半刚性道路基层材料组成设计与优化

半刚性道路基层材料组成设计与优化长安大学沙爱民内容水泥稳定类基层技术要点二灰稳定类基层技术要点水泥稳定碎石基层抗裂性问题二灰稳定类基层早强问题稳定类基层抗冲刷问题稳定集料基层配合比体积设计法路面基层一般要求应具有足够的强度和稳定性；在冰冻地区应具有一定的抗冻性；应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形；较强的抗冲刷能力。路面基层类型材料组成—水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥混凝土类、沥青稳定类、无结合料粒料类；力学行为—半刚性、柔性、刚性；结构组成—骨架密实结构、骨架孔隙结构、悬浮密实结构、均匀密实结构。各结构类型基层的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。骨架孔隙结构型混合料与骨架密实型混合料相比具有较高的孔隙率，适用于有较高路面内部排水要求的基层。均匀密实型混合料建筑费用较低，可用作二级及二级以下公路路面的基层或底基层，不能用作高速公路和一级公路的基层。水泥稳定类基层技术要点水泥稳定类基层技术要点概念与分类水泥土水泥砂水泥砂砾水泥碎石水泥稳定类基层技术要点原材料及其技术要求水泥－种类、终凝时间、标号集料－最大粒径、级配土－塑性指数水泥种类普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山灰质硅酸盐水泥均可用于水泥稳定土。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不宜使用。终凝时间宜选用终凝时间在6小时以上的水泥，以适应工艺要求。标号宜选用低标号或一般标号(如325、425)水泥。

集料最大粒径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，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。最大粒径要求愈小，石料的加工量愈大。我国目前对公路路面所用集料的最大粒径规定得较宽。集料级配要求级配状况愈好，愈有利于取得好的稳定效果，且节约水泥。土的均匀系数应大于5。

土的塑性要求适宜用水泥稳定的土的范围应当是相当宽，砾石、砂、粉砂、细砂土、粉质细砂土、粉土、贫粘土、直到重粘土，都可以用水泥稳定。但是，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大。土质过粘情况下，因相应稳定要求所用水泥的剂量过高而不经济。因此，对于二级及其以下等级的公路用水泥稳定的土，液限宜不大于40，塑性指数宜不大于17；对于高级、一级公路，液限宜不大于25，塑性指数宜不大于6。水泥稳定粒径较均匀的砂时，难于碾压密实。宜在砂中添加少量塑性指数小于12的粘性土(亚砂土)、或石灰土(土的塑性指数较大量)、或添加20%～40%的粉煤灰以改善土的颗粒分布。塑性指数大于17的土，宜采用石灰稳定，或用水泥和石灰综合稳定。水泥稳定类基层技术要点混合料组成设计方法（一）强度标准确定半刚性、刚性（二）原材料检验（三）室内试验步骤水泥稳定类基层技术要点结构形成过程水泥自身的凝结硬化作用水泥水化产物与土之间的作用水泥稳定类基层技术要点路用性能及技术参数（一）强度（二）变形特性（三）体积变化（四）压实特性影响水泥土强度的因素有土质、水泥成分和剂量、成型含水量、工艺过程、养生条件等1.土质的影响土的矿物成分对水泥稳定土的性质具有重要的影响。除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定，但是稳定效果不同。要达到规定的强度，稳定土所需水泥剂量随粉粒和粘粒含量的增加而增高。稳定重粘土水泥用量过高而不经济，并且难于粉碎和拌和。级配良好的土用水泥稳定时，水泥用量低，并可取得满意和稳定效果。一般限定适用范围为土的液限不大于40，塑性指数不大于20。2.水泥的影响对于同一种土，水泥矿物成分是决定水泥土强度的主导因素。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时，水泥土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。水泥土的强度一般地随着水泥剂量的增加，水泥土的强度增加，不存在最佳水泥剂量。存在一个经济用量。3.含水量的影响当水泥稳定土混合料中含水不足时，水泥就要与土争水。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20%。水泥土的含水量不适宜时，也不能保证大土团被粉碎和水泥在土中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。水泥土的含水量-密实度关系与素土一样，对于一定的压实功能，存在一个能达到最大密实度的最佳含水量。但相应于最大密实度的最佳含水量不一定就是相应于强度最高的含水量。一般对于砂性土，最高强度的含水量较最佳密实度的含水量为小；而对于粘性土，则相反。

4.这成型氧工艺再影响搞水泥、冰土和水司拌和得吴愈均匀蚊，水泥季土的强穷度和稳林定性愈虾高。拌州和不均丙匀会使宁在水泥录剂量少暂的地方桑强度不阵能满足忆设计要猎求，而对在水泥能剂量多反的地方洲则裂缝朝增加。班从开始庙加水拌冠和到完友成压实校的延迟贼时间，予对水泥巧土的密津实度和念强度有葵很大的己影响。志湿拌时昆间或湿己拌结束览后延迟达压实前角的闷料驰时间过忠长，水串泥就会休产生部稠分结硬篇作用。腹这一方扁面影响蓄到水泥映土的压余实度，左从而影园响到强勿度。规块定水泥范土必须通在加水坐拌和后关2小时躲内压实睡完毕。5.义养生笼条件圈影响厉水泥警稳定串土需钥要湿稠治养匠生，泄使在半混合怀料中轨能维项持足屋够的渔水分驶，以搏满足功水泥权水化充的需偿要。占养生刘温度钻愈高鞭，水掉泥土秋的强匪度增卖长得细愈快校。水泥畏土的智强度霞随龄台期而框增长疗。在礼初期愉1～斑2个捞月期脾间内侄，水疯泥土快的抗咱压强走度与秘龄期售的对萝数间锈大致培呈直脊线关窑系。灯直线盗的斜酿率取携决于逮水泥禾剂量松、养丛生温驼度、咱密实落度及脸压实冻时的尖含水雪量。水泥抗稳定画土混拥合料倡延迟祝成型康时间对干密慕度影响水泥稳破定土不焦同延迟冲时间成螺型的最爸佳含水衔量、最士大干密晨度试验季结果表盏明：（1）霸在不同涝水泥剂削量下均瓶随着延搂迟时间塌的增加恒，水泥绩稳定土倒的最佳伍含水量岁在增大摘，最大肯干密度溪在降低抖。并且佛，随着师延迟时呈间的增嗽加，最豆大干密落度的降设低幅度奶在增大浴。（2）筋同一种德土，相择同延迟环时间条昼件下，蓝随着水竭泥剂量纯的增加赤，最大暗干密度厉降低幅浇度减小努。混合继料延滤迟成帖型时填间对扮抗压鞭强度旦的影消响1）两潜种土质衫在不同悼水泥剂回量下均珠随延迟垮成型时毅间的加膀长，7与天龄期堡的抗压加强度降筹低，并衡且，强钢度损失卵幅度随粉延迟成而型时间欺的加长兼而增大期。2）爷同一粮种土煎，相众同延吓迟时立间条帜件下素，随尝水泥雀剂量肉的增液大，骡抗压使强度环仍增税大。尤但随挑着水译泥剂连量的爽增大担，强胳度损装失幅志度减亚小。3）水相同耕水泥昂剂量赢和延润迟时脉间条论件下燃，土庭－2睁的强召度损吊失比做土－具1小萌得多咸。二灰早稳定粱类基蓄层技路术要狗点二灰袍稳定早类基感层技宪术要待点概念吃与分仔类二灰土二灰集询料二灰砂票砾二灰碎前石二灰矿笨渣二灰稳罗定类基锋层技术冶要点原材瘦料及纸其技鞭术要帖求石灰－稀种类、衡等级、其保存粉煤买灰－甜种类硅铝谷型、墙高钙涉型；讯干灰偷、湿奏灰－技温术要省求活性成保分含量嚼～硅、祥铝、铁调的氧化假物含炭匠量～绞烧失终量细度～务比表面的积集料主－最善大粒后径、爬级配土－塑轨性指数二灰叛稳定暂类基攀层技塔术要岁点混合料能组成设亮计方法（一贫）强即度标敏准确饭定（二掀）原庙材料粪检验（三树）确赞定混印合料廉比例厦原则1。石路灰与粉霞煤灰2。骗二灰待与土（四）冰室内试扰验步骤二灰时稳定友类基猎层技脂术要桨点结构形巴成过程石灰的销水化解禽离作用离子瞧交换堆作用歇与絮纹凝团尝聚作尖用石灰与视粉煤灰证和土之蛾间的火戚山灰作待用石灰押自身粘的结童晶与役碳化江作用二灰稳颜定类基瘦层技术塔要点路用性关能及技够术参数（一）疲强度（二蹦）疲妨劳性主质（三聚）体危积变竖化（四）俭耐久性水泥屠稳定争碎石砍抗裂妈性问政题水泥岂稳定锁碎石钓材料苦的收招缩性蔽能取担决于绝材料装的组搅成配菠比，牧合适早的材阻料配劝合比罢可以截显著吵地减雁少结织构层耀的收后缩和劫增加伍结构慌层的帖抗裂嫂性。蛋水泥临稳定淋碎石缎的级寺配和悔水泥档剂量环的变变化将卡影响掉其温伍缩、缓干缩伙性。1、恩收缩洲试验届研究晚方案在进行摇收缩试容验研究毛时，水粮泥稳定迁碎石配扇合比方普案采用辰五种级筹配、三乎种水泥润剂量。蒸这五种供级配是督在原规稳范规定大级配范变围内的壮细化，顾即原级隐配范围工的上限循、中限嚼、下限甩和上顶劝下底以林及下顶五上底；货三种水外泥剂量咐取常用絮剂量即开4％、郊6％和真8％。2、水抗泥稳定涉碎石温裂度收缩告特性分析他温度察收缩蔬系数热测试洗结果锄，可铺得出宋以下仗规律涛：1）各迟龄期材揭料的温该度收缩稿系数随劣温度区接间的变谢化规律无论翁是短索龄期胡还是蔑长龄石期，蝇总体刷来看掘，高渔温区帝0℃设～6殊0℃看的温瓦度收惠缩系多数大隆于低挖温区予-3唤0℃丛～0番℃的射温度盏收缩锦系数句。并惜且，械随着保温度剧的下屯降，吧温缩慨系数士有减雄小的凭趋势2）温烟度收缩驱系数随堤集料级防配的变颤化规律龄期相胀同和水宴泥剂量蒜相同条嘴件下，里根据水罚泥稳定帖碎石基奇层在低敞温段、扩高温段脖和总体络上的平排均温度完收缩系屯数变化姜情况，录可以得录出平均歇温度收便缩系数见大小排博序如下伙：上限债-6侮＞从哨下顶劈燕到上骄底-极6＞哪中限劳-6窃＞从磁上顶顶到下简底-滤6＞豪下限淘-6（3咱）不回同龄茎期而料相同闲配合精比的黎水泥投稳定饶碎石习材料翁的温阻缩规中律从28铜天龄期尘到90豪天，绢温缩系双数增加尽明显，奋从9良0天龄甩期到1共80天怒，温缩步系数增默加幅度左较小。（4）蓄相同配窃比、不倍同水泥酒剂量的页水泥稳言定碎石非材料的过温缩规沿律由水怪泥剂笼量与晌温缩胀系数仅的关锻系曲担线可需知，盾6脉％水渣泥剂芳量的怎温缩尖系数桶最小曾。欧在相臣同龄闸期条吸件下取，随盘着水骨泥含而量的堡增加啄，水赛泥稳专定碎仰石中坚的胶驳结物朱含量饭增加银有正镇反两忌方面舅效应拨：胶摘结物针含量唐增加匙产生细的材握料颗列粒间筒的约欧束和浓牵制馒作用毕利于萌降低碧材料热的温藏缩系菊数；萌胶结杆物含背量增捞加带析来的缴次生补矿物婚含量皂的增如加倾掩向于飘增加联材料闯的温庙缩系骡数。刃所以攻，在因某一胆水泥舱剂量良如6崖％时躁温缩才系数帜最小法。3、水惰泥稳定句碎石干镇燥收缩摄特性分析避温度缺收缩刺系数任测试砖结果拳，可顿得出秋以下蚕规律党：1）墙水泥晒稳定扎碎石毫干燥炭收缩尽系数酷随含纱水量情的变质化规带律水泥倚稳定极碎石寻材料浮的干霸燥收曲缩系没数随灿含水求量的助变化污是一诵近似辰凸型杠抛物云线，霞有一博最大瞒干燥富收缩洲系数凤。水限泥稳松定碎揉石材毫料，恨大约奋在含算水量像为1投～4蛇％时沸，干描燥收身缩系道数最百大。全这一桂变化垫趋势栋也可含以从广填料秆的毛椒细管丧张力脏作用释，吸荐附水棋和分铅子间巡寿力作秃用以认及层浊间水刊的收农缩力意作用话的干弊燥收咸缩效蛙应得呢到解庙释。2）最赖大干燥裙收缩系财数对应秒含水量瓣与配合略比的变掉化关系最大辰干缩笛系数秒所对坟应的慢含水粱量随哨集料驶变粗反逐渐必减小品。即遣：上限眉-6子＞从揉下顶待到上拜底-剪6＞澡中限逝-6轧＞从疏上顶害到下罗底-罗6＞职下限脸-6蛾。3）最拥大累计嗽干缩应牢变和平慢均干缩仆系数随土配合比抬的变化披规律累计干岭缩应变研、平均楼干缩系勇数按照塔:上限干-6浅→从罚下顶销到上拨底-贡6→汇中限过-6米→从缴上顶岩到下吊底-浙6→加下限价-6的顺依序在误逐渐长减小原。由上限厌-6>狐中限漏-6>昌下限诞-6的傻规律可虑见，干椅缩性与头集料的烦级配类蛾型也有龟一定的疼相关性机。至于从循下顶到踏上底-悟6＞中挡限-6锈＞从上们顶到下乘底-6南，说明泥由小于膏0.0床75mm以下育的填倚料含加量所馋决定赌的干通缩力乞对干浆缩系谣数的引影响姻大于虽级配摧类型钳对干蹈缩系鲜数的融影响拼。4）类水泥棚稳定扣碎石秩材料倾干缩昆系数筝随龄乐期增冤长的取变化流规律随龄流期的渔增加烈，同妹一配名合比殊的水顾泥稳裳定碎鼻石材货料的贝干燥雅收缩蜡值在戒变小且。5）乖水泥弄稳定旨碎石留材料怎干缩鱼系数苍随水庸泥剂浑量的苹变化殊规律相同旋龄期阶，相缘瑞同配跑合比轮的水很泥稳酱定碎己石材专料随序着水狐泥剂愧量的暖增加唤，干犯缩系充数增年大。二灰疾稳定涨类材往料早弯强问执题二灰伙稳定翁类基舱层早壮强技狡术分碰析掺加夜水泥掺加探粗骨撑料预拌闷暴料掺加早旧强剂早强剂基原理碱对熄粉煤解灰的究加速弱溶解趣作用后；碱性介略质对强李度形成及过程的词保证作摆用；早强剂棵自身的击硬凝作赠用。路面克基层家冲刷弃问题路面基托层冲刷器过程接缝、定裂缝处新雨水下胃渗牙基层顶算面湿软行车荷耗载作用罢下唧泥帮面层眼底面脱细空阔弯拉苏应力过炸大而破段坏唧泥缓原因秩：动潮水压跨力水泥混拌凝土路秧面、沥球青混凝被土路面帜、水泥阿混凝土革桥面冲傻刷破坏在MTS上实竟现的食冲刷猪试验钩装置试验篮条件而对抗哄冲刷壳性能出的影势响规杨律（a）水泥土（b）水泥元砂砾作用恼力相搬同、图作用挣频率舱不同沫条件锈下的逝冲刷性量随哀时间筝的变正化试验候条件喘对抗求冲刷抄性能昆的影爪响规抢律（a）水泥册土（b）水泥赶砂砾相同作寇用力和习作用次茧数条件合下冲刷跳量随频隐率的变赴化试验条槽件对抗阻冲刷性熊能的影笋响规律（a）水泥星土（b）水泥砂容砾作用零频率效相同兼、作魂用力岭不同左条件冬下的窃冲刷适量随定时间纷的变焰化试验申条件诊对抗纱冲刷状性能甲的影毒响规阁律（a）水泥阁土（b）水泥砂凉砾相同消作用固频率涂和作饿用次番数条输件下炊冲刷幅量随婶作用布力大北小的烤变化综合路疑面基层蛇实际冲治刷状态来和室内帖试验的若可实现轿性和敏爸感性，径推荐标禾准冲刷莫试验条范件是：赠作用力龟为0.外5MPa菌，作用频映率为1魂0Hz丈；作用总伐时段为知30mi汤n。稳定鸭细粒枣土基推层材爸料试毒验结趣果与慈分析（a）石灰拐土（b）水泥土（c）二灰衡土稳定细吼粒土的盏冲刷试棉验条件告：0.街5MP均a华10蹲Hz稳定莫粗粒机土基葱层材汇料试茅验结搅果与包分析（a）水泥码砂砾（b）二灰砂佛砾（c）水泥阴碎石（d）二灰碎殊石稳定宪粗粒兰土的匠冲刷门试验凑条件门0.符5MPa勺；10陶Hz结论1．无吴机结合慈料（石挠灰、水屈泥、二姻灰）稳踩定细粒税土的冲席刷量随失冲刷时言间的延饱长而线鹿性增长逼；稳定斑粗料土少的冲刷恩量随冲疮刷时间军的延长竭呈曲线熟增长，浊早期增窃长速率违大，后剪期增长麻速率减纳缓。2．端无机磁结合体料稳受定细秧粒土蒜在相绘同时斑段内杰的冲情刷量格均随汪着结却合料由剂量葱的增自大而叉减小握。常姜用结腔合料热剂量碎下，涌二灰说土、酬水泥最土较争好，阿石灰改土较口差。传相同旷水泥害剂量接与集撞料级尊配条执件下销，水具泥或些二灰颗碎石原的抗剧冲刷纱性能梳优于剪石灰蛋或二俯灰砂吐砾。济其中剥，水嗽泥稳似定条肃件下挪该规世律更伴明显患。3．脏随着颗压实愁度降胆低，励半刚摇性基搏层材桨料的竿抗冲巾刷能筝力显功著下僻降。4．透洋水性基笋层材料炭一方面弃具有良钱好的抗叉冲刷能疗力，另购一方面胀因大孔躺隙的影示响，材页料结构妹强度和刑整体性胳降低。5．繁无机欣结合汤料稳独定粗雅粒土映的抗经冲刷大性能芳与其船抗压需强度巧大小闹的关瞧系不斥及稳椒定细狮粒土钟密切饺。稳定粥集料心基层舰配合粪比颂体积仔设计就方法稳定集鼻料基层饲配合比撕体积毁设计法界步骤（一挤）、扛集料纸级配凑的确游定骨架密跳实型混拴合料的掏集料级撑配应按董逐级填志充方法遣，通过浊试验确堪定。（二窝）、拌集料太空隙员率的管确定1、确紧定集料溜的配合豪比根据咽设计卡级配正范围奶及各晃规格佳集料瓜的级叨配情岂况确刚定集树料的册配合叶比。志如：接1号闭料：姻2号竞料：柄3号暂料=w1：w2：w3(内掺配个合比)2、测装定各档貌集料的她视密度虽和吸水杂率按集仿料试究验规妙程分用别测挣定各采档集宏料的街视密骡度,端如1快号料捐、2固号料丙、3范号料发的视毛密度狂分别痰记为ρ1、ρ2、ρ3，合成检集料挖的视趟密度ρ集料=1郊/(w1/ρ1+w2/ρ2+w3/ρ3)；按集料么试验规到程分别粥测定各稠档集料嫌的吸水帅率。如竿1号料拘、2号形料、3贫号料的蚂吸水率喜分别为X1、X2、X3，则合拴成集博料的泡吸水挥率w集料=（X1*w1+X2*w2+X3*w3）/1殃00。3、苍测定枝集料永的堆双积密静度以燥及压聪实密其度测定按浪配合比袍合成的浸集料润切湿时堆棉积密度PD、振实帐密度PZ4、计算集绳料的空夕隙率集料堆瞎积空隙案率：VvD=(1授-ρD/ρ集料)*捎10村0%集料振派实空隙火率：VvZ=(1访-ρZ/ρ集料)*敞10胶0%（二蕉）、坡结合泳料组社成与填密度踏的确权定对于捎石灰供粉煤毙灰稳秒定集莫料，岗根据泊经验笑或通协过不润同比馅例的筝二灰冷强度红试验况确定斗石灰闻、粉巾煤灰遥之间烫的比追例。通过击弓实试验适测定上差述比例隆条件下惯的二灰巾的最大漂干密度Dma写x二灰和最岁佳含精水量w二灰（三）裹、混合灵料重量举配合比瓜的确定1、石膏灰、粉桌煤灰的身用量计肌算混合睛料中年二灰读用量火的体璃积百雁分率棋（Vv二灰）应在般集料的桑堆积空朱隙率（VvD）与振实停空隙率名（VvZ）之间溉，设递计时陪可按花振实川空隙敞率（VvZ）计算，天即取Vv二灰=VvZ。试拌试虑铺时若剃发生离呼析或摊拼铺困难嚼时可增盟大二灰舰用量，储但最大旨体积百侦分率不途应大于县集料的伞堆积空号隙率（VvD）。1m3混合料炸中二灰尘的重量W二灰=1拴×Vv二灰×Dma赠x二灰根据漠二灰骨之间毕的比庙例可薯计算恭出Dmax二灰中石纪灰W石灰和粉煤御灰重量W粉煤灰。2、躁集料歇用量聪计算按振咐实密遮度（VvZ）计算炉单位骑体积继混合捧料集芹料的用重量研。1m3混合除料中效集料壳的重更量W集料=1逗×ρZ其中羽，1浊号料W1=W集料×w1/1惯002号料W2=W集料×w2/10盘03号料W3=W集料×w3/10染03、混沟合料的凤重量配搂合比按1m3混合料敲集料、绸二灰的跨用量确臂定其质与量百分灵比。即天：二灰饲质量凶百分壮率w二灰=W二灰/（W二灰+W集料）×岭10供0%集料质孤量百分窑率w集料=W集料/（W二灰+W集料）×团10穴0%石灰质抄量百分裳率w石灰=W石灰/（W二灰+W集料）×1作00%粉煤灰搬质量百碎分率w粉煤灰=W粉煤备灰/（W二灰+W集料）×1滩00%1号料酱质量百吸分率w1=W1/（W二灰+W集料）×宜10占0%2号奏料质闷量百锡分率w2=变W2/（W二灰+W集料）×1协00%3号护料质勇量百课分率w3=道W3/（W二灰+W集料）×1貌00%混合料遭的重量束百分比应：w石灰