济祁高速公路半刚性基层质量控制技术讲座20120309

宋云ongyx@河南省交通(jiāotōng)科学技术研究院有限公司二零一二年三月济祁高速公路水泥稳定碎石(suìshí)基层技术讲座

精品资料主要(zhǔyào)内容一、概述二、半刚性基层的技术要求三、半刚性材料的特点五、施工质量控制六、快速施工技术应用七、关于级配设计的说明八、振动压实试验四、半刚性基层材料的组成设计精品资料一、概述(ɡàishù)第一阶段，泥结碎石和级配砾石路面第二阶段，渣油表面处治和石灰土基层路面第三阶段，国内二级以上的公路（含高速公路）几乎(jīhū)全部采用半刚性路面在1983年召开的世界第十七届道路会议上，将具有水硬性结合料处治层的沥青路面正式命名为半刚性路面。我国公路建设的发展历程精品资料一、概述(ɡàishù)在粉碎(fěnsuì)的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰或工业废渣等）和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料。由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，常称此为半刚性材料。以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层或底基层。半刚性基层的定义精品资料一、概述(ɡàishù)按材料组成——水泥(shuǐní)稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥(shuǐní)混凝土类、沥青稳定类、无结合料粒料类；按力学行为——半刚性、柔性、刚性按结构组成——骨架密实型、骨架孔隙型、悬浮密实型、均匀密实型基层的类型精品资料二、半刚性基层(jīcéng)的技术要求有足够(zúgòu)的强度和刚度有足够(zúgòu)的水稳性和冰冻稳定性有足够(zúgòu)的抗冲刷能收缩性小有足够(zúgòu)的平整度与面层结合良好精品资料三、半刚性材料(cáiliào)的特点具有一定的抗拉强度利用圆柱体试件并延其直径方向用接近于线压力进行试验直到破坏，用此法测得的试件抗拉强度称作间接抗拉强度或劈裂强度。环境温度对半刚性材料强度的形成和发展有很大的影响环境温度越高，半刚性材料内部的化学反应(huàxuéfǎnyìng)就越快和越强烈，因此其强度也越高。精品资料三、半刚性(ɡānɡxìnɡ)材料的特点强度和刚性都随龄期的变化随龄期的增长，强度和刚性都会增长，但不同材料增长的幅度不同，同一种(yīzhǒnɡ)材料在不同地区的增长幅度也不同，而且结合料的剂量越大，龄期的影响也越大。精品资料三、半刚性(ɡānɡxìnɡ)材料的特点干缩特性体积收缩，影响因素如下：细粒含量和矿物成分（多）土的塑性指数（大）水泥剂量（多）混合料的含水量（大）暴露(bàolù)时间及失水量（长）集料的平均粒径（小）精品资料三、半刚性(ɡānɡxìnɡ)材料的特点温缩特性影响半刚性基层温缩性质的因素既多又复杂，主要有温差、材料的温缩系数、弹性模量和极限拉应变、基层长度和厚度、阻力系数及材料的徐变等。试验分析表明，选择温缩性小、极限拉应变大的路面材料是控制半刚性基层温缩裂缝的有效措施。因此，要根据本地自然条件、材料性能等，加强基层材料配合比研究工作，而不仅仅局限于按照规范进行设计(shèjì)与施工。精品资料三、半刚性材料(cáiliào)的特点不足目前，半刚性基层材料在使用(shǐyòng)过程中主要存在的问题是：当原材料选择或混合料配比设计不当时，半刚性基层容易出现抗裂性不足、抗冲刷能力不足、抗冻性不好以及与面层粘结差等缺陷。在80年代以前，国内对无机结合料稳定材料不重视其组成设计，或根本不进行组成设计，致使路面结构质量不高。大量的工程应用实践表明，相当部分的由基层引起的路面损坏现象并非因基层承载力不足，而是由于基层材料抵抗温度或干燥收缩变形或抵抗外来水分冲刷唧浆能力的不足。精品资料四、水泥稳定碎石基层材料(cáiliào)的组成设计基层用材料结构类型划分悬浮密实型、骨架密实型、骨架孔隙型划分的标准是粗集料经压实后，粗颗粒间空隙体积与压实后起填充作用(zuòyòng)的细集料之间的关系。这里粗、细集料的划分是以筛孔尺寸4.75mm或9.5mm作为分界尺寸的。精品资料四、半刚性基层材料的组成(zǔchénɡ)设计悬浮密实型混合料中细料的压实体积(tǐjī)应大于粗集料形成的空隙的体积(tǐjī)，即粗集料在压实混合料中处于“悬浮状态”；骨架密实型混合料中细料的压实体积(tǐjī)应“临界”于粗集料形成的空隙的体积(tǐjī)，粗集料在压实混合料中有一定的“骨架作用”；骨架孔隙型混合料中细料的压实体积(tǐjī)则小于粗集料形成的空隙的体积(tǐjī)，压实混合料中形成“骨架”的粗集料之间存有一定的孔隙。精品资料四、半刚性基层材料(cáiliào)的组成设计这几种结构各有其特点：悬浮密实型混合料中的粗集料用量一般在50％左右，细集料含量较多，抗弯拉性能较好，适用(shìyòng)于各等级公路的基层和底基层。骨架密实型混合料中的粗集料用量一般在75％以上，细集料含量较少，压实混合料的嵌挤强度较高，抗裂性、抗冲刷性较好，宜用于高速公路和一级公路的基层。精品资料四、半刚性(ɡānɡxìnɡ)基层材料的组成设计在现行的《沥青路面设计规范》中对骨架密实性水泥稳定类基层的集料级配提出(tíchū)了具体的要求：本项目宜将底基层、基层设计为相同级配。筛孔尺寸（mm）31.519.09.504.752.360.60.075通过量（%）10068-8638-5822-3216-288-150-3精品资料悬浮密实性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、半刚性基层材料(cáiliào)的组成设计精品资料四、半刚性基层材料的组成(zǔchénɡ)设计混合(hùnhé)料组成设计方法1、强度标准确定本省设计规范规定：1.当累计当量轴次小于1200×104时，水泥稳定类基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度为3-4MPa之间，不得超过5MPa；水泥稳定类底基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度为1.5MPa—2MPa，上限不得大于3MPa。精品资料四、半刚性基层材料的组成(zǔchénɡ)设计2.当车道累计当量轴次大于1200×104时，水泥稳定类基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)应在4MPa—5MPa之间，不得超过6MPa；水泥稳定类底基层7d（标准养护条件）龄期无侧限抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)为2MPa—3MPa，最大不得大于4MPa。3.考虑到今后交通量越来越大、重车越来越多。故规定交通量大，重车多时取高值，一般情况取中、低值。）精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制原材料的质量水泥宜采用强度合格的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山灰质硅酸盐水泥，在保证水泥的安定性合格的前提下，控制初凝时间不小于4h，终凝时间宜为6h---8h的水泥。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不应使用。宜采用强度等级较低的水泥，在选择水泥厂家的时候，应该选择水泥质量比较稳定的厂家，关键(guānjiàn)是保证水泥批次之间的离散系数比较小。也可以按照本工程的施工特点及工期要求，集中同水泥厂家签订水泥供应合同。不要选择早期强度过高的水泥。选择干缩系数较小的水泥。精品资料五、施工(shīgōng)质量控制在保证水泥3天、28天抗折、抗压强度合格的同时(tóngshí)，对于32.5水泥保证3天抗压强度≤15MPa。水泥收缩比对结果：2008年针对某高速选定的三种水泥进行的比对试验，如下表所示。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精品资料五、施工(shīgōng)质量控制对集料要求集料颗粒径愈大，拌和机、平地机和摊铺机等施工机械愈易磨损，粗细集料愈易产生离析(líxī)，铺筑层的平整度也愈难达到要求。施工中应尽可能采用最大粒径较小的集料，以适应机械施工。我国目前对公路路面所用集料的最大粒径规定得较宽，碎石最大粒径应小于31.5mm，。针片状、压碎值、含泥量等可按混凝土国标Ⅲ等标准控制。注意控制风化石、山皮石含量。细集料中小于0.075mm的含量应不大于10%。石屑应已砂当量指标控制，砂当量应大于54%。(经比对实验:含泥量10%*25%石屑含量=2.5%,10%含泥量对应砂当量为54%)级配设计混合料的级配满足规范要求。但规范给的范围很宽，具体设计时应仔细调整以使混合料结构达到骨架密实结构(方法是贝雷法)精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制级配对强度(qiángdù)的影响见下表：精品资料级配对(pèiduì)干缩的影响精品资料级配对(pèiduì)温缩的影响水泥产地：同力集团（新乡平原）水泥品种及等级：p.o32.5水泥剂量：5：100集料产地：辉县集料种类：10-30mm、10-20mm、5-10mm、石屑试件尺寸：100mm×100mm×400mm测试项目规范中值S型级配理论骨架型密实温缩应变（με）总应变系数（με/℃）1.731.131.27试验说明：本试验采用100×100×300小梁振动压实，压实度98%制作试件，试件养生6天浸水1天后取出，烘箱温度设定在105-110℃范围内烘干10-12h备用。采用箔式电阻应变片电阻值为119.8Ω，灵敏度系数2.0。温缩应变测试温度从-10℃至50℃，温度间隔为10℃精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制精品资料五、施工(shīgōng)质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水泥稳定碎石基层施工工序(gōngxù)质量控制流程精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制拌合站质量(zhìliàng)控制要点材料运输质量(zhìliàng)控制要点摊铺质量(zhìliàng)控制要点平整度质量(zhìliàng)控制要点层间处理质量(zhìliàng)控制要点碾压质量(zhìliàng)控制要点压实度检测要点养生质量(zhìliàng)控制要点精品资料五、施工(shīgōng)质量控制拌和质量控制要点 (1)计量准确，尽可能计算机控制，不允许人为随意调整比例。以保证混合料的级配及用量满足施工配合比要求。 (2)料仓加高边，防止窜仓，或采用小型装载机，或给装载机加收边。 (3)拌合用水要合适，依据天气、运距适当调整含水量，材料应覆盖(fùgài)。(4)必要时从出料口取拌好的混合料，做水泥剂量测定及筛分试验。精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制材料运输质量控制要点(1)接料时车辆前后移动，减少料滚落离析，按照前-后-中的顺序接料。(2)运输要求覆盖混合料，减少水分散失。(3)车辆倒料前空挡等待摊铺机，靠摊铺机运行向前推进。(4)车辆到料要快，不能使料慢慢(mànmàn)下滑来下料（滚料）。(5)运输车辆必须保证有一辆车等待倒料，从而确保摊铺的连续性。

精品资料精品资料精品资料五、施工(shīgōng)质量控制摊铺质量控制要点 (1)摊铺前对下层处理。路基路床、底基层、下基层的处理。 (2)调整摊铺机侧挡板、底板距离、振实挡位、型号、注意收斗频率、螺旋布料器深度、倒料、运输、接料等。(3)在施工作业段内用摊铺机摊铺混合料时，必须连续施工，减少停机造成横向接缝，以保证平整度。如因故中断超过了初凝时间应设施工缝。(4)因故超过水泥初凝时间的混合料，不宜使用。 (5)摊铺时取现场的拌和料制成φ15x15的圆柱体试件，做7d龄期饱和抗压强度试验，并满足强度标准要求。 (6)摊铺混合料时应尽量避免粗、细料离析。为防止离析，在前挡板的下部至底部加5mm厚胶皮。(7)收料仓(liàocānɡ)前段加胶皮（料斗短，料易溢出），收料斗收起不能太频繁，上下车料不得剩余过少（剩余全是大料）螺旋布料器埋深大于2/3高度。精品资料精品资料五、施工(shīgōng)质量控制平整度质量(zhìliàng)控制要点 (1)挂线走钢丝要紧，钢钎间距10米，弯道加密5米。(2)对高程严格控制（挂线）。 (3)现场平整度控制采用6米直尺，厚度随时用插钎检测松铺厚度。

精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制层间处理质量控制要点(1)摊铺前路(qiánlù)床处理：洒水浸润时，粘性土时间较长，砂性、粉性土时间短；原则保证摊铺时无泥泞，不干。(2)复压保证平整，无浮土、起皮等。(3)摊铺下基层前，应将底基层表面清扫干净，并使用森林灭火器及高压水枪使表面干净无杂物及松动碎石。(4)在底基层表面撒、喷水泥浆0.6Kg/m2左右为宜，摊铺平整度用6米直尺控制。精品资料精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制碾压质量控制要点 (1)碾压是基层、底基层的强度形成阶段。用振动压路机在规定的初凝时间内将混合料一次碾压密实，并达到要求的压实度。(2)超过终凝时间未能碾压的混合料，应予以铲除。 (3)检查压实度及压实厚度，并达到规定的技术要求。(4)稳压必须紧跟摊铺机，减少水分散失，(5)碾压时确保阶梯型前进，且不得在同一断面分段，利于平整度控制。由轻至重避免沟槽及离析(líxī)带出现，碾压遍数必须保证。(6)紧跟摊铺机可考虑采用模糊碾压法（三台钢轮循环前进），碾压程序：由轻-重，从边-中，先稳压后振压，振压要求1/2错轮。(7)禁止车辆在正在施工的层面上调头或急刹车。避免稳定碎石表面破坏精品资料精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制压实度检测(jiǎncè)要点 (1)压实度控制：紧跟控制，在现场及时检测(jiǎncè)（可考虑采用核子密度仪进行辅助控制，提前做对比试验。(2)尽量采用Φ150mm钻头取芯，当验收或当钻芯要求时，采用Φ100mm，多层取样时尽量采用Φ150mm钻头。

精品资料五、施工(shīgōng)质量控制养生质量控制要点(1)每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生。(2)对于高速公路基层的养生期不宜少于7d，有条件的最好(zuìhǎo)养生14d以上。(3)养生的方式有很多种，如洒水、薄膜覆盖、土工布覆盖等。精品资料精品资料五、施工(shīgōng)质量控制影响水泥稳定碎石强度的因素碎石品质、水泥成分和剂量、成型含水量、工艺过程、养生条件等碎石的影响碎石的矿物成分如有机质或硫酸盐含量(hánliàng)、含泥量、风化石及山皮石含量(hánliàng)对水泥稳定碎石的性质具有重要的影响。精品资料五、施工(shīgōng)质量控制水泥的影响对于同一种碎石，水泥矿物成分是决定水泥稳定碎石强度的主导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。当水泥的矿物成分相同(xiānɡtónɡ)时，水泥稳定碎石的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。水泥稳定碎石的强度一般地随着水泥剂量的增加，其的强度增加，不存在最佳水泥剂量。存在一个经济用量。精品资料五、施工(shīgōng)质量控制含水量的影响当水泥稳定碎石混合料中含水不足时，水泥水化不会充分，水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20%。所以施工后要及时覆盖保水。成型工艺影响拌和得愈均匀，强度(qiángdù)和稳定性愈高。拌和不均匀会使在水泥剂量少的地方强度(qiángdù)不能满足设计要求，而在水泥剂量多的地方裂缝增加。从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水泥稳定碎石的密实度和强度(qiángdù)有很大的影响。精品资料五、施工(shīgōng)质量控制水泥稳定碎石不同(bùtónɡ)延迟时间成型的最佳含水量、最大干密度试验结果表明：（1）在不同(bùtónɡ)水泥剂量下均随着延迟时间的增加，其混合料最佳含水量在增大，最大干密度在降低。并且，随着延迟时间的增加，最大干密度的降低幅度在增大。（2）同种配比稳定碎石，相同延迟时间条件下，随着水泥剂量的增加，最大干密度降低幅度减小。精品资料五、施工质量(zhìliàng)控制混合料延迟(yánchí)成型时间对抗压强度的影响：（1）无论水泥剂量多少，稳定碎石强度损失幅度随延迟(yánchí)成型时间的加长而增大。（2）相同延迟(yánchí)时间下，强度随水泥剂量的增大而增大。强度损失幅度逐渐减小。精品资料五、施工(shīgōng)质量控制养生条件影响水泥稳定土需要湿治养生，使在混合料中能维持足够的水分，以满足水泥水化的需要。养生温度(wēndù)愈高，其强度增长愈快。精品资料六、水泥稳定碎石快速(kuàisù)施工应用技术目前采用的传统水泥稳定类基层施工技术，养生时间较长，所以只能通过延长工期或增加基层施工作业面等待基层形成足够的强度，这对交通量大、社会关注度极高的路段施工、改造而言，对社会和经济的影响都很大。鉴于此，研究水泥稳定类基层材料的快速施工技术，使水泥稳定类基层在较短时间内产生较高的强度，达到提前铺筑面层、开放交通的要求(yāoqiú)，并保证基层原有使用性能的新型快速维修技术就迫在眉睫。精品资料六、水泥稳定碎石快速施工(shīgōng)应用技术在以往(yǐwǎng)室内外研究的基础上，总结国内外研究成果，采用“S”型级配，掺加低成本的无机和有机复合材料，使水泥稳定类基层材料在1d内快速凝结硬化满足路面铺筑要求的强度，缩短养护时间，尽早达到开放交通的目的。同时，筛选不同的复合材料配比，使其分别满足常温、低温、高温时的水泥稳定碎石的快速凝结硬化。精品资料六、水泥稳定碎石快速(kuàisù)施工应用技术类型龄期σ0.95（MPa）(相同级配、相同水泥用量)20℃无20℃A型10℃B型30℃C型16h3.232.773.551d3.803.944.253d4.906.025.607d3.336.706.946.8828d5.688.119.3590d7.91水泥稳定碎石(suìshí)无侧限抗压强度精品资料六、水泥稳定碎石快速(kuàisù)施工应用技术常温条件下养生的试件，掺加外加剂后的无侧限抗压强度有大幅度提高。掺加外加剂的水泥稳定碎石1d的强度超过没掺加外加剂7d的强度，28d的强度接近没掺加外加剂90d的强度。低温条件下掺外加剂的水泥稳定碎石1d的强度大于没掺外加剂7d的强度，28d的强度接近没掺外加剂90d的强度。高温条件下掺外加剂的水泥稳定碎石16h的强度大于没掺外加剂7d的强度，3d的强度接近没掺外加剂28d的强度。由以上可知，复合外加剂的掺入对水泥稳定碎石早期(zǎoqī)无侧限抗压强度的提高作用十分明显。精品资料六、水泥稳定(wěndìng)碎石快速施工应用技术

外加剂类型劈裂强度平均值（MPa）无1.074A型1.147B型1.128C型1.08890d龄期不同(bùtónɡ)外加剂水泥稳定碎石的劈裂强度精品资料六、水泥稳定碎石(suìshí)快速施工应用技术掺加外加剂后的间接抗拉强度有所提高；不同外加剂类型之间的间接抗拉强度相差不大。其中掺加A型复合外加剂的水泥(shuǐní)稳定碎石的间接抗拉强度最高，比未掺加外加剂提高了5.8%。掺加B型复合外加剂水泥(shuǐní)稳定碎石的间接抗拉强度次之，比未掺加外加剂的提高了5.0%。掺加C型复合外加剂水泥(shuǐní)稳定碎石的间接抗拉强度提高了1.3%。精品资料六、水泥稳定(wěndìng)碎石快速施工应用技术

外加剂类型抗压回弹模量平均值无2.093A型2.461B型2.622C型2.10890d龄期不同外加剂水泥(shuǐní)稳定碎石的抗压回弹模量精品资料六、水泥稳定碎石快速(kuàisù)施工应用技术掺加外加剂后的抗压回弹模量有所提高；不同(bùtónɡ)外加剂类型之间的抗压回弹模量相差不大。其中掺加B型复合外加剂水泥稳定碎石的抗压回弹模量最高，比未掺加外加剂提高了25%。掺加A型复合外加剂水泥稳定碎石的抗压回弹模量次之，比未掺加外加剂提高了18%。掺加C型复合外加剂水泥稳定碎石的抗压回弹模量提高了0.7%。精品资料六、水泥稳定(wěndìng)碎石快速施工应用技术从图中可以看出，掺加外加剂和未掺外加