求及混合料组成设计（2）混合料组成设计 混合料组成设计,4 水泥稳定土施工（1）基本要求底基层的准备水泥稳定碎石层施工期的最低气温在5 以上，并在第一次冰冻到来之前半个月到一个月完成。水泥稳定碎石混合料从拌和到碾压之间的延续时间宜控制在34小时。,三 水泥稳定类基层,4 水泥稳定土施工（1）基本要求确定每一作业段的合理长度： 水泥的终凝时间； 施工季节和气候条件； 延缓时间对混合料密度和抗压强度的影响； 施工机械的效率和数量； 操作的熟练程度； 尽量减少接缝。,三 水泥稳定类基层,4 水泥稳定土施工（1）基本要求水泥稳定土结构层施工应遵守下列规定：细粒土尽可能粉碎；配料准确；路拌法时水泥必须摊铺均匀；洒水、拌和应均匀；严格掌握基层厚度和高程；处于或略小于最佳含水量时进行碾压。,三 水泥稳定类基层,4.施工 (2)拌和与摊铺a)混合料应在中心拌和厂拌和，可采用间歇式或连续式拌和设备。b)所有拌和设备都应按比例(重量比或体积比)加料。c)拌和要均匀，含水量要略大于最佳值。d)用平地机或摊铺机按松铺厚度摊铺，摊铺要均匀。,三 水泥稳定类基层,4.施工(3)整型 （同石灰稳定类）(4)碾压 a)整型后，当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时，用停振的振动压路机在全宽范围先静压12遍，然后打开振动器均匀压实到规定的压实度。 b）其他要求同石灰稳定类。,三 水泥稳定类基层,4.施工(5)接缝处理 a)当天两工作段的衔接处，应搭接拌和 b)在整个养生期间都应使水泥稳定碎石层保持潮湿状态。 c)水泥稳定碎石层上立即铺筑沥青面层时至少洒水养生3d。 d)养生期满验收合格后立即浇透层油。,三 水泥稳定类基层,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石拌合楼,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石摊铺,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石施工,控制摊铺厚度,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石基层压实,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石基层养生,水泥稳定碎石施工,水泥稳定碎石基层覆盖养生,水泥稳定碎石施工,撒布透层油,常用的工业废渣：火力发电厂的粉煤灰和煤渣钢铁厂的高炉渣和钢渣化肥厂的电石渣煤矿的煤矸石等工业废渣材料主要用石灰稳定 提高了路面使用品质，降低了造价,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,石灰粉煤灰(简称二灰)类基层：是用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而形成的基层。在二灰中掺入一定量的土（细-粗粒），经加水拌和、摊铺、碾压及养生成型的基层，称二灰稳定类基层。石灰煤渣类基层：用石灰和煤渣按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而形成的基层。“二渣”中如掺入一定量的粗集料，便称“三渣”，掺入一定量的土，便成为石灰煤渣土。,特点：工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱性材料共同作用，产生火山灰反应，稳定各种粒径不同的土。水硬性、缓凝性、强度高、稳定性好，成板体、且强度随龄期不断增加，抗水、抗冻、抗裂而且收缩性小，适应各种气候环境和水文地质条件等特点。用途： 石灰稳定工业废渣做高级或次高级路面的基层或底基层。,四、石灰工业废渣稳定基层,1.对材料要求 (1).石灰石灰的质量宜符合级以上技术指标。 (2).废渣材料粉煤灰主要成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3（70)粉煤灰的烧失量小于20。干、湿粉煤灰都可以应用。湿粉煤灰堆放时，含水量不宜超过35。,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,粉煤灰的硫含量-特别重视,四、石灰工业废渣稳定基层,粉煤灰的硫含量-特别重视,火力电厂纷纷采取烟气脱硫技术以削减SO2排放。干法脱硫技术更环保、更经济；石灰或石灰石作为脱硫吸收剂十分普遍，经济；粉煤灰中主要是亚硫酸盐，检测方法就很重要。GB/T15911991用于水泥和混凝土中的粉煤灰中明确规定：用于水泥和混凝土中的粉煤灰的三氧化硫含量不得大于3%，但不准确。,1.对材料要求 (3).粒料宜采用塑性指数1220的粘性土（亚粘土）。压碎值要求：高速公路和一级公路30；二级及二级以下公路 35。颗粒最大直径要求：高速公路和一级公路31.5mm；二级及二级以下公路 40mm。粒料质量宜占80以上，并有良好级配。,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计（参照石灰稳定土） 根据强度标准，通过试验选取适宜稳定的土 确定石灰与粉煤灰或石灰与煤渣的比例 确定石灰粉煤灰或石灰煤渣与土的比例 确定混合料的最佳含水量,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,无侧限抗压强度试验： 在规定温度(202)下保湿养生6d （湿度为95），浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸为：150mm150mm的圆柱体。,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,四、石灰工业废渣稳定基层,2.混合料组成设计,3.石灰工业废渣稳定土基层施工 (1). 基本要求：类似石灰稳定土基层 (2). 施工要求： 拌和：材料的拌和可用带旋转刀片的分批出料的拌和设备或是用转动鼓拌和机或连续拌和式设备，二灰碎石混合料应用拌和机械集中拌和，不得采用路拌。二灰、集料及加水的比例可按质量比，也可按体积比控制。要随时检查水量。各种成分的偏差应在下列范围：集料2；粉煤灰1.5；石灰1.0；水2（按最佳含水量）。,四、石灰工业废渣稳定基层,（三）石灰工业废渣稳定土基层施工(2). 施工要求： 摊铺：混合料拌和后，应尽快摊铺。二灰碎石混合料用摊铺机摊铺，防止水分蒸发和产生离析。当二灰碎石层的铺筑厚度超过碾压有效厚度时，应分二层铺筑。压实：最好用振动压路机碾压。 二灰碎石混合料碾压和整型的全部操作应在当天完成,四、石灰工业废渣稳定基层,（三）石灰工业废渣稳定土基层施工(3). 施工检查验收： 通过在100200m间隔内随机钻孔来检查铺筑层的厚度，全部试验至少有50等于或超过要求厚度，不允许有两个相邻孔相差在10。二灰碎石表面的平整度容许偏差不超过10mm；高程的容许偏差为010mm，厚度偏差为010mm。二灰碎石碾压后的第二或第三天开始养生，始终保持表面湿润。养生期一般7d。养生期结束，立即浇洒透层油。,四、石灰工业废渣稳定基层,四、石灰工业废渣稳定基层,硫酸钙含量过高引起的二灰碎石基层病害,四、石灰工业废渣稳定基层,优良二灰碎石基层表面,配料,成型过程,脱模,静压成型,无侧限试验过程,拌和过程,计算机控制,摊铺,摊铺控制,碾压,养护,7-3 碎石与级配碎石基层,一、碎（砾）石的类型,主要概念碎石指符合工程要求的石料，经开采并按一定尺寸加工而成的有棱角的粒料。砾石指石料经水流长期搬运而成的无棱角粒料。级配碎石指按一定级配要求设计的由碎石组成的材料。级配砾石指按一定级配要求设计的由砾石组成的材料。,7-3 碎石与级配碎石基层,一、碎（砾）石的类型,一、碎（砾）石的类型,碎石生产过程,一、碎（砾）石的类型,颚式破碎机原理,一、碎（砾）石的类型,反击式破碎机原理,生产高质量碎石,一、碎（砾）石的类型,颚式破碎轧制的碎石样本,颚式破碎轧制的碎石,一、碎（砾）石的类型,反击式破碎的轧制碎石样本,反击式破碎的轧制碎石,一、碎（砾）石的类型,砾石样本,砾石,二.碎（砾）石基层的力学特性,1.碎、砾石基层的强度构成 按嵌挤原则或密实原则形成强度，由C和表征的内摩擦力所决定的颗粒之间的联结强度即构成材料的结构强度；矿料颗粒之间的联结强度一般要比矿料颗粒本身强度小很多，内摩擦角一般因剪切体积膨胀受阻而比单纯颗粒的表面滑动的摩阻角要大，内摩擦力受碎石料的强度、表面特征以及混合料的压实度影响。,二.碎（砾）石基层的力学特性,1.碎、砾石基层的强度构成,（1）纯碎石材料纯碎石材料按嵌挤原则产生强度，它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角。纯碎石粒料摩阻角的大小主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均勻性、表面粗糙度以及施工时的压实程度。当石料强度高、形状接近正立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实度高时，则内摩阻力就大。,二.碎（砾）石基层的力学特性,（2）土碎（砾）石混合料土碎（砾）石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻力和粘结力的大小。含土量小时，按嵌挤原则形成强度；含土量较多时，按密实原则形成强度。,土砾石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化,二.碎（砾）石基层的力学特性,土碎（砾）石混合料三种物理状态,二.碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,土碎石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化,二.碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,混合料密实度和CBR值随细料和最大粒径的变化（按AASHTO标准密实度为100%的试验）,二.碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,塑性指数对砾石（最大粒径2.54cm）饱水三轴强度的影响,二.碎（砾）石基层的力学特性,2.松散碎(砾)石料的应力应变特性抗压回弹模量（通过三轴试验测定）Er=k1 k2（MPa）材料的模量决定于材料的级配、形状、表面构造、密实度和含水量等。一般密实度愈高，模量值愈大；棱角多/表面粗糙者有较高模量；当细料含量不多时，含水量影响小。,二.碎（砾）石基层的力学特性,碎、砾石材料应力应变关系,干的轧制集料回弹模量随主应力和的变化,二.碎（砾）石基层的力学特性,不同的应力水平下具有不同的塑性变形特征：在应力水平较低的情况下，塑性变形量较小，且在一定的荷载作用次数以后变形不再发展；应力较大时，则形变随作用次数迅速发展，并最终导致破坏。,3.松散碎(砾)石料的形变累积特性,三.碎（砾）石基层,1.碎（砾）石基层的类型,1）水结碎石路面-1016cm 2）泥结碎石路面- 820cm 3）泥灰结碎石路面-石灰剂量为812% 4）填隙干压碎石基层 -816cm 5）级配碎（砾）石基层,三.碎（砾）石基层,2.碎（砾）石基层的特点,水结碎石路面、泥（灰）结碎石路面以及优质密级配的碎（砾）石路面等通常由碎石或砾石为主要路面材料铺筑的能适应不同交通量的路面。碎(砾)石路面结构强度形成特点表现为矿料颗粒之间的联结强度一般都要比矿料颗粒本身的强度小，在外力作用下，材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移，使其失去承载能力而遭致破坏。结构强度和稳定性不仅与碎石集料的形状及表面特性有关，而受细料含量与性质影响很大。优点：投资不高，随交通量的增加分期改善；缺点：平整度差，易扬尘，泥结碎石路面雨天还易泥泞,三.碎（砾）石基层,3.碎（砾）石基层的运用,无结合料处治粒料（unbound material）在国外是一种应用极为普遍的筑路材料，广泛用于柔性路面的基层和底基层，用于基层的常为较优质的碎石层。美国、澳大利亚及南非还把最佳级配的优质碎石用于半刚性基层与沥青面层之间，作为减少沥青路面反射裂缝的措施。我国也在多项大型工程中应用了这类材料和结构作为柔性基层，取得了较好的效果。,三.碎（砾）石基层,4.级配碎（砾）石基层,级配碎石基层强度主要来源于碎石本身强度及碎石颗粒之间的嵌挤力和内摩阻角。级配是影响级配碎石强度与刚度的重要因素。,三.碎（砾）石基层,4.级配碎（砾）石基层,级配碎石基层的材料要求,三.碎（砾）石基层,4.级配碎（砾）石基层,级配碎石基层的材料要求,三.碎（砾）石基层,4.级配碎（砾）石基层,级配碎石基层的级配要求（JTG/T F20）,三.碎（砾）石基层