PPT半刚性基层材料优化设计与控制

公路基层术术培训半刚性基层层材料优化化设计与控控制主要内内容一、沥青路路面基层、、底基层使使用情况二、基层、、底基层分分类三、基层、、底基层材材料组成设设计指标四、基层、、底基层集集料级配五、半刚性性基层材料料优化设计计六、半刚性性基层施工工质量控制制一、沥青路路面基层、、底基层使使用状况况国内以半刚刚性基层为为主，20多年，90%以上的高等等级公路采采用半刚性性材料作为为基层，沥沥青路面实实际上是半半刚性基层层沥青路面面。使用情况：：①有成功：适适合重载、、大交通量量使用，弯弯沉、车辙辙小；②有失败：裂裂缝、返浆浆、疲劳破破坏；半刚性基层层特点：①强度高、具具有板体性性，②强度、刚度度随龄期增增长，③水稳性好④材料易得、、造价相对对较低。因此：如何何使用争议议大但在未来相相当长的时时间内仍然然是主要的的基层类型型半刚性基层层突出的问问题及原因因（1）容易收缩缩开裂，并并形成路面面的反射裂裂缝。（2）有冲刷现现象并进一一步使路面面脱空、开开裂。（3）对荷载变变化比较敏敏感，超载载后破坏较较快。（4）刚度大引引起沥青面面层内部剪剪应力增加加，使出现现车辙、拥拥包的可能能性增加。。（5）半刚性基基层沥青路路面使寿命命低于设计计寿命，甚甚至出现提提前破坏现现象。解决问题的的途径1挖掘半刚性性材料潜力力－材料设计计与功能设设计相结合合2优化路面结结构－根据力学学特性优化化结构组合合设计3改进施工工工艺－采用先进进施工设备备与方法4加强质量控控制－提高质控控意识，加加强“产品”概念二、基层、、底基层的的分类无机结合料料稳定类整体体型基层水泥稳定类类石灰灰稳稳定定类类工业业废废渣渣稳稳定定类类嵌锁锁型型级配配型型泥结结碎碎石石泥灰灰结结碎碎石石填隙隙碎碎石石级配配碎碎石石级配配砾砾石石粒料料类类嵌嵌锁锁型型和和级级配配型型公路路沥沥青青路路面面设设计计规规范范（（JTJ014-86）有结结合合料料稳定定类类型型无结结合合料料稳定定类类型型有机机结结合合料料稳定定类类型型无机机结结合合料料稳定定类类型型热拌拌沥沥青青碎碎石石基层乳化化沥沥青青沥沥青青碎碎石石沥青青贯贯入入碎碎石石水泥泥稳稳定定类类石灰灰稳稳定定类类工业业废废渣渣稳稳定定类类嵌锁锁型型级配配型型泥结结碎碎石石泥灰灰结结碎碎石石填隙隙碎碎石石级配配碎碎石石级配配砾砾石石无机机结结合合料料稳定定类类型型无结结合合料料稳定定类类型型底基层公路路沥沥青青路路面面设设计计规规范范（（JTJ014-97）半刚刚性性基基层层、、底底基基层层热拌拌沥沥青青碎碎石石基层层、、底基基层层贯入入式式沥沥青青碎碎石石水泥泥稳稳定定类类石灰灰稳稳定定类类填隙隙碎碎石石级配配碎碎石石柔性性基基层层、、底基基层层石灰灰、、粉粉煤煤灰灰稳稳定定类类水泥泥、、粉粉煤煤灰灰稳稳定定类类公路路沥沥青青路路面面设设计计规规范范（（JTGD50-2006）泥结结碎碎石石刚性基层贫混凝土振碾混凝土重载载交交通通如何何提提出出的的？？水泥泥稳稳定定类类骨架架密密实实结结构构骨架架孔孔隙隙结结构构悬浮浮密密实实结结构构二灰灰稳稳定定类类骨架架密密实实结结构构悬浮浮密密实实结结构构进一一步步细细化化沥青青碎碎石石基基层层半开开级级配配沥沥青青碎碎石石（（AM）开级级配配沥沥青青碎碎石石（（ATPB）密级级配配沥沥青青碎碎石石大粒粒径径沥沥青青碎碎石石（（LSM）沥青青稳稳定定碎碎石石（（ATB）贫混混凝凝土土基基层层多孔孔混混凝凝土土密级级配配型型混混凝凝土土长寿寿命命/永久久性性路路面面重载载交交通通三、基层、底底基层混合料料设计指标水泥稳定类材材料的压实度度及七天无侧侧限抗压强度度位层高速公路一级公路二级公路三级公路基层3.02.5～3.02.0～2.51.7～2.0底基层≥1.5≥1.5≥1.3≥1.0（JTJ014-86）模糊阶段水泥稳定类材材料的压实度度及七天无侧侧限抗压强度度层位土类高速公路、一级公路二级、二级以下公路压实度(%)抗压强度(MPa)压实度(%)抗压强度(MPa)基层集料≥983～4≥972～3细粒土——≥95底基层集料≥96≥2.0≥95≥1.5细粒土≥95≥93（JTJ014-1997）清醒阶段按照交通等级级确定相应的的强度指标交通等级BZZ-100KN累计标准轴次Ne(万次/车道)大客车及中型以上的各种货车（辆次/日/车道）轻交通<300<600中等交通300～1200600～1500重交通1200～25001500～3000特重交通＞2500＞3000层位稳定类型特重交通重、中交通轻交通压实度(%)抗压强度(MPa)压实度(%)抗压强度(MPa)压实度(%)抗压强度(MPa)基层集料≥983.5～4.5≥983～4≥972.5～3.5细粒土————≥96底基层集料≥97≥2.5≥97≥2.0≥96≥1.5细粒土≥96≥96≥95水泥稳定类材材料的压实度度及七天无侧侧限抗压强度度（JTGD50-2006）明确阶段水稳碎石历年年主要指标对对比位层高速公路一级公路二级公路三级公路基层≥1.2≥1.0≥0.8≥0.6底基层≥0.7≥0.7≥0.6≥0.5石灰粉煤灰稳稳定类材料的的压实度及七七天无侧限抗抗压强度（JTJ014-86）石灰粉煤灰稳稳定类材料的的压实度及七七天无侧限抗抗压强度层位土类高速、一级公路二级、二级以下公路压实度（%）抗压强度(MPa)压实度（%）抗压强度(MPa)基层集料≥98≥0.8≥97≥0.6细粒土——≥95底基层集料≥96≥0.5≥95≥0.5细粒土≥95≥93（JTJ014-1997）石灰粉煤灰稳稳定类材料的的压实度及七七天无侧限抗抗压强度（JTGD50-2006）层位稳定类型特重、重、中交通轻交通压实度（%）抗压强度(MPa)压实度（%）抗压强度(MPa)基层集料≥98≥0.8≥97≥0.6细粒土——≥96底基层集料≥97≥0.6≥96≥0.5细粒土≥96≥95二灰碎石历年年主要指标对对比中冰冻、重冰冰冻区的高速公路、、一级公路采采用石灰粉煤灰稳稳定类材料做基层时时，应进行抗冻性能检验。抗冻性能采用用28天龄期的试件件经18℃至-18℃的5次冻融循环后后的残留抗压压强度与28天龄期的抗压压强度（MPa）之比进行评评价。石灰粉煤灰抗抗冻性能技术术要求气候分区重冻区中冻区残留抗压强度比(%)≥70≥65试验：在－18±1℃下，冻8小时，在+18±1℃℃下，融化8小时，即16小时作为一次次冻融循环，，经5次冻融循环后后，测试试件残留留强度，计算算残留强度比比：式中：——5次冻融循环后后的残留强度度比（%）；——未经冻融试件件的饱水抗压压强度平均值值(MPa)；——经5次冻融循环后后的试件饱水水抗压强度平平均值(MPa)。5次冻融循环后后的残留强度度比应符合规规范要求。水泥粉煤灰稳稳定类材料的的压实度及七七天无侧限抗抗压强度（JTGD50-2006）层位类别特重、重、中交通轻交通压实度（%）抗压强度(MPa)压实度（%）抗压强度(MPa)基层集料≥981.5～3.5（3-4.5）≥971.2～1.5底基层集料≥97≥1.0≥96≥0.6强度适中、节节约成本、环环境保护级配碎石中间层——压实度应大于于100%，CBR值不应小于100%基层——压实度应大于于98%，CBR值不应小于100%底基层——压实度应大于于96%，CBR值不应小于80%。级配砾石或天天然砂砾基层——压实度不应小小于98%，CBR值不应小于80%；底基层——压实度不应小小于96%，CBR值不应小于40%（轻交通）。。CBR值不应小于60%（中等交通））。贫混凝土基层层材料的强度度要求试验项目特重、重交通中交通28天龄期抗弯拉强度(MPa)2.5～3.52.0～3.028天龄期抗压强度(MPa)12～209～167天龄期抗压强度(MPa)9～157～12四、基层、底底基层集料级级配水泥稳定类颗颗粒组成（JTJ014-86）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）504020105210.50.250.0740.002基层10090～10055～10040～10030～9018～6810～556～453～360～30底基层10050～10015～1000～500～30水泥稳定类集集料级配（JTJ014-1997）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基层10088～9957～7729～4917～358～220～7底基层10093～9874～8949～6929～5218～388～220～7骨架密实型水水泥稳定类集集料级配（JTGD50-2006）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）31.519.09.504.752.360.60.075基层10068～8638～5822～3216～288～150～3悬浮密实型水水泥稳定类集集料级配（JTGD50-2006）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基层10090～10060～8029～4915～326～200～5底基层10093～10075～9050～7029～5015～356～200～5水泥稳定碎石石级配的发展展P4.75=60P4.75=39P4.75=27石灰粉煤灰稳稳定碎石的级级配范围（JTJ014-1997）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基层10081～9852～7030～5018～3810～276～200～7底基层10090～10072～9048～6830～5018～3810～276～200～7骨架密实型石石灰粉煤灰稳稳定类集料级级配（JTGD50-2006）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）31.526.519.09.504.752.361.180.60.075基层10095～10048～6824～3411～216～162～120～60～3悬浮密实型石石灰粉煤灰稳稳定碎石的集集料级配（JTGD50-2006）层位通过下列方筛孔（mm）的质量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基层10088～9855～7530～5016～3610～254～180～5底基层10094～10079～9251～7230～5016～3610～254～180～5XM:P=40%GM:P=16%级配碎石混合合料的级配组组成层位通过下列筛孔(mm)质量百分比(%)37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.074基层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底基层及垫层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、半刚性基基层材料级配配

优化设计计成型方法1振动法确定压压实标准方法法2振动法成型试试件方法混合料组成计计算方法1.骨架的性能能2.细集料的性能能3.体积法级配设设计不同结构类型型半刚性材料料的路用性能能试验1强度（抗压强强度、劈裂强强度）2模量（抗压回回弹模量）3收缩系数（温温缩系数、干干缩系数）研究内容及方方案级配推荐1.给出性能良好好的级配2.给出最佳填充充系数范围

确定压实标准的方法试件成型方法均匀密实结构击实静压法悬浮密实结构击实法/振动静压法/振动骨架密实结构振动法振动法骨架孔隙结构振动法振动法成型方法骨架性能研究究1.骨架类别：1、连续级配骨骨架：由泰波公式计计算得到的级级配组合而成成的主骨架。。2、级配嵌挤骨骨架为了便于对主主骨架级配的的研究，将主主骨架的各级级粒径分为4段：19mm~16mm、16mm~13.2mm、13.2mm~9.5mm、9.5mm~4.75mm，每段粒径都都有一定的含含量，区别只只是每段粒径径含量不同，，如级配1、4、6，4段的的含含量量比比例例分分别别为为：：47：23：15：15、15：23：47：15、15：15：23：47。3、单单级级嵌嵌挤挤骨骨架架如果果级级配配嵌嵌挤挤骨骨架架中中的的其其中中一一档档粒粒径径含含量量较较多多，，承承担担了了主主要要的的嵌嵌挤挤作作用用，，其其它它粒粒径径对对嵌嵌挤挤作作用用只只起起辅辅助助作作用用，，如如级级配配单单，，四四段段粒粒径径含含量量比比例例为为67：17：10：6，主主要要是是由由19mm~16mm这档档料料形形成成嵌嵌挤挤。。2.骨架架级级配配骨架类型级配编号通过下列筛孔(mm)的百分率(%)191613.29.54.75级配骨架单级嵌挤单100331660级配嵌挤15330152773015385381548562155857023685704774825108532515单粒级骨架9—100———10——100——11———100—12————100级配骨架连续级配n=0.451008568420n=0.558366403.骨架架性性能能级配骨架4.骨架架设设计计指指标标第一一类类：：骨骨架架主主体体偏偏细细，，级级配配编编号号为为6，其其特特点点是是4.75mm－9.5mm粒级级的的含含量量达达47％，，骨骨架架强强度度（（CBR为127.3％））不不高高，，离离析析少少。。第二二类类：：骨骨架架主主体体偏偏粗粗，，级级配配编编号号为为1、7、8，其其16mm－19mm粒级级的的含含量量在在50％左左右右，，骨骨架架强强度度波波动动范范围围较较大大，，CBR变化化范范围围在在125％－－150％，，由由于于第第一一档档集集料料比比例例较较大大，，施施工工过过程程中中易易于于产产生生离离析析。。第三三类类：：骨骨架架主主体体粗粗细细适适中中，，级级配配编编号号为为4、5，空空隙隙率率的的波波动动范范围围30.8－31.1％，，骨骨架架强强度度的的变变化化范范围围是是132.9％－－153.5％，，波波动动范范围围较较小小，，性性能能稳稳定定，，施施工工和和易易性性好好。。骨架的要要求：强强度与离离析强度：CBR》》120％离析：Vv＝30％－32％4号骨架最最优：比比列：：23：47：15、15细集料性性能研究究1.细集料级级配：连续级配配骨架由由泰波波公式计计算得到到的级配配组合。。细集料性性能研究究2.细集料性性能：击实方法法：最佳佳级配范范围在n＝0.4－0.6；振动方法法：其最最佳级配配在n＝0.6－0.8；细集料的的级配建建议取n=0.6。体积法级级配设计计1.基本思想想：根据体积积参数和和密度参参数，确确定粗、、细集料料的用量量，合成成出级配配曲线，，性能研研究，最最佳的填填充系数数范围，，最佳级级配范围围。体积法级级配设计计2.不同填充充系数下下的级配配：体积法级级配设计计2.不同填充充系数下下的性性能：（1）CBR还无法甄甄别出最最佳的骨骨架类型型，说明明CBR用于评价价级配的的结构性性具有局局限性，，还应辅辅以其他他的性能能试验结结果来证证明，但但最优的的填充系系数应在在0.9左右。体积法级级配设计计（2）回弹模模量（1）骨架架结构构越粗粗，则则它的的回弹弹模量量值也也会表表现出出较大大的值值；（2）混合合料回回弹模模量的的大小小排序序与骨骨架模模量排排序相相同，，说明明骨架架强度度对混混合料料的强强度起起决定定性作作用，，骨架架决定定强度度。体积法法级配配设计计（3）累计计塑性性变形形由于细细集料料的填填充，，在最最佳填填充系系数下下，使使缩性性变形形产生生了大大幅度度的降降低，，说明明细集集料的的填充充作用用对降降低碎碎石集集料的的永久久变形形具有有主导导作用用。体积法法级配配设计计（4）最佳佳填充充系数数的确确定集料的骨架类型单146回弹模量（Mpa）550-850400-700450-800300-650永久变形范围1-8mm1-8mm1-7mm2-6mm最佳的K值K=0.5K=0.7K=0.9K=0.7最佳K下的模量和变形E=740l=2.6mmE=700l=3.1mmE=700l=1.5mmE=650l=2.8mm综合考考虑CBR、回弹弹模量量与永永久变变形，，认为为4，0.9达到嵌嵌挤骨骨架密密实结结构，，该级级配路路用性性能最最好；；从理论论上讲讲，填填充系系数为为1.0时，混混合料料达到到完全全骨架架－密密实结结构，，这对对纯级级配碎碎石是是比较较合适适的，，对于于水泥泥稳定定级配配碎石石，由由于要要加入入3％－6％的水水泥，，预留留出一一定的的空隙隙是合合适的的，应应为水水泥石石的生生长需需要空空间。。体积法法级配配设计计（5）最佳佳级配配曲线线的确确定（1）细集集料的的级配配和通通过率率不变变，因因为骨骨架的的最大大粒径径变化化对空空隙里里影响响较小小；（2）粗骨骨架的的级配配形式式不变变，以以对称称粒径径（以以两级级配最最大粒粒径向向下对对应排排列的的粒径径，如如19mm对应3.15mm）通过过率基基本相相同和和间断断富余余粒径径（对对应之之后剩剩下的的粒径径，13.5mm，9.5mm）为原原则，，确定定骨架架－密密实级级配，，级配配曲线线如图图6－11所示。。基于以以上的的扩充充原则则，即即可保保证骨骨架的的嵌挤挤性能能，由由保证证其密密实性性。体积法法级配配设计计（5）最佳佳级配配范围围的确确定综合考考虑关关键粒粒径对对性能能的影影响：：（1）0.075：0％－7％时，，CBR较大，，取0％－6％；（2）0.6：8％－22％时干干密度度、CBR较大，，取7％－17％（3）4.75：在29％-43％较为为理想想，取取24％－38％考虑了了水泥泥的影影响4％－6％体积法级配配设计（6）与规范的的比较体积法级配配设计（6）强度比较较强度平均提提高30％（7）收缩性能能比较1—试件2—支座3—千分表4—表架机测法示意意图机测法测干干缩系数机测法干缩系数是指减少单位含水量量条件下，材材料产生的的干燥收缩应应变量.评价指标干缩系数是指在某一一温度区间间，单位变温条条件下，材料产产生的温度度收缩应变量量体积法级配配设计（7）收缩系数数比较收缩系数的的对比：温缩系数：：略大干缩系数：：相同六、减减小半半刚性性基层