基层底基层课件

1、1基层(底基层)无机结合料稳定类（半刚性型） 粒料类水泥稳定类石灰稳定类综合稳定类嵌锁型级配型1基层(底基层)无机结合料稳定类 粒料类水石综嵌级2石灰稳定土：在粉碎的或原来松散的土中(包括各种粗粒土、中粒土和细粒土)，掺入一定数量的石灰和水，经拌合摊铺压实及养生后，抗压强度和耐久性符合要求时，称为石灰稳定土水泥稳定土：土+水泥+水，经拌合、压实石灰工业废渣稳定土（分两类：石灰粉煤灰、石灰其它废渣）：石灰+工业废渣的一种或两种+水，拌合、压实、养生二灰土：石灰+粉煤灰+细粒土（含砂）的混合料二灰砂粒：二灰+级配砂砾二灰碎石：二灰+级配碎石半刚性基层材料：无机结合料稳定类材料2石灰稳定土：在粉碎的

2、或原来松散的土中(包括各种粗粒土、中粒3半刚性基层材料的显著特点：整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好，而且较为经济；在我国，半刚性材料已广泛用于修建高等级公路及城市道路路面基层或底基层。3半刚性基层材料的显著特点：整体性强、承载力高、刚度大、水稳4 主要介绍以下内容： 半刚性基层材料的强度形成原理 半刚性基层施工4 主要介绍以下内容：5第一节 半刚性基层材料的 强度形成原理 主要介绍以下内容： 半刚性基层材料的强度形成原理 半刚性基层对原材料的一般要求 混合料配合比设计的一般原则与试验项目 二灰稳定类材料的早强问题5第一节 半刚性基层材料的 强度形成原理 主6半刚性基层材料的强度形成原理石灰

3、稳定类材料强度形成原理水泥稳定类材料强度形成原理综合稳定类材料强度形成原理半刚性基层材料的缩裂特性6半刚性基层材料的强度形成原理7石灰稳定类材料强度形成原理形成原理石灰稳定类包括：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土等，强度形成主要指石灰与细粒土的相互作用。土中掺入石灰，石灰与土发生强烈的作用，使土的工程性质发生变化。初期土结团、塑性降低、最佳含水量增大、最大密实度减小；后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高土的强度与稳定性。 7石灰稳定类材料强度形成原理8石灰加入土中发生反应主要有：离子交换反应Ca(OH)2(氢氧化钙)的结晶碳酸化和火山灰反应。结果：石灰土的刚度增大、强度与水稳定性提高离子交

4、换反应石灰加入土中，在水的参与下离解成Ca2+和(OH)-离子，Ca2+与粘土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+离子发生离子交换，胶体吸附层减薄，粘土胶体颗粒发生聚结。离子交换是石灰土初期强度形成的主要原因。8石灰加入土中发生反应主要有：9Ca(OH)2的结晶反应 石灰水 含水结晶体石灰吸收水分形成含水晶体，所生成的晶体相互结合，与土粒结合起来形成共晶体，把土粒结成整体，使石灰土的水稳性得到提高。碳酸化反应Ca(OH)2与空气中的CO2反应生产CaCO3。但石灰土的表层发生碳酸化反应后，形成一层硬壳，从而阻碍CO2的渗入，使碳酸化反应过程较长。是石灰土后期强度增长的主要原因之一。9Ca(OH)2

5、的结晶反应10火山灰反应土中的活性硅铝矿物在石灰的碱性激发下解离，在水的参与下与Ca(OH)2反应生成含水的硅酸钙和铝酸钙的过程，是一种水稳性良好的结合料。火山灰反应是在不断吸收水分的情况下逐渐发生的,因而具有水硬性性质。碳酸化与火山灰反应对提高石灰土的强度与稳定性起着决定性作用。10火山灰反应11影响石灰土强度与稳定性的主要因素 主要因素：土质、石灰的质量与剂量、养生条件与龄期土质各种成因的亚砂土、亚粘土、粉土类土和粘土类土都可以用石灰来稳定。石灰土的强度随土的塑性指数增加而增大;石灰土的强度随土的PH值的增大而增大;石灰土强度有随土中CaCO3含量增加而增大;石灰土的强度随土的硅铝率的增大

6、而减少.11影响石灰土强度与稳定性的主要因素 12石灰质量与剂量 各种化学组成的石灰均可用于稳定土。白云石石灰的稳定效果优于方解石石灰；活性CaO十MgO的含量越高，稳定效果越好；石灰细度愈大，效果越好；生石灰稳定土的效果优于熟石灰稳定土。但应注意成型时间，对一般磨细生石灰与土拌匀后闷料约3h成型效果最佳；石灰剂量的增加，石灰土的强度和稳定性提高，但当剂量超过一定范围，将导致石灰土的强度下降；石灰土的最佳剂量随土质不同而异，土的分散度越高最佳剂量越大；养生条件及龄期最佳石灰剂量也与养生及龄期有关，在28d内，石灰大的强度随着龄期的增长而增大，28d后基本趋于稳定。二者符合指数规律。12石灰质量

7、与剂量 13水泥稳定类材料强度形成原理形成原理水泥稳定类包括水泥稳定砂砾、水泥稳定砂砾土、水泥稳定碎石土、水泥稳定土等，其强度的形成主要是水泥与细粒土的相互作用。水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca(OH)2并形成其它水化物。水泥的各种水化物生成后，有的自行继续硬化形成水泥石骨架，有的与土相互作用。其作用形式有：离子交换及团粒化作用、硬凝反应、碳酸化作用。13水泥稳定类材料强度形成原理14离子交换及团粒化作用在水泥水化后的胶体中，Ca2+与粘土矿物表面的Na+和K+离子发生当量交换。结果使大量的土粒形成较大的土团。由于水泥水化生成物Ca(OH)2具有强烈的吸附活

8、性，使这些较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的链条状结构，并封闭土团之间的孔隙，形成稳定的联结。14离子交换及团粒化作用15硬凝反应随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，当Ca2+的数量超过离子交换需要量后，则在碱性环境中使组成粘土矿物的SiO2，和Al2O3的一部分或大部分同Ca2+进行化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物(即硬凝反应)，增大了土的强度。碳酸化作用水泥水比物中的游离Ca(OH)2不断吸收水中的HCO3-和空气中的CO2，生成CaCO3。这种反应能使土固结，提高土的强度，但比硬凝反应的作用差一些。15硬凝反应16影响强度与稳定性的因素主要因素有：土质、水泥成份与

9、剂量、水土质土的矿物成分除有机质或硫酸盐含量高的土外，各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定；有少量蒙脱石类矿物和不含腐殖质的各种碳酸盐土、粘土用水泥稳定后可取得良好效果；16影响强度与稳定性的因素17土的粒度成分就土的粒度而言，适宜于用水泥稳定的土的范围相当广泛。但要达到规定的强度，水泥剂量随粉粒和粘粒含量的增加而增高。因此，稳定重粘土水泥用量过高而不经济，且重粘土难于粉碎和拌和。水泥稳定级配良好的土，既可节约水泥，又能取得满意的稳定效果。17土的粒度成分18水泥的成分与剂量同一种土，水泥矿物成分是决定水泥稳定土强度的主导因素；一般情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，铝酸盐水泥较差；水泥的

10、矿物成分相同时，水泥稳定土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。在硬化条件相似的情况下，水泥的矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大，其化学活性和硬化能力也增大；水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增加，但考虑到水泥稳定土的抗温缩与抗干缩以及经济件，应有一个合理的水泥用量范围。18水泥的成分与剂量19含水量当混合料中含水量不足时，水泥就要与土争水，若土对水有较大的亲和力，就不能保证水泥完成水化和水解作用；水泥稳定土需要湿法养生以满足水泥水化的需要；水泥稳定土的强度随龄期的增长而增长，二者之间大致呈指数关系。19含水量20综合稳定类材料强度形成原理以水泥或石灰为主要结合剂、外掺少量活性物质石灰粉煤

11、灰(简称二灰)稳定类 二灰稳定类包括二灰、二灰土、二灰砂、二灰砂砾、二灰碎石等；单纯用石灰稳定砂性土效果一般较差，采用二灰综合稳定效果显著提高；粉煤灰是一种火山灰物质，含有活性的氧化硅和氧化铝，在石灰的碱性激发及相互作用下生成含水硅铝酸钙。新生的胶凝物质晶体有较强的胶结能力和稳定性。优点：抗冻性提高、温度收缩性减小，早期强度低，后期强度高20综合稳定类材料强度形成原理21水泥石灰综合稳定类土是一种分散度极高的材料，能与水泥水化的产物发生各种反应，破坏水泥正常水化与硬化的条件，使水泥不能充分发挥自身应有的作用。为改善水泥在土中的硬化条件，提高水泥稳定效果，常在掺加水泥的同时掺加少量其它添加剂。石

12、灰是水泥稳定土中常用的添加剂之一。在水泥稳定之前，先往土中掺入少量的石灰，可加速水泥的硬化过程，减少水泥用量；掺加石灰可扩大水泥稳定土的适用范围。21水泥石灰综合稳定类22半刚性基层材料的缩裂特性 半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低，在温度或湿度变化时易开裂，沥青面层较薄时易形成反射裂缝，严重影响路面的使用性能。半刚性基层材料的收缩分为温缩与干缩两种。若以最佳含水量状态下各种半刚性基层按温缩系数的大小排序为： 石灰土石灰砂砾二灰水泥砂砾二灰砂砾按干缩系数的大小排序为： 石灰土石灰砂砾二灰二灰砂砾水泥砂砾22半刚性基层材料的缩裂特性 23半刚性基层的收缩开裂，对于含土较多的材料以干缩为主，对于含

13、集料较多的材料以温缩为主；干缩主要发生在竣工后初期阶段；当基层上铺筑沥青面层以后，半刚性基层的收缩转化为以温缩为主。23半刚性基层的收缩开裂，对于含土较多的材料以干缩为主，对于24半刚性基层材料的抗裂性能是以温缩抗裂系数与干缩抗裂系数来评价的。抗裂系数愈大，表明材料的抗裂性能愈强，在同样的条件下，能承受较大的温度或湿度的变化而不开裂。按半刚性材料的温缩抗裂系数的大小(均按最佳状态)排序为： 二灰砂砾二灰石灰砂砾水泥砂砾石灰土按干缩抗裂系数的大小排序为： 二灰二灰砂砾水泥砂砾石灰砂砾石灰土24半刚性基层材料的抗裂性能是以温缩抗裂系数与干缩抗裂系数来25 半刚性基层对原材料的一般要求原材料试验项目

14、含水量颗粒分析液限与塑限相对密度与吸水率压碎值有机质和硫酸盐含量有效钙镁含量水泥标号和终凝时间烧失量25 半刚性基层对原材料的一般要求原材料试验项目有机质和硫酸26含水量 用烘干法、含水量快速测定仪或酒精法确定材料含水量。颗粒分析 用筛分法(含土材料用湿筛分析法)测定级配是否符合要求并确定材料配合比。液限与塑限 计算塑性指数并审定是否符合规定(100g平衡锥测液限，搓条法测塑限)。26含水量 27相对密度与吸水率 用多孔网篮或容积1000cm3以上的比重瓶测定相对密度与吸水率，用以评定粒料质量。压碎值 评定石料的抗压碎能力是否符合要求(压碎值仪测定)。 有机质和硫酸盐含量 确定土是否适宜于用石

15、灰或水泥稳定(对土有怀疑时做此试验)。27相对密度与吸水率 28有效钙镁含量确定石灰质量，常用滴定法或钙电极法测定。水泥标号和终凝时间 确定水泥的质量，是否适宜应用。烧失量 确定粉煤灰是否适用。2829对原材料的一般要求土质 易于粉碎，满足一定级配，便于碾压成型。液限与塑性指数水泥稳定类时，土的液限不宜超过25，塑性指数不宜超过6；用水泥稳定粒径较均匀的砂时，可在砂中掺入少量塑性指数小于12的粘性土(亚粘土)；二灰稳定类时，土的塑性指数为1220；石灰稳定类时，土的塑性指数为1520。29对原材料的一般要求30颗粒组成用作基层时，集料最大粒径不应超过30mm(方孔筛)；用作底基层时，集料最大粒

16、径不应超过40mm；最大粒径太大，拌和、摊铺、压实均有困难，表面平整度也难达到要求。最大粒径太小，动稳性不足且投资增加。用作底基层时，土的均匀系数应大于5，实际中宜选用均匀系数大于10的。30颗粒组成31压碎值半刚性基层材料所用的碎、砾石应具有一定的抗压碎能力；二级和二级以下公路的集料压碎值不大于35(底基层可放宽至40)；一级、高速公路的集料压碎值不大于30。31压碎值32硫酸盐与腐殖质水泥稳定时，土的腐殖质含量不应大于2%，硫磺盐含量不应大于0.25；腐殖质含量超过2以及塑性指数偏高的土，必须先用石灰处理之后，方可用水泥稳定；石灰及二灰稳定类所用土的有机质含量不应超过10，硫酸盐含量不应超

17、过0.8。32硫酸盐与腐殖质33无机结合料无机结合料目前最常用的是水泥、石灰和粉煤灰。水泥普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥或火山灰水泥都可用于稳定土，应选用终凝时间较长(6h以上)的水泥（便于施工）。快凝水泥、早强水泥以及受潮变质的水泥不应使用。采用标号低的水泥（如325#，造价低）。石灰石灰质量应符合级以上的生石灰或消石灰的技术指标。实际使用时，要尽量缩短石灰的存放时间，如需存放较长时间，应采取覆盖封存措施妥善保管。33无机结合料34粉煤灰主要成份是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，前两种成分的总含量应大于70；根据CaO含量的大小，粉煤灰可分为硅铝粉煤灰(CaO含量一般在26)

18、和高钙粉煤灰(CaO含量为1040)；我国的粉煤灰含CaO、MgO量较少，约35，不具备自行结硬的特性；粉煤灰的烧失量一般小于10，有的在20以上，烧失量过大，将明显降低混合料的强度，有的甚至难于成型。34粉煤灰35粉煤灰的粒径变化范围0.0010.3mm，但大部分在0.010.1mm之间，其比表面积一般在200035000cm2g之间；干粉煤灰和湿粉煤灰都可以应用。干粉煤灰如堆在空地上，要加水，防止飞扬造成污染；湿粉煤灰的含水量不宜超过35；使用时，应将凝固的粉煤灰块打碎或过筛，成粉状使用，同时清除有害杂质。水一般人、畜饮用的水源均可使用。35粉煤灰的粒径变化范围0.0010.3mm，但大部

19、分在036混合料配合比设计的一般原则与试验项目一般原则混合料组成设计所要达到的目标在强度上满足设计要求、抗裂性达到最优且便于施工。混合料组成设计的基本原则结合料剂量合理、尽可能采用综合稳定、集料应有一定级配。综合稳定时：水泥：提高早期强度石灰：使刚度不会太大粉煤灰：降低收缩系数36混合料配合比设计的一般原则与试验项目37剂量混合料组成中，结合料的剂量太低不能成为半刚性材料；剂量太高刚度太大，容易脆裂；限制低剂量是为了保证整体性材料具有基本的抗拉强度，以满足荷载作用的强度要求；限制高剂量可使模量不致过大，避免结构产生太大的拉应力，同时降低收缩系数，使结构层不会因温度变化而引起拉伸破坏。 37剂量

20、38集料的级配较为理想的基层材料应是石灰、粉煤灰、水泥综合稳定粒料类半刚性材料;半刚性基层材料中结合料和集料种类繁多，应以就地取材为前提，并通过试验求得合理组成，以充分发挥其优势。38集料的级配39混合料试验项目重型击实试验 确定最佳含水量和最大干密度，以确定工地碾压时的合适含水量和应达到的最小干密度。加州承载比 求工地预期干密度下的承载比，确定材料是否适宜做基层或底基层。 39混合料试验项目40抗压强度 进行材料组成设计，选定最适宜于用水泥或石灰稳定的材料(包括土)，规定施工中所用的结合料剂量，为工地提供质量评定标准。耐久性 用干湿循环或冻融循环试验确定适宜于用石灰或水泥稳定的材料，探索石灰

21、水泥稳定材料在潮湿冰冻条件下的使用性能。提高二灰稳定材料的早强问题：掺加少量水泥或化学添加剂：氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠，掺量：1%-2%40抗压强度 41设计步骤：按不同结合料剂量制备混合料，3-16用重型击实实验确实最佳含水量和最大干密度按工地预压的压实度，计算不同剂量时试件的干密度按最挂含水量和计算的干密度制备试件，进行强度试验试验并计算平均值和仿差系数按强度标准，选定合适的结合料剂量工地实际采用的剂量应较室内试验确定的多0.5-1%。41设计步骤：42第二节 半刚性基层施工 主要介绍以下内容： 试验路段的施工 半刚性基层的大面积施工 施工中应注意的几个问题 粒料类基层强度形成原理 级配材

22、料基层的材料要求和施工 质量控制和验收42第二节 半刚性基层施工 主要介绍以下内容：43 修筑试验路段（长度100-200m，直线段）修筑试验路段的任务检验拌和、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；提出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。 43 修筑试验路段（长度100-200m，直线段）44半刚性基层的大面积施工路拌法施工工序准备下承层施工测量备料摊铺拌和整平与碾压成型初期养护44半刚性基层的大面积施工准备下承层施工测量备料摊铺拌和整平45下承层准备与

23、施工测量施工前对下承层(底基层或土基)按质量验收标准进行验收，精心加工。之后，恢复中线，直线段每2025m设一桩，平曲线段每1015m设一桩，并在两侧路面边缘外0.30.5m处设指示桩，在指示桩上用红漆标出基层(或底基层)边缘设计标高及松铺厚度的位置。45下承层准备与施工测量46备料所用材料应符合质量要求，并根据各路段基层(底基层)的宽度、厚度及预定的干密度，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;也可根据各种集料所占的比例及其松干密度，计算每种集料松铺厚度，以控制集料施工配合比;对结合料(水泥、石灰等)仍以每袋的摊铺面积来

24、控制剂量。46备料47摊铺与拌和用平地机、推土机或人工按试验路段所求得的松铺系数进行摊铺，摊铺力求均匀;摊铺工作就绪后，可使用稳定土路拌机进行拌和作业;路拌时，首先调整液压分配阀的控制手柄，使路拌机的工作装置渐渐深入混合料之中直至达到标尺要求的深度，拌和机就可以工作速度开始作业，工作速度以1.21.5kmh最为适宜;47摊铺与拌和48拌和中适时测定含水量；含水量大于最佳时应进行自然蒸发，使含水量达到最佳值;含水量小于最佳值，应补充洒水进行拌和，一般在摊铺洒水时，用水量应稍大些，这样可避免二次拌和所造成的浪费。48拌和中适时测定含水量；49碾压用平地机整平，并刮出路拱，然后进行压实作业；无机结合

25、科稳定类结构层应用12t以上的压路机碾压。用1215t三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过15cm；用1820t的三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过20cm。对于稳定中粒土和粗粒土，采用能量大的振动压路机时，每层最小压实厚度为10cm。49碾压50压实应遵循先轻后重、先慢后快的原则；直线段，由两侧路肩向路中心碾压；平曲线段，由内侧路肩向外侧路肩进行碾压；碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和，或用其它方法处理，使其达到质量要求；50压实应遵循先轻后重、先慢后快的原则；51养生与交通管理重视保湿养生，养生时间应不少于7d；水泥稳定类混合料碾压完成后，即刻开始养生

26、，二灰稳定类混合料是在碾压完成后的第二或第三天开始养生；养生期结束，应立即铺筑沥青面层或做下封层；基层上未铺封层或面层时，不应开放交通；当施工中断，临时开放交通时，也应采取保护措施。51养生与交通管理52厂拌法施工拌和生产中，含水量应略大于最佳值，使混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量不小于最佳值；将拌和好的混合料送到现场，如运距远，车上混合料应覆盖，以防水分损失过多；用平地机、摊铺机、摊铺机或人工按松铺厚度摊铺均匀；其他工序同路拌法。下图为二灰砂砾机械化施工工艺流程图。52厂拌法施工535354施工中应注意的几个问题施工季节宜在春未或夏季组织施工，施工期的最低气温应在5以上。 保证在冻前有一定

27、成型期： 水泥：0.5-1个月 石灰、二灰：1-1.5个月在雨季施工时，勿遭雨淋，并采取措施排除表面水，勿使运到路上的集料过分期湿。54施工中应注意的几个问题55水泥稳定类材料施工作业长度的确定应综合考虑水泥的终凝时间、延迟时间（从拌合到碾压的时间）对施工质量的影响、施工机械的效率及气候条件等因素，并尽可能减少接缝;水泥稳定类混合料从拌和到碾压之间延迟时间宜控制在34h;一般情况下，每一流水作业段长以200m为宜。55水泥稳定类材料施工作业长度的确定56接茬处理石灰、二灰稳定类基层施工中，两工作段的衔接处应搭接拌和。即前一段拌和后，留58m，不进行碾压；后一段施工时，将前段留下未压部分，一起再

28、进行拌和；对于水泥稳定类基层，当天两工作段的衔接处理方法同前，但应对前一段未压部分要再加水泥，重新拌和。当天最后一段水泥稳定类基层施工完后，将己压成段末端切成垂直断面，在第二天摊铺下段时，应在前一天余留末碾段内添加部分水泥，并与下段一起拌和；56接茬处理57养生期的探讨半刚性基层分层施工时，下层碾压完后，可立即铺筑上层，不需专门的养生期，但在铺筑上层之前，应始终保持下层表面湿润；基层完工后，养生期一般不宜少于7d；养生期结束，方可铺筑沥青面层或做封层；缩短养生期加快工程进度，是无机结合料稳定类基层施工中解决的问题。 57养生期的探讨58粒料类基层强度形成原理 粒料类基层按强度构成原理可分为嵌锁型与级配型。嵌锁型包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等；级配型包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的