我国公路建设之半刚性基层质量控制

我国公路路建设之之半刚性性基层质质量控制制宋云祥河南省交交通科学学技术研研究院有限公司司主要内容容概述半刚性基基层的技技术要求求半刚性材材料的特特点半刚性基基层材料料的组成成设计施工质量量控制水泥稳定定材料的的抗裂性性问题主要内容容关于级配配设计的的说明振动压实实试验存在的问问题改进措施施一、概述述1.我国公路路建设的的发展历历程第一阶段段，泥结结碎石和和级配砾砾石路面面第二阶段段，渣油油表面处处治和石石灰土基基层路面面第三阶段段，国内内二级以以上的公公路（含含高速公公路）几几乎全部部采用半半刚性路路面在1983年召开的的世界第第十七届届道路会会议上，，将具有有水硬性性结合料料处治层层的沥青青路面正正式命名名为半刚刚性路面面。一、概述述2.半刚性基基层的定定义在粉碎的的或原状状松散的的土中掺掺入一定定量的无无机结合料（包包括水泥泥、石灰灰或工业业废渣等等）和水水，经拌拌和得到的混混合料在在压实与与养生后后，其抗抗压强度度符合规规定要求的材材料称为为无机结结合料稳稳定材料料。由由于无机机结合料稳定材材料的刚刚度介于于柔性路路面材料料和刚性性路面材材料之间，常常称此为为半刚性性材料。。以此修修筑的基基层或底底基层亦称为为半刚性性基层或或底基层层。一、概述述3.基层的类类型按材料组成——水泥稳定类、、石灰粉煤灰灰稳定类、水泥混凝凝土类、沥青青稳定类、无结合料料粒料类；按力学行为——半刚性、柔性性、刚性按结构组成——骨架密实型、、骨架孔隙型型、悬浮密实型、、均匀密实型型二、半刚性基基层的技术要要求有足够的强度度和刚度有足够的水稳稳性和冰冻稳稳定性有足够的抗冲冲刷能收缩性小有足够的平整整度与面层结合良良好三、半刚性材材料的特点具有一定的抗抗拉强度利用圆柱体试试件并延其直直径方向用接接近于线压力力进行试验直直到破坏，用用此法测得的的试件抗拉强强度称作间接接抗拉强度或或劈裂强度环境温度对半半刚性材料强强度的形成和和发展有很大大的影响环境温度越高高，半刚性材材料内部的化化学反应就越越快和越强烈烈，因此其强强度也越高。。三、半刚性材材料的特点强度和刚性都都随龄期的变变化随龄期的增长长，强度和刚刚性都会增长长，但不同材料增长长的幅度不同同，同一种材材料在不同地区的增长幅幅度也不同，，而且结合料料的剂量越大，龄期的影影响也越大。。三、半刚性材材料的特点干缩特性体积收缩，影影响因素如下下：细粒含量和矿矿物成分（多多）土的塑性指数数（大）水泥剂量（多多）混合料的含水水量（大）暴露时间及失失水量（长））集料的平均粒粒径（小）三、半刚性材材料的特点温缩特性影响半刚性基基层温缩性质质的因素既多多又复杂，主主要有温差、、材料的温缩缩系数、弹性性模量和极限限拉应变、基基层长度和厚厚度、阻力系系数及材料的的徐变等。试试验分析表明明，选择温缩缩性小、极限限拉应变大的的路面材料是是控制半刚性性基层温缩裂裂缝的有效措措施。因此，，要根据本地地自然条件、、材料性能等等，加强基层层材料配合比比研究工作，，而不仅仅局局限于按照规规范进行设计计与施工。三、半刚性材材料的特点不足目前，半刚性性基层材料在在使用过程中中主要存在的问题是是：当原材料料选择或混合合料配比设计不当时，半半刚性基层容容易出现抗裂裂性不足、抗冲刷能力不不足、抗冻性性不好以及与与面层粘结差等缺陷。四、半刚性基基层材料的组组成设计在80年代以前，国国内对无机结结合料稳定材材料不重视其其组成设计，，或根本不进进行组成设计计，致使路面面结构质量不不高。大量的工程应应用实践表明明，相当部分分的由基层引引起的路面损损坏现象并非非因基层承载载力不足，而而是由于基层层材料抵抗温温度或干燥收收缩变形或抵抵抗外来水分分冲刷唧浆能能力的不足。。四、半刚性基基层材料的组组成设计半刚性基层用用材料结构类类型划分悬浮密实型、、骨架密实型型、骨架孔隙隙型划分的标准是是粗集料经压压实后，粗颗颗粒间空隙体体积与压实后后起填充作用用的细集料之之间的关系。。这里粗、细细集料的划分分是以筛孔尺尺寸4.75mm或9.5mm作为分界尺寸寸的。四、半刚性基基层材料的组组成设计悬浮密实型混混合料中细料料的压实体积积应大于粗集集料形成的空空隙的体积，，即粗集料在在压实混合料料中处于“悬悬浮状态”；；骨架密实型混混合料中细料料的压实体积积应“临界””于粗集料形形成的空隙的的体积，粗集集料在压实混混合料中有一一定的“骨架架作用”；骨架孔隙型混混合料中细料料的压实体积积则小于粗集集料形成的空空隙的体积，，压实混合料料中形成“骨骨架”的粗集集料之间存有有一定的孔隙隙。四、半刚性基基层材料的组组成设计这几种结构各各有其特点：：悬浮密实型混混合料中的粗粗集料用量一一般在50％左右，细集集料含量较多多，抗弯拉性性能较好，适适用于各等级级公路的基层层和底基层。。骨架密实型混混合料中的粗粗集料用量一一般在75％以上，细集集料含量较少少，压实混合合料的嵌挤强强度较高，抗抗裂性、抗冲冲刷性较好，，宜用于高速速公路和一级级公路的基层层。四、半刚性基基层材料的组组成设计骨架孔隙结构构型混合料与与骨架密实型型混合料相比比具有较高的的孔隙率，适适用于有较高高路面内部排排水要求的基基层。均匀密实型混混合料建筑费费用较低，可可用作二级及及二级以下公公路路面的基基层或底基层层，不能用作作高速公路和和一级公路的的底基层。四、半刚性基基层材料的组组成设计在现行的《沥沥青路面设计计规范》中对对骨架密实性性水泥稳定类类基层的集料料级配提出了了具体的要求求：筛孔尺寸（mm）31.519.09.504.752.360.60.075通过量（%）10068-8638-5822-3216-288-150-3悬浮密实性XM骨架密实性GM骨架空隙性GK无侧限抗压强度次之最大最小抗压回弹模量次之最大最小劈裂强度最大次之最小抗折强度最大次之最小抗折回弹模量最大次之最小平均温缩系数最大次之最小平均干缩系数最大次之最小抗冲刷能力最差次之最大四、半刚性基基层材料的组组成设计四、半刚性基基层材料的组组成设计粗、细集料分分界尺寸及最最大粒径一般将粗、细细集料的分界界尺寸定为4.75mm，即通过4.75mm筛孔的石料属属于细集料，，4.75mm以上的石料属属于粗集料，，粗集料的最最大粒径参照照目前规范中中的级配范围围取26.5mm。四、半刚性基基层材料的组组成设计混合料组成设设计方法1、强度标准确确定本省设计规范范规定：1.当累计当量轴轴次小于1200×104时，水泥稳定定类基层7d（标准养护条条件）龄期无无侧限抗压强强度为3-4MPa之间，不得超超过5MPa；水泥稳定类类底基层7d（标准养护条条件）龄期无无侧限抗压强强度为1.5MPa—2MPa，上限不得大大于3MPa。原材料检验室内试验步骤骤施工配合比调调整四、半刚性基基层材料的组组成设计2.当车道累计当当量轴次大于于1200×104时，水泥稳定定类基层7d（标准养护条条件）龄期无无侧限抗压强强度应在4MPa——5MPa之间，不得超超过6MPa；水泥稳定类类底基层7d（标准养护条条件）龄期无无侧限抗压强强度为2MPa——3MPa，最大不得大大于4MPa。四、半刚性基基层材料的组组成设计3.考虑到今后交交通量越来越越大、重车越越来越多。故故规定交通量量大，重车多多时取高值，，一般情况取取中、低值。。）五、施工质量量控制原材料的质量量水泥宜采用强度合合格的普通硅硅酸盐水泥、、矿渣硅酸盐盐水泥以及火火山灰质硅酸酸盐水泥，在在保证水泥的的安定性合格格的前提下，，控制初凝时时间不小于4h，终凝时间宜宜为6h---8h的水泥。快硬水泥、早早强水泥以及及已受潮变质质的水泥不应应使用。应采采用等级较低低的32.5水泥在选择水水泥厂家的时时候，应该选选择水泥质量量比较稳定，，关键是保证证水泥批次之之间的离散系系数比较小。。也可以按照照本工程的施施工特点及工工期要求，集集中同水泥厂厂家签订水泥泥供应合同。。不要选择早早期强度过高高的水泥。五、施工质量量控制在保证水泥3天、28天抗折、抗压压强度合格的的同时，保证证3天抗压强度≤≤16MPa。水泥收缩比对对结果：2008年对某高速选选定的三种水水泥进行的比比对试验。试验项目水泥编号抗压强度（MPa)抗折强度（MPa)干缩系数（%）3d28d3d28d14d21d28d1号水泥21.453.44.7210.20.0400.0440.0682号水泥17.845.44.429.50.0890.1000.1243号水泥14.647.93.628.30.0630.0810.092五、施工质量量控制对集料要求集料颗粒径愈愈大，拌和机机、平地机和和摊铺机等施施工机械愈易易磨损，粗细细集料愈易产产生离析，铺铺筑层的平整整度也愈难达达到要求。施施工中应尽可可能采用最大大粒径较小的的集料，以适适应机械施工工。我国目前对公公路路面所用用集料的最大大粒径规定得得较宽，碎石最大粒径径应小于31.5mm，。针片状、压碎碎值、含泥量量等可按混凝凝土国标Ⅲ等标准控制。。注意控制风化化石、山皮石石含量。细集料中小于于0.075mm的含量应不大大于10%。石屑应已砂当当量指标控制制，砂当量应应大于45%。级配设计混合料的级配配满足规范要要求。但规范范给的范围很很宽，具体设设计时应仔细细调整以使混混合料结构达达到骨架密实实结构级配对强度的的影响见下表表：五、施工质量量控制级配对干缩的的影响级配对温缩的的影响五、施工质量量控制五、施工质量量控制五、施工质量量控制施工工艺水泥稳定碎石石基层施工工工序质量控制制流程五、施工质量量控制碎石材料料仓自动计量料强制式拌和机拌和自卸汽车运料至路槽内原材料抽检水泥自动加水路槽施工放样路两侧立模板下承层检验修整下承层拌和料摊铺人工整平压路机碾压洒水养生分项工程完工验收施工放样检验取现场拌料制作φ10x10试件测强度检验松铺厚度检验压实度、压实厚度分项工程自检监理抽样与鉴认评定质量等级五、施工质量量控制拌和质量控制制要点摊铺质量控制制要点压实质量控制制要点养生质量控制制要点接缝处理质量量控制要点五、施工质量量控制拌和质量控制制要点(1)计量准确，以以保证混合料料的级配及用用量满足施工工配合比要求求。不允许认认为随意调整整比例。(2)料仓加高边，，防止窜仓，，或采用小型型装载机，或或给装载机加加收边。(3)拌合用水要合合适，依据天天气、运距适适当调整含水水量，材料应应覆盖。（4）必要时从出出料口取拌好好的混合料，，做水泥剂量量测定及筛分分试验。五、施工质量量控制摊铺质量控制制要点(1)摊铺混混合料时应尽尽量避免粗、、细料离析。。(2)调整摊铺机侧侧挡板、底板板距离、振实实挡位、型号号、注意收斗斗频率、螺旋旋布料器深度度、倒料、运运输、接料等等（3）在施工作业业段内，用摊摊铺机摊铺混混合料时，中中间不宜中断断。如因故中中断超过了初初凝时间应设设施工缝。(4)因故超过水水泥初凝时间间的混合料，，不宜使用。。(5)摊铺时取现现场的拌和料料制成φ15x15的圆圆柱体试件，，做7d龄期期饱和抗压强强度试验，并并满足强度标标准要求。(6)现场平整度可可用6米直尺，随时时用插纤检测测厚度。（7）摊铺前对下下层处理。五、施工质量量控制压实质量控制制要点(1)压实是是基层、底基基层的强度形形成阶段。用用振动压路机机在规定的初凝时间内将混合合料一次碾压压密实，并达达到要求的压压实度。(2)超过终终凝时间未能能碾压的混合合料，应予以以铲除。(3)检查压压实度及压实实厚度，并达达到规定的技技术要求。（4）压路机仅跟跟摊铺机、阶阶梯型前进利利于平整度控控制，由轻至至重避免沟槽槽出现，碾压压遍数必须保保证。（5）禁止车辆在正正在施工的层层面上调头或或急刹车。五、施工质量量控制养生质量控制制要点(1)每一段碾压压完成并经压压实度检查合合格后，应立立即开始养生生。(2)对于高速公公路基层的养养生期不宜少少于7d，有有条件的最好好养生14d以上。(3)养生的方式有有很多种，如如洒水、薄膜膜覆盖、土工工布覆盖等。。五、施工质量量控制影响水泥稳定定材料强度的的因素土质、水泥成成分和剂量、、成型含水量量、工艺过程程、养生条件件等土质的影响土的矿物成分分对水泥稳定定土的性质具具有重要的影影响。除有机机质或硫酸盐盐含量高的土土以外，各种种砂砾土、砂砂土、粉土和和粘土均可用用水泥稳定，，但是稳定效效果不同。一般限定适用用范围为土的的液限不大于于40％，塑性指数数不大于20％。五、施工质量量控制水泥的影响对于同一种土土，水泥矿物物成分是决定定水泥土强度度的主导因素素。在通常的的情况下，硅硅酸盐水泥的的稳定效果较较好，而铝酸酸盐水泥则较较差。当水泥的矿物物成分相同时时，水泥土的的强度随着水水泥比表面和和活性的增大大而提高。水泥土的强度度一般地随着着水泥剂量的的增加，水泥泥土的强度增增加，不存在在最佳水泥剂剂量。存在一一个经济用量量。五、施工质量量控制含水量的影响响当水泥稳定土土混合料中含含水不足时，，水泥就要与与土争水。水泥正常水化化所需要的水水量约为水泥泥重量的20%。成型工艺影响响水泥、土和水水拌和得愈均均匀，水泥土土的强度和稳稳定性愈高。。拌和不均匀匀会使在水泥泥剂量少的地地方强度不能能满足设计要要求，而在水水泥剂量多的的地方则裂缝缝增加。从开始加水拌拌和到完成压压实的延迟时时间，对水泥泥土的密实度度和强度有很很大的影响。。五、施工质量量控制水泥稳定土不不同延迟时间间成型的最佳佳含水量、最最大干密度试试验结果表明明：（1）在不同水泥泥剂量下均随随着延迟时间间的增加，水水泥稳定土的的最佳含水量量在增大，最最大干密度在在降低。并且且，随着延迟迟时间的增加加，最大干密密度的降低幅幅度在增大。。（2）同一种土，，相同延迟时时间条件下，，随着水泥剂剂量的增加，，最大干密度度降低幅度减减小。五、施工质量量控制混合料延迟成成型时间对抗抗压强度的影影响：（1）两种土质在在不同水泥剂剂量下均随延延迟成型时间间的加长，7天龄期的抗压压强度降低，，并且，强度度损失幅度随随延迟成型时时间的加长而而增大。（2）同一种土，，相同延迟时时间条件下，，随水泥剂量量的增大，抗抗压强度仍增增大。但随着着水泥剂量的的增大，强度度损失幅度减减小。五、施工质量量控制养生条件影响响水泥稳定土需需要湿治养生生，使在混合合料中能维持足够的的水分，以满满足水泥水化化的需要。养生温度愈高高，水泥土的的强度增长得得愈快。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题水泥稳定碎石石材料的收缩缩性能取决于于材料的组成成配比，合适适的材料配合合比可以显著著地减少结构构层的收缩和和增加结构层层的抗裂性。。水泥稳定碎碎石的级配和和水泥剂量的的变化将影响响其温缩、干干缩性。水泥稳定碎石石干燥收缩特特性水泥稳定碎石石材料的干燥燥收缩系数随随含水量的变变化是一近似似凸型抛物线线，有一最大大干燥收缩系系数。水泥稳稳定碎石材料料，大约在含含水量为1％～4％时，干燥收收缩系数最大大。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题最大干燥收缩缩系数对应含含水量与配合合比的变化关关系最大干缩系数数所对应的含含水量随集料料变粗逐渐减减小。最大累计干缩缩应变和平均均干缩系数随随配合比的变变化规律累计干缩应变变、平均干缩缩系数按照:上限→从下顶到上底→中限→从上上顶到下底→→下限的顺序序在逐渐减小小。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题小于0.075mm以下的填料含含量所决定的的干缩力对干干缩系数的影影响大于级配配类型对干缩缩系数的影响响。干缩性与集料料的级配类型型也有一定的的相关性。水泥稳定碎石石材料干缩系系数随龄期增增长的变化规规律随龄期的增加加，同一配合合比的水泥稳稳定碎石材料料的干燥收缩值值在变小。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题水泥稳定碎石石材料干缩系系数随水泥剂剂量的变化规规律相同龄期，相相同配合比的的水泥稳定碎碎石材料随着着水泥剂量的增增加，干缩系系数增大。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题水泥稳定碎石石温度收缩特特性分析温度收缩缩系数测试结结果，可得出出以下规律：：各龄期材料的的温度收缩系系数随温度区区间的变化规规律高温区0℃～60℃的温度收缩系系数大于低温温区-30℃～0℃的温度收缩系系数。并且，，随着温度的的下降，温缩缩系数有减小小的趋势。温度收缩系数数随集料级配配的变化规律律上限＞从下顶顶到上底＞中中限＞从上顶到下底底＞下限六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题不同龄期而相相同配合比的的水泥稳定碎碎石材料的温温缩规律从28天龄期到90天，温缩系数数增加明显，，从90天龄期到180天，温缩系数数增加幅度较较小。相同配比、不不同水泥剂量量的水泥稳定定碎石材料的的温缩规律六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题防止开裂的措措施控制集料中细细料的含量和和塑性指数，，以减少集料料中的粘土含含量，混合料料中通过0.075mm筛孔的颗粒含含量最好小于于3％。控制水泥的早早期强度不过过高。在达到强度标标准的前提下下，采用最小小的水泥剂量量。六、水泥稳定定碎石抗裂性性问题改善集料级配配，减少水泥泥用量，使水水泥剂量不大大于5%。控制施工碾压压时的含水量量不超过基层层施工规范所所规定的值。。水泥稳定基层层养生结束和和喷洒透层沥沥青或做下封封层后，应立立即铺筑沥青青面层，保护护基层混合料料不使其过分分变干和产生生干缩裂缝。。七、关于级配配设计的说明明原则基层配合比设设计案无侧限限抗压强度试试验方法满足足设计要求的的配合比。混合料级配根据《公路沥青路面面设计规范》（JTGD50-2006），高速公路路的基层或上上基层宜选用用骨架密实型型混合料，因因此，级配采采用规范中表表6.1.6-2推荐的范围。。水泥稳定碎石石基层的最大大通病是易于于产生收缩裂裂缝，易对沥沥青路面形成成反射裂缝，，为了减少和和减轻收缩裂裂缝的产生，，通过研究对对规范给定的的级配范围进进行了优化，，提出“S”型级配。八、振动压实实试验振动压实试验验是一种模拟拟现场压路机机工作原理的的实验方法，，新颁布的《公路工程无机机结合料稳定定材料试验规规程》JTGE51-2009对试验方法进进行了详细地地描述。有以以下几点应注注意：压实机的标准准：不仅仅是是满足静压力力和激振力就就可以了，不不同的仪器应应通过变换不不同的参数进进行试验，确确定最佳的压压实效果。操作过程：压压头跳起状态态、出浆状态态试件成型过程程：高度控制制振动击实标准准是标准击实实的1.01-1.05倍。最佳含水水量小，减少少干缩。水泥泥剂量减小，，强度增加。。九、存在的问问题原材料质量石料来源不稳稳定碎石含泥量大大，粒径尺寸寸不稳定石屑含泥量较较大料场有积水，，未硬化、整整平施工过程控制制施工组织不细细致、准备工工作不充分，，如：模板不不够用，前后后场的沟通不不及时；作面面准备不充分分，如：路床床上有软泥、、工作面上洒洒水过多九、存在的问问题九、存在的问问题摊铺拌和机与摊铺铺机的生产能能力应互相匹匹配。当采用两台摊摊铺机并排摊摊铺时，两台台摊铺机的型型号、出厂日日期应相同。。在摊铺机后应应设专人消