第三章道路基層

第三章路面基層基層的種類柔性基層：瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青貫入式、級配碎石、級配砂礫等；半剛性基層：水泥穩(wěn)定土或粒料、石灰與粉煤灰穩(wěn)定土或粒料；剛性基層：碾壓式水泥混凝土、貧混凝土；混合式基層：上部使用柔性基層，下部使用半剛性基層的為混合式基層。柔性基層的彈性模量：400-500MPa；半剛性基層的彈性模量：4000-8000MPa；剛性材料的彈性模量：30000MPa；第一節(jié)半剛性基層半剛性基層我國百分之九十以上的高速公路瀝青路面的基層或底基層采用了半剛性材料，這表明半剛性基層瀝青路面，已經成為我國高等級公路的主要結構類型。半剛性基層的類型與強度形成機理一、半剛性基層的主要形式基于大噸位汽車運輸和交通量的迅速發(fā)展，半剛性基層瀝青路面被大量應用于道路結構中。半剛性基層多為無機結合料穩(wěn)定類，包括的主要類型有石灰穩(wěn)定類、水泥穩(wěn)定類和綜合穩(wěn)定類。在半剛性基層中，二灰穩(wěn)定碎石基層、水泥穩(wěn)定碎石基層和水泥粉煤灰碎石基層是使用較為普遍的幾種半剛性基層形式。它們都具有強度高、板體性能好、剛度大、承載能力強等優(yōu)點。

二、半剛性材料的特點1、具有一定的抗拉強度；2、環(huán)境溫度對材料強度的形成和發(fā)展有很大的影響；3、強度和剛性都隨齡期增長；4、剛性為柔性材料的數倍，但又明顯小于水泥混凝土。三、半剛性基層材料強度形成原理1石灰穩(wěn)定類材料強度形成原理石灰穩(wěn)定類材料包括石灰土、石灰砂、礫土、石灰碎石土等。其強度形成主要指石灰與細粒土的相互作用。土中摻入石灰，石灰與土發(fā)生強烈的相互作用，從而使土的工程性質發(fā)生變化。初期表現為土的結團，塑性降低，最佳含水量增大和最大干密度減小等；后期變化主要表現在結晶結構的形成，從而提高土的強度與穩(wěn)定性。1石灰穩(wěn)定類材料強度形成原理石灰加入土中發(fā)生的物理與化學反應主要有離子交換、Ｃａ(ＯＨ)2(氫氧化鈣)的結晶、碳酸化和火山灰反應。其結果使粘土膠粒絮凝，生成晶體Сａ(ＯＨ)2、СａСＯ3(碳酸鈣)和含水硅、鋁酸鈣等膠結構，這些膠結構逐漸由膠凝狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉化，致使石灰土的剛度不斷增大，強度與水穩(wěn)定性不斷提高。離子交換離子交換反應是指石灰加入土中，在水的參與下易離解成Ca+離子和（OH）—離子，Ca+可與粘土膠體顆粒反離子層上K+

和Na+離子發(fā)生離子交換，其結果使待膠體吸附層減薄，從而使粘土膠體顆粒發(fā)生聚結，土的濕坍性得到改善。離子交換是石灰土初期強度形成的主要原因。

結晶作用Ｃａ(ＯＨ)2的結晶反應是石灰吸收水分形成含水晶體，所生成的晶體相互結合，并與土粒結合起來形成共晶體，把土粒結成整體，從而使石灰土的穩(wěn)定性得到提高。碳酸化反應碳酸化反應是指Сａ(ＯＨ)2與空氣的СＯ2

反應生產СａСＯ3

的過程。

當石灰土的表層發(fā)生碳酸化反應，

形成一層硬殼，從而阻礙СＯ2

的滲入，使碳酸化反應過程較長，所以它是石灰土后期強度增長的主要原因之一。

火山灰反應火山灰反應是指土中的活性硅鋁礦物在石灰的堿性激發(fā)下解離，

在水的參與下與Сａ(ＯＨ)2反應生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣的過程，所生成新的化合物與水泥水解后的產物相類同，

是一種水穩(wěn)性良好的結合料。火山灰反應是在不斷吸收水分的情況下逐漸發(fā)生的，因而具有水硬性性質。碳酸化與火山灰反應對提高石灰土的強度與穩(wěn)定性起著決定性作用影響石灰土強度與穩(wěn)定性的主要因素影響石灰土強度與穩(wěn)定性的主要因素有土質石灰的質量與劑量養(yǎng)生條件與齡期等（1）土質各種成因的亞砂土、亞粘土、粉土和粘土都可以用石灰來穩(wěn)定。一般來說，粘土顆粒的活性強、比表面積大、表面能量也較大，因而摻入石灰等活性材料后，所形成的離子交換、碳酸化作用、結晶作用和火山灰作用都比較活躍，故石灰土強度隨土的塑性指數增加而增大。但土質過粘時，不易粉碎和拌和，反而影響穩(wěn)定效果，且易形成縮裂。石灰土的強度隨土的ｐＨ值增大而增大，這是因為土中溶液的堿性較大時，有利于土中硅鋁礦物等的解離，從而促進石灰與土之間的火山灰反應及其他化學反應的進行。石灰土強度有隨土中ＣａＣＯ3含量增加而增大的趨勢，其原因是ＣａＣＯ3是一種難溶鹽,具有一定的膠結性，可使土的粘聚力得以提高。土中的某些鹽分及腐殖質對石灰土有不良影響，因為有機質一般呈酸性，使土的ｐＨ值降低。另外，有機質本身水穩(wěn)性較差，遇水劇烈膨脹，致使土的強度降低，石灰土的強度有隨土的硅鋁率增大而減小的趨勢，這是由于硅鋁率增大，土中擴張性晶體的粘土礦物(如蒙脫石)增多，其水穩(wěn)性降低。（2）、石灰的質量與劑量各種化學組成的石灰均可用于穩(wěn)定土。但白云石石灰的穩(wěn)定效果優(yōu)于方解石石灰?；钚鸳常幔?ＭｇＯ的含量越高，穩(wěn)定效果越好。石灰細度愈大，其比表面愈大，在相同劑量下與土粒的作用愈充分，反應愈快，因而效果越好。生石灰在灰土中消解可放出大量熱能，加速灰土的硬化，另外，剛消解的石灰呈膠狀Ｃａ(ＯＨ)2,其活性和溶解度均較高，能保證石灰與土中膠粒更好地作用，因而，采用生石灰穩(wěn)定土的效果優(yōu)于熟石灰穩(wěn)定土。但應注意，用磨細生石灰穩(wěn)定土時，成型時間對其使用效果有著重要影響。成形過早，會因產生的水化熱過多使土體脹松；成形過晚，則水化熱不能得到充分利用，亦會影響其效果。一般磨細生石灰與土拌均后悶解約3ｈ成形，可取得最佳效果。石灰劑量是按消石灰占干土重的百分率計。石灰劑量較低時(小于3%～4%)，石灰主要起穩(wěn)定作用，使土的塑性、膨脹性、吸水量降低，具有一定的穩(wěn)定性。隨著石灰劑量的增加，石灰土的強度和穩(wěn)定性提高，但當劑量超過一定范圍時，過多的石灰在空隙中以自由灰存在，將導致石灰土的強度下降。石灰土的最佳劑量隨土質不同而異，土的分散度越高則最佳劑量越大。最佳石灰劑量也與養(yǎng)生齡期有關，在28ｄ內，最佳石灰劑量隨著齡期的增長而增大，28ｄ后基本趨于穩(wěn)定。這是因為時間短參與反應的石灰數量少，多余的石灰以“自由”狀態(tài)存在，對強度不利。隨著齡期的增長，參與反應的石灰逐漸增多，所需的石灰數量也相應增多，而28ｄ后，反應逐漸緩慢，最佳石灰劑量也就趨于穩(wěn)定。（3）、養(yǎng)生條件與齡期石灰土的強度形成需要一定的溫度和濕度。高溫和適當的濕度對石灰強度的形成是有利的，這是因為溫度高可使反應過程加快，適當的濕度為Сａ(ＯＨ)2結晶和火山灰反應提供了必要的結晶水。但濕度過大(濕砂養(yǎng)生)會影響新生物的膠凝結晶硬化，從而影響石灰土強度的形成。石灰土的強度隨齡期的增長大致符合指數規(guī)律。2水泥穩(wěn)定類材料強度形成原理水泥穩(wěn)定類材料包括水泥穩(wěn)定砂礫、砂礫土、碎石土、土等，其強度的形成主要是水泥與細粒土的相互作用。水泥礦物與土中的水分發(fā)生強烈的水解和水化反應，同時從溶液中分解出Сａ(ＯＨ)2并形成其他水化物。水泥的各種水化物生成后，有的自行繼續(xù)硬化形成水泥石骨架，有的則與土相互作用，其作用形成有：離子交換及團?；饔糜材磻妓峄饔?。離子交換在水泥水化后的膠體中,Ｃａ(ＯＨ)2和Ｃａ2+，2(ＯＨ)-共存。而構成粘土的礦物是以ＳｉＯ2為骨架合成的板狀或晶狀結晶，通常其表面會帶有Ｎａ+和Ｋ+。析出的Ｃａ2+與土中的Ｎａ+、Ｋ+進行適量吸附交換。其結果使大量的土粒形成較大的土團。由于水泥水化生成物Ｃａ(ＯＨ)2具有強烈的吸附活性，而使這些較大的土團粒進一步結合起來，形成水泥土的鍵條狀結構，并封閉土團之間的孔隙，形成穩(wěn)定的聯結。硬凝反應隨著水泥水化作用的深入，溶液中析出大量Сａ2+

，當Сａ2+的數量超過上述離子交換需要量后，則在堿性環(huán)境中使組成粘土礦物的ＳｉＯ2和Ａｌ2Ｏ3的一部分或大部分同Ｃａ2+進行化學反應，生成不溶于水的穩(wěn)定的結晶礦物(即硬凝反應)。增大了土的強度。水泥水化物中的游離Ｃａ(ＯＨ)2不斷吸收水中的ＨＣＯ3-和空氣中的ＣＯ2,生成ＣａＣＯ3。這種反應能使土固化，提高土的強度，但比硬凝反應的作用差一些。2水泥穩(wěn)定類材料強度形成原理綜上所述，隨著結晶的進行，結晶析出，也就是露出晶邊的Ａｌ3+的正電荷將吸引結合于已析出晶面的ＯＨ-的負電荷，結果晶面之間發(fā)生排斥，從而形成“晶邊—晶面結合”的蜂窩離狀結構，把土中礦物顆粒包于蜂窩狀結構中。總之，水泥穩(wěn)定土是水泥石的骨架作用與Ｃａ(ＯＨ)2的物理化學作用的結果，后者使粘土微粒和微團粒形成穩(wěn)定的團粒結構，而水泥石則把這些團粒包裹并接成堅固的整體。影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要因素影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要原因有土質水泥成分與劑量水等影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要因素土的類別和性質是影響水泥穩(wěn)定土強度的重要因素之一。土的礦物成分對水泥穩(wěn)定土的性質有重要影響。除有機質或硫酸鹽含量高的土外，各種砂礫土、砂土、粉土和粘土均可用水泥穩(wěn)定。有少量蒙脫石類礦物和不含腐殖質的各種積碳酸鹽土、覆蓋粘土和冰碳粘土用水泥穩(wěn)定后均可取得良好效果。由石英顆粒所組成的最佳級配土，由于土體的密實度很大，保證了水泥能充分表現其結合性質,因而適用于水泥穩(wěn)定。影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要因素水泥穩(wěn)定土的強度隨水泥劑量的增加而增加，但考慮到水泥穩(wěn)定土的抗溫縮與抗干縮以及經濟性效益時，應有一個合理的水泥用量范圍。影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要因素含水量對水泥穩(wěn)定土的強度有重大影響。當混合料中含水量不足時，水泥就要與土爭水，若土對水有較大的親和力時，就不能保證水泥完成水化和水解作用。影響水泥穩(wěn)定土強度與穩(wěn)定性的主要因素水泥穩(wěn)定土需要濕法養(yǎng)生，以滿足水泥水化的需要。水泥劑量大,養(yǎng)生溫度高時，其增長速度大。水泥穩(wěn)定土的強度隨齡期的增長而增長。二者之間大致呈指數關系。第二節(jié)水泥穩(wěn)定碎石一、明確幾個基本概念1、水泥穩(wěn)定土用水泥做結合料所得混合料的一個廣義的名稱，它既包括用水泥穩(wěn)定各種細粒土，也包括用水泥穩(wěn)定各種中粒土和粗粒土。在經過粉碎的或原來松散的土中，摻入足量的水泥和水，經拌和得到的混合料在壓實和養(yǎng)生后，當其抗壓強度符合規(guī)定的要求時，稱為水泥穩(wěn)定土。一、明確幾個基本概念2、水泥土：用水泥穩(wěn)定細粒土得到的強度符合要求的混合料，視所用的土類而頂，可簡稱為水泥土、水泥砂或水泥石屑。3、水泥碎石：用水泥穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的強度符合要求的混合料，視所用的土類而頂，可簡稱為水泥碎石、水泥砂礫。二、概述水泥穩(wěn)定碎石基層在我國的研究始于70年代，在此后的20多年中得到了迅速發(fā)展。水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的板體性、較高的強度和抗裂性能,以及較強的抗變形能力，因此已被廣泛應用于高等級公路、城市道路和機場工程。三、問題然而在實際應用中發(fā)現，水泥穩(wěn)定碎石基層存在兩方面的問題:(1)水泥摻量小，基層的強度和模量太低;水泥摻量大，成本費用過高。(2)干縮系數較大，容易產生早期的收縮裂縫，從而導致瀝青路面反射裂縫的過早出現，降低路面的使用壽命。1、裂縫產生原因分析1.1干縮裂縫水泥穩(wěn)定碎石在干燥空氣中硬化時,隨著水分的減少,體積將收縮變形，每隔一段距離產生均勻的干縮裂縫。水泥穩(wěn)定碎石產生干縮裂縫的原因與其水泥、水和碎石集料都有很大的關系。一方面混合料在凝結硬化過程中，水泥與水起水化反應，消耗大量的水分。水泥含量越高，則消耗的水分越多。另一方面，碎石集料表面也要吸附水，集料中的細料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者，基層施工過程中，含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產生干縮裂縫。1.2溫縮裂縫水泥穩(wěn)定碎石同水泥混凝土一樣具有熱脹冷縮的性質。在混合料硬化初期，水泥水化放出較多的熱量,但散熱緩慢，所以內部溫度較高，使得內部體積膨脹。而外部如遇氣溫急劇降低則冷卻收縮,內脹外縮相互制約，產生較大的應力。一旦應力超過其極限抗彎拉強度，將產生溫縮裂縫。溫縮裂縫也呈橫向均勻分布。1.3反射裂縫反射裂縫特指由于半剛性基層在溫度梯度和濕度變化下產生收縮開裂，此種基層材料先開裂而后沿開裂基層向上方反射到瀝青面層而形成的裂縫，或者在行車荷載作用下，裂縫沿已開裂半剛性基層向上擴展而形成的裂縫。由于水分的滲透，降低基層與土基的承載力，從而加劇路面破壞，進而嚴重影響路面的使用性能，縮短使用壽命，這已成為半剛性基層路面結構的主要缺陷，也是造成高速公路瀝青路面早期損壞的重要原因之一。水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫產生和擴展的機理分析反射裂縫的產生溫度型反射裂縫荷載型反射裂縫反射裂縫產生機理——溫度引起的疲勞水泥穩(wěn)定碎石基層溫度引起的膨脹和收縮裂縫發(fā)展瀝青罩面層底基層反射裂縫產生機理——交通荷載引起的疲勞荷載水泥穩(wěn)定碎石基層交通荷載引起的移動裂縫發(fā)展瀝青罩面層底基層裂縫增長

溫度增減率使路面收縮更大

溫度引起的收縮翹曲反射裂縫產生機理——表面引起的裂化瀝青罩面層中應力影響線B瀝青罩面層裂縫尖端水泥穩(wěn)定碎石基層AC彎曲剪切影響因素趨勢溫度型反射裂縫荷載型反射裂縫界面模量K瀝青混合料勁度模量St瀝青面層厚度h裂縫寬度水泥穩(wěn)定碎石基層厚度h影響較小水泥穩(wěn)定碎石基層剛度影響較小影響較小地基模量影響較小影響較小水泥穩(wěn)定碎石線收縮系數影響較小反射裂縫影響因素反射裂縫的擴展反射裂縫的縱向擴展反射裂縫的橫向擴展PPPPPP剪切模型撕開模型張開模型裂縫擴展模式四、水泥穩(wěn)定碎石施工中的質量控制施工質量是重要原因，這既與施工水平有關，也與重視程度、施工管理有關。裂縫的控制往往是施工工藝與施工組織管理水平的綜合反映。四、水泥穩(wěn)定碎石施工中的質量控制水泥穩(wěn)定碎石施工控制的主要內容包括:加強集料的組織管理,保證集料級配與試驗室的相符；水泥劑量準確；保持基層材料強度的均勻性；控制碾壓層的厚度和含水量；提高基層的壓實度和整體性；并注意合理的養(yǎng)生。質量控制的關鍵在于:①嚴格控制混合料級配、水泥劑量及含水量；②確定合適的碾壓程序，保證壓實效果,達到較高的壓實度；③及時養(yǎng)生以防產生早期裂縫。采用的具體措施應包括以下幾個方面:1.材料的組成設計（1）材料的選擇在滿足規(guī)范基本要求的情況下,盡量選擇含泥量較小、結構致密、吸水率小、彈性模量較大的集料。水泥穩(wěn)定碎石基層的干縮應變與材料的塑性指數有關。含泥量越大，塑性指數越高，基層的干縮應變越大。對于水泥的選用，一般來說，采用細度較粗、強度等級較低的水泥對減小收縮有利。1.材料的組成設計（2）配合比設計集料級配對混合料，特別是水泥混合料的強度有顯著影響，應通過級配的合理調整，根據具體情況確定集料級配，盡可能采用骨架密實型結構，減少水泥含量，降低單方用水量，增加粗骨料的相對含量，限制細料含量。2、拌和廠的組織管理拌和廠的任務是根據室內確定的各種不同粒級礦料的配合比,特別是規(guī)定的級配范圍、結合料劑量和最佳含水量拌制均勻的混合料。（1）是對于集料的組織管理，主要在于2個方面：①對于石料廠的管理，主要是維持石料生產的連續(xù)性和穩(wěn)定性，盡可能與特定的廠礦建立穩(wěn)定的聯系；②對于拌和站集料的管理，建立不同規(guī)格集料的進場驗收制度，對于不同粒級的集料分別堆放，加強不同規(guī)格集料的堆放管理；一般集料堆不要過大，以防集料產生離析；對于細集料必須要覆蓋避雨；拌和站場地必須硬化。2、拌和廠的組織管理（2）是嚴格控制水泥劑量和用水量用水量難以控制是目前絕大多數拌和機難于生產出良好質量半剛性材料的重要原因。許多拌和機的加水裝置往往就是一根橡皮管和一個閥門開關，因此建議派專人負責向拌和室加水，適當調整加水量。嚴格控制碾壓時的含水量是提高基層抗干燥收縮開裂性能的重要措施之一。2、拌和廠的組織管理（3）就是加強設備管理和人員培訓。加強操作工人的質量意識，保證攪拌過程的規(guī)范性；定期對攪拌機的計量裝置進行檢定，確保其計量精度。3、施工現場控制應要求采用攤鋪機攤鋪混合料，保證基層厚度符合設計，并達到要求的壓實度。延遲壓實、過度碾壓或碾壓不足均對水泥穩(wěn)定基層產生不利影響。對于水泥穩(wěn)定混合料，延遲時間越長，其壓實度及強度損失越大。3、施工現場控制水泥水化反應到達一定時間后，水泥膠結作用使水泥穩(wěn)定基層強度初步形成，此時若再進行碾壓或過度碾壓，將使水泥穩(wěn)定基層表面產生薄面剪切和整體強度下降。同時，未充分壓實的混合料可導致局部區(qū)域孔隙率偏高，從而不僅影響基層強度，還影響抗凍性、溫縮性能和干縮性能以及抗疲勞性能。因此在基層施工時，一定要保證有足夠的壓實度以減少基層裂縫的產生。4.養(yǎng)護管理加強養(yǎng)生與養(yǎng)護,也是優(yōu)化半剛性基層的一項簡單卻很重要的措施。只有合適的養(yǎng)生,才能使半剛性材料的強度達到應有的水平,因此半剛性基層需要特別注意養(yǎng)生,使其表層與下部完全結成一個整體,表層沒有松散顆粒。。4.養(yǎng)護管理①碾壓結束后，應立即進行覆蓋養(yǎng)生，如采用塑料薄膜、濕麻袋等，確?；鶎颖砻嬖陴B(yǎng)生期間始終保持濕潤狀態(tài)，避免時干時濕的現象；養(yǎng)生結束后，應立即噴灑透層瀝青或做下封層，并盡快鋪筑瀝青面層，避免讓基層長時間暴曬，這是降低基層早期干縮的重要措施。②養(yǎng)生期內應加強車輛的管理，禁止無關車輛通行，尤其是重型車輛。③對已出現收縮裂縫的路段，可采用適當措施進行局部防治，盡可能延緩收縮裂縫的進一步開裂和發(fā)展，防止水分滲入路基，減小水損害。5.工程質量檢測施工過程中，自檢人員和監(jiān)理應一起對已完成基層隨機進行檢測。嚴格工程管理和監(jiān)理，對工程中常見病及時提出整治措施是質量檢測的目的。工程質量檢測項目主要包括:壓實度指標、平整度指標以及厚度指標。5.工程質量檢測最重要的方法是鉆芯取樣法。由于水泥穩(wěn)定碎石是水硬性材料結合而成，因此強度高，整體性好，很適合于用鉆芯取樣法對其進行比較直觀的質量檢查。這既可以檢查鋪筑的實際厚度，也可以檢查芯樣各層次深度的壓實狀況，了解中下層深度的密度程度，及時調整壓實功率，壓路機振幅以及振頻等；同時通過將芯樣用切割機加工成標準試件，可以測定無側限抗壓強度，準確確定基層的承載力。

小結作為性能優(yōu)異的半剛性基層材料，水泥穩(wěn)定碎石是近幾年應用廣泛的一種形式。但其在混合料配合比設計、施工拌制、壓實、養(yǎng)生等方面要求較為嚴格。施工質量低劣，就會造成基層強度不足和水穩(wěn)性不良，以及因溫度收縮和干燥收縮引起瀝青路面的反射裂縫，導致高等級路面結構破壞。小結事實上，針對當前水泥穩(wěn)定碎石基層存在的不足之處，如性脆、抗變形能力差、在溫度和濕度變化及荷載作用下易產生裂縫等，單純從理論和試驗室進行研究是遠遠不夠的，良好的施工是保證水泥穩(wěn)定碎石質量的一個重要內容，也是水泥穩(wěn)定碎石結構層成功的關鍵之一。因此，加強水泥穩(wěn)定碎石的施工控制是提高高等級公路路面使用性能的一項重要內容，也有助于減輕目前瀝青路面存在的重要問題———早期損壞，最大限度的提高經濟效益。五、裂縫的處理目前對于已經出現的水穩(wěn)層收縮裂縫，一般都采用乳化瀝青碎石封層加貼玻纖格珊的處理方法。由于玻纖格珊是網格型材料，水穩(wěn)層表面又有一定的構造深度，其與瀝青層間和水穩(wěn)層間的接觸為點線接觸，加筋作用難以充分發(fā)揮，盡管玻纖格珊強度很高，但僅能部分提供水平向的拉伸而不能承受豎向剪力的作用。實際上水穩(wěn)層收縮裂縫形成初期并不影響其整體強度，如使用中雨水自上而下滲入裂縫中就會導致裂縫的唧漿，從而導致路面結構的破壞。裂縫的處理因此，對于水穩(wěn)層的收縮裂縫的處治應重點考慮防止瀝青面層的的雨水滲入到水穩(wěn)層的裂縫內，因此選擇施工方便、價格適中、不影響層間聯結的貼縫材料是控制水穩(wěn)層收縮裂縫影響整個路面結構使用的關鍵，隨著新材料的不斷出現，諸如聚酯玻纖布一類的土工合成防裂材料已在工程中得到初步應用。但其長期的使用性能尚待進一步研究。六、在設計上解決半剛性基層裂縫的方法目前，國內外解決半剛性基層裂縫有多種方法：1、是改善瀝青面層類型，采用較厚的面層結構以及采用高性能瀝青粘結料；2、路面面層采用改性瀝青或在瀝青混合料中加入聚合物纖維3、在半剛性基層和瀝青面層間設置應力隔離層，一般采用級配碎石層或瀝青碎石；4、在半剛性基層和面層間設置應力吸收層，一般采用人工合成材料如土工布、土工格柵來減小裂縫尖端的應力；在設計上解決半剛性基層裂縫的方法5、從改變半剛性基層自身的特性來減少反射裂縫，常見的方法是降低半剛性基層的水泥用量，減少基層干縮和溫縮量，從而降低裂縫的產生率。6、目前國外還有通過預壓使得基層出現微裂縫，使基層成為相對獨立又相互關聯的小塊，這不僅僅消減了水分散失和溫度變化引起的應力集中，同時使得基層仍為一個整體確保強度。7、摻粉煤灰由于粉煤灰的活性及其與水泥良好的相容性，用適量的粉煤灰替代部分水泥不僅不會降低水泥穩(wěn)定碎石基層的強度和模量，反而有一定程度的增強。從抗壓強度、壓縮模量、劈裂強度、劈裂模量以及干縮系數等方面對粉煤灰-水泥穩(wěn)定碎石基層的力學特性進行試驗研究，并與水泥穩(wěn)定碎石基層作對比。表明：對傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石混合料中的部分水泥用粉煤灰替代有利于提高基層的強度和模量，增強基層的抗干縮性能。從圖中可以看出,7ｄ齡期時混合料Ａ、Ｂ均開始形成了網狀結構,但Ａ的空隙比較明顯,而Ｂ中的粉煤灰顆粒在集料骨架中起填隙作用,比較密實。Ａ中有大量的未被水化Ｃ3Ｓ核,呈絮凝狀,其他水化產物很少。Ｂ中粉煤灰表面基本無水化物,粉煤灰顆粒還未被水化,此時粉煤灰對強度基本沒有影響。

14ｄ齡期時,Ａ中出現纖維狀水化硅酸鈣ＣＳＨ晶體、板塊狀的Ｃａ(ＯＨ)2晶體及六角板狀的水化鋁酸鈣Ｃ4ＡＨ13晶體;Ｂ中部分粉煤灰開始水解,表面變得較為模糊。由于粉煤灰火山灰效應,促進水泥水化,混合料Ｂ中ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體明顯比Ａ中要多。

28ｄ齡期時,圖3可以看出,混合料Ａ中水泥水化,ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體大量增多,產生大量網狀結構,強度形成;從圖7看出混合料Ｂ中粉煤灰水泥間界面聯結狀況和ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體,由于粉煤灰火山灰效應,進一步促進水泥水化,產生了大量的水化凝膠,提高了強度,但是還存在孔隙,所以強度提高并不十分明顯。

60ｄ齡期時,混合料Ａ中產生大量網狀結構,水泥水化的膠結體已形成一個整體,但與28ｄ齡期時變化不很明顯;而Ｂ中粉煤灰顆粒三大效應明顯,并產生大量凝膠和晶體,使混合料孔隙變小,水泥粉煤灰間的界面聯結緊密,這些相互交錯嵌擠的水化凝膠及晶體增強了水化水泥粉煤灰界面間的抗剪能力,混合料在這些微結構方面的變化,使其60ｄ齡期強度大大提高。

在水泥穩(wěn)定碎石基層混合料中摻加一定量的粉煤灰,能促進水泥水化,生成ＣＳＨ、ＣＡＨ棒狀晶體,改善界面粘結性能,使混合料孔隙變小,結構更加緊密,從而提高了混合料的后期強度,增強混合料抗破壞能力。所以,水泥穩(wěn)定碎石基層材料中摻加一定量的粉煤灰,能更好地提高其路用性能?？偨Y水泥穩(wěn)定碎石基層不僅因其在技術上的優(yōu)勢，如具有強度高、剛度大、整體性強、水穩(wěn)性和抗凍性好等特點，而且由于原材料來源廣泛、價格低廉，仍將是高等級公路路面的基層的主要形式之一。其存在的問題可以通過優(yōu)化配合比設計、應用新技術、嚴格控制施工各環(huán)節(jié)、加強監(jiān)理而得到解決。國外的半剛性結構使用與我國不同(1)結構上設置有排水層,以減少沖刷;(2)在國外使用的半剛性基層,其強度一般并不太高,為了減少收縮,水泥劑量和細料量較少,水泥用量有的控制在2%左右,只有在底基層的水泥土強度要求高一些。而我們現在水泥用量一般為4-5%;(3)水泥穩(wěn)定碎石基層上面經常設置級配碎石層作為過渡層,以減少反射縫和排水,成為倒裝結構,在我國由于它彎沉大而得不到推廣?，F在越來越多的國內學者也紛紛轉向了國外已經應用了半個世紀的柔性基層路面結構。第三節(jié)柔性基層隨著交通量的迅速增加和重載交通的日益增多，從路面結構形式來看，傳統(tǒng)的單一粒料基層已不能適應交通發(fā)展的需要，與我國地域廣闊、氣候各異，以及各地經濟水平和交通量差別較大的現狀不相適應。柔性基層的類型我國《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》上規(guī)定：新建瀝青路面的基層按結構組合設計要求，選用瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青貫入式、級配碎石、級配砂礫等的為柔性基層；柔性基層的類型柔性路面基層中用的較多也就是瀝青穩(wěn)定碎石和級配碎石，它們通常會有較多的碎石顆粒（粒徑5mm或2.5mm以上），而且對級配要求較松，級配范圍寬，因此其空隙率較大，一般在3—6%之間，瀝青穩(wěn)定碎石具有較高的強度和穩(wěn)定性，它是高級瀝青面層之一，可以在中等交通道路上用作面層或基層。1.級配碎石級配碎石是將一定的級配的碎石碾壓而成的一種材料,由于不使用膠結料,這種材料不具有抗拉的能力,因此有的將其作為半剛性基層或者水泥路面加鋪層上面的應力消散層,作為阻止反射裂縫發(fā)展的一種功能層。對于柔性路面的結構層,由于承載能力不高,級配碎石一般用于鋪筑底基層,或者路基上的整平層,用以加強路基。1.級配碎石在良好的壓實條件下,級配碎石層的強度也能達到良好的水平,國外有將其應用于基層的成功例子。1.級配碎石的特點級配碎石作為一種松散材料，可部分吸收和緩解半剛性基層所產生的反射裂縫，同時還具有一定的排水作用，減輕半剛性基層路面的沖刷唧漿現象，這已在國內外很多工程實踐中得到驗證，如西安試驗路中的級配碎石路段。1.級配碎石的特點當級配碎石層下鋪設有半剛性下臥層時，級配碎石的非線性特性可得到充分發(fā)揮，可大大增強抵抗塑性變形的能力。尤其值得一提的是，當級配碎石層鋪筑在軟土地基上時，由于其較好的協(xié)調性，可部分減小地基不均勻沉降對上層路面結構帶來的不利影響。1.級配碎石的特點在優(yōu)良設計（級配和厚度設計）和精心施工（控制壓實度）時，在重復荷載作用下級配碎石層產生的塑性變形可控制在較小的范圍內，不會導致路面產生過大的車轍。2、瀝青穩(wěn)定碎石瀝青穩(wěn)定基層材料是以瀝青作為結合料,將松散的碎石、礫石、砂等粒料拌和成混合料,經過攤鋪、碾壓而成為一種可以承受荷載的路面基層材料。2、瀝青穩(wěn)定碎石瀝青碎石,可以看作是瀝青加筋的級配碎石,這種混合料空隙率較大,在12%左右,瀝青用量少,低于4%。具有一定的抗車轍性能,一般用于基層或者下基層,國外也有用于排水結構層的。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較1路面結構應力分布由于半剛性材料的板體性強、承載力大,擴散荷載的能力強,柔性基層路面通常比半剛性路面厚許多。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較1路面結構應力分布從圖1的數據中可以看出,壓應力在面層頂面最大,隨深度增加,壓應力逐漸減小,達到某一深度時,結構內部壓應力恰好為0,深度繼續(xù)增加,這時結構內部拉應力開始增大,一般最大彎拉應力出現在基層的底面。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較剪應力延路面深度的分布情況,其峰值主要分布在面層0~10cm的范圍內,在重載、超載的條件下這一影響深度會繼續(xù)擴大,但是剪應力的分布范圍主要集中在0~15cm的范圍。也就是說,剪應力的影響范圍主要集中在面層、基層。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較一般認為瀝青層越厚越容易產生車轍。國外研究表明當瀝青層厚度小于18cm時,車轍隨瀝青層增加而增大,但是當瀝青層厚度超過18cm時,車轍與厚度的關系就不大了,這再次證明路面剪應力的影響范圍主要在面層和基層。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較2兩種路面結構破壞模式（1）材料特點半剛性基層承載力大、剛度大、模量高、板體性強、彎沉小而且投資經濟,缺點在于這種材料變形小,特別是溫縮、干縮變形大,易開裂,屬于脆性材料。柔性材料如:級配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石等等。材料屬于粘彈性材料,韌性好,有一定自愈能力,但變形大,彎沉大,因此路面厚度也大,投資成本亦高。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（2）半剛性基層路面的破壞模式由于半剛性基層材料溫縮和干縮特性,以及材料本身的脆性,裂縫的產生不可避免。裂縫的存在導致三種結果:柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較首先當車輪從裂縫的一側經過到達裂縫的另一側時,形成突變,并在裂縫處產生較大應力集中,表現為面層在裂縫處的上下剪切和層底彎拉,這些應力,加之溫度應力的綜合、反復作用,最終導致面層疲勞破壞而產生反射裂縫;柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較其二,水沿裂縫滲入路面結構內,在行車荷載作用下,對基層、底基層、路基形成水力沖刷,將材料中的細料唧出,材料松散并形成坑槽,半剛性基層失去板體性,彎沉迅速增大,最終導致結構破損;柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較第三,界面上水的存在改變了界面接觸條件,于是結構不再連續(xù),界面成為半連續(xù)甚至光滑接觸模式,這種情況使得路面的受力狀態(tài)變得十分不利,瀝青層底有可能出現超過極限拉應力,導致瀝青面層開裂,承載力降低,產生車轍等病害,成為導致路面破壞的又一原因。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較半剛性基層路面的破壞一般從半剛性基層的縮裂開始,然后破壞由基層向面層和路基延伸,最終發(fā)展為整個路面結構的破壞,因此這種路面破壞模式屬于路面的結構性破壞。一旦損壞,維修養(yǎng)護是目前面臨的一個大難題。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路面的破壞模式只要路面結構的設計、施工不出現問題,柔性基層路面的破壞一般始于面層,由于面層的車轍、開裂,這些破壞從上到下的順序發(fā)展、延伸,其破壞屬于功能性破壞。柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路面的破壞模式面層破壞形式有車轍、top-down裂縫和down-top裂縫,但是最主要的破壞還是車轍。車轍主要是由于路面結構處于反復剪切應力狀況下而產生的塑性蠕變累積,路面最大剪切應力主要產生于5-10cm的范圍內;柔性基層路面與半剛性基層路面的

比較（3）柔性基層路