半剛性基層材料優(yōu)化設計與控制二

公路基層術培訓半剛性基層材料優(yōu)化設計與控制

主要內容一、瀝青路面基層、底基層使用情況二、基層、底基層分類三、基層、底基層材料組成設計指標四、基層、底基層集料級配五、半剛性基層材料優(yōu)化設計六、半剛性基層施工質量控制一、瀝青路面基層、底基層

使用狀況國內以半剛性基層為主，20多年，90%以上的高等級公路采用半剛性材料作為基層，瀝青路面實際上是半剛性基層瀝青路面。

使用情況：①有成功：適合重載、大交通量使用，彎沉、車轍?。虎谟惺。毫芽p、返漿、疲勞破壞；半剛性基層特點：

①強度高、具有板體性，

②強度、剛度隨齡期增長，

③水穩(wěn)性好

④材料易得、造價相對較低。

因此：如何使用爭議大但在未來相當長的時間內仍然是主要的基層類型半剛性基層突出的問題及原因

（1）容易收縮開裂，并形成路面的反射裂縫。（2）有沖刷現象并進一步使路面脫空、開裂。（3）對荷載變化比較敏感，超載后破壞較快。（4）剛度大引起瀝青面層內部剪應力增加，使出現車轍、擁包的可能性增加。（5）半剛性基層瀝青路面使壽命低于設計壽命，甚至出現提前破壞現象。解決問題的途徑1挖掘半剛性材料潛力－材料設計與功能設計相結合2優(yōu)化路面結構－根據力學特性優(yōu)化結構組合設計3改進施工工藝－采用先進施工設備與方法4加強質量控制－提高質控意識，加強“產品”概念二、基層、底基層的分類無機結合料穩(wěn)定類整體型基層水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類工業(yè)廢渣穩(wěn)定類嵌鎖型級配型泥結碎石泥灰結碎石填隙碎石級配碎石級配礫石粒料類嵌鎖型和級配型公路瀝青路面設計規(guī)范（JTJ014-86）有結合料穩(wěn)定類型無結合料穩(wěn)定類型有機結合料穩(wěn)定類型無機結合料穩(wěn)定類型熱拌瀝青碎石基層乳化瀝青瀝青碎石瀝青貫入碎石水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類工業(yè)廢渣穩(wěn)定類嵌鎖型級配型泥結碎石泥灰結碎石填隙碎石級配碎石級配礫石無機結合料穩(wěn)定類型無結合料穩(wěn)定類型底基層公路瀝青路面設計規(guī)范（JTJ014-97）半剛性基層、底基基層熱拌瀝青碎石基層、底基層貫入式瀝青碎石水泥穩(wěn)定類石灰穩(wěn)定類填隙碎石級配碎石柔性基層、底基層石灰、粉煤灰穩(wěn)定定類水泥、粉煤灰穩(wěn)定定類公路瀝青路面設計計規(guī)范（JTGD50-2006）泥結碎石剛性基層貧混凝土振碾混凝土重載交通如何提出的？水泥穩(wěn)定類骨架密實結構骨架孔隙結構懸浮密實結構二灰穩(wěn)定類骨架密實結構懸浮密實結構進一步細化瀝青碎石基層半開級配瀝青碎碎石（AM）開級配瀝青碎石（（ATPB）密級配瀝青碎石大粒徑瀝青碎石（（LSM）瀝青穩(wěn)定碎石（ATB）貧混凝土基層多孔混凝土密級配型混凝土長壽命/永久性路面重載交通三、基層、底基層層混合料設計指標水泥穩(wěn)定類材料的的壓實度及七天無無側限抗壓強度位層高速公路一級公路二級公路三級公路基層3.02.5～3.02.0～2.51.7～2.0底基層≥1.5≥1.5≥1.3≥1.0（JTJ014-86）模糊階段水泥穩(wěn)定類材料的的壓實度及七天無無側限抗壓強度層位土類高速公路、一級公路二級、二級以下公路壓實度(%)抗壓強度(MPa)壓實度(%)抗壓強度(MPa)基層集料≥983～4≥972～3細粒土——≥95底基層集料≥96≥2.0≥95≥1.5細粒土≥95≥93（JTJ014-1997）清醒階段按照交通等級確定定相應的強度指標標交通等級BZZ-100KN累計標準軸次Ne(萬次/車道)大客車及中型以上的各種貨車（輛次/日/車道）輕交通<300<600中等交通300～1200600～1500重交通1200～25001500～3000特重交通＞2500＞3000層位穩(wěn)定類型特重交通重、中交通輕交通壓實度(%)抗壓強度(MPa)壓實度(%)抗壓強度(MPa)壓實度(%)抗壓強度(MPa)基層集料≥983.5～4.5≥983～4≥972.5～3.5細粒土————≥96底基層集料≥97≥2.5≥97≥2.0≥96≥1.5細粒土≥96≥96≥95水泥穩(wěn)定類材料的的壓實度及七天無無側限抗壓強度（JTGD50-2006）明確階段水穩(wěn)碎石歷年主要要指標對比位層高速公路一級公路二級公路三級公路基層≥1.2≥1.0≥0.8≥0.6底基層≥0.7≥0.7≥0.6≥0.5石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實度及及七天無側限抗壓壓強度（JTJ014-86）石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實度及及七天無側限抗壓壓強度層位土類高速、一級公路二級、二級以下公路壓實度（%）抗壓強度(MPa)壓實度（%）抗壓強度(MPa)基層集料≥98≥0.8≥97≥0.6細粒土——≥95底基層集料≥96≥0.5≥95≥0.5細粒土≥95≥93（JTJ014-1997）石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實度及及七天無側限抗壓壓強度（JTGD50-2006）層位穩(wěn)定類型特重、重、中交通輕交通壓實度（%）抗壓強度(MPa)壓實度（%）抗壓強度(MPa)基層集料≥98≥0.8≥97≥0.6細粒土——≥96底基層集料≥97≥0.6≥96≥0.5細粒土≥96≥95二灰碎石歷年主要要指標對比中冰凍、重冰凍區(qū)區(qū)的高速公路、一級級公路采用石灰粉煤灰穩(wěn)定類類材料做基層時，應應進行抗凍性能檢驗。抗凍性能采用28天齡期的試件經18℃至-18℃的5次凍融循環(huán)后的殘殘留抗壓強度與28天齡期的抗壓強度度（MPa）之比進行評價。。石灰粉煤灰抗凍性性能技術要求氣候分區(qū)重凍區(qū)中凍區(qū)殘留抗壓強度比(%)≥70≥65試驗：在－18±1℃下，凍8小時，在+18±1℃下，融化8小時，即16小時作為一次凍融融循環(huán)，經5次凍融循環(huán)后，測試試件殘留強度度，計算殘留強度度比：式中：——5次凍融循環(huán)后的殘殘留強度比（%）；——未經凍融試件的飽飽水抗壓強度平均均值(MPa)；——經5次凍融循環(huán)后的試試件飽水抗壓強度度平均值(MPa)。5次凍融循環(huán)后的殘殘留強度比應符合合規(guī)范要求。水泥粉煤灰穩(wěn)定類類材料的壓實度及及七天無側限抗壓壓強度（JTGD50-2006）層位類別特重、重、中交通輕交通壓實度（%）抗壓強度(MPa)壓實度（%）抗壓強度(MPa)基層集料≥981.5～3.5（3-4.5）≥971.2～1.5底基層集料≥97≥1.0≥96≥0.6強度適中、節(jié)約成成本、環(huán)境保護級配碎石中間層——壓實度應大于100%，CBR值不應小于100%基層——壓實度應大于98%，CBR值不應小于100%底基層——壓實度應大于96%，CBR值不應小于80%。級配礫石或天然砂砂礫基層——壓實度不應小于98%，CBR值不應小于80%；底基層——壓實度不應小于96%，CBR值不應小于40%（輕交通）。CBR值不應小于60%（中等交通）。貧混凝土基層材料料的強度要求試驗項目特重、重交通中交通28天齡期抗彎拉強度(MPa)2.5～3.52.0～3.028天齡期抗壓強度(MPa)12～209～167天齡期抗壓強度(MPa)9～157～12四、基層、底基層層集料級配水泥穩(wěn)定類顆粒組組成（JTJ014-86）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）504020105210.50.250.0740.002基層10090～10055～10040～10030～9018～6810～556～453～360～30底基層10050～10015～1000～500～30水泥穩(wěn)定類集料級級配（JTJ014-1997）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基層10088～9957～7729～4917～358～220～7底基層10093～9874～8949～6929～5218～388～220～7骨架密實型水泥穩(wěn)穩(wěn)定類集料級配（JTGD50-2006）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）31.519.09.504.752.360.60.075基層10068～8638～5822～3216～288～150～3懸浮密實型水泥穩(wěn)穩(wěn)定類集料級配（JTGD50-2006）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）37.531.519.09.504.752.360.60.075基層10090～10060～8029～4915～326～200～5底基層10093～10075～9050～7029～5015～356～200～5水泥穩(wěn)定碎石級配配的發(fā)展P4.75=60P4.75=39P4.75=27石灰粉煤灰穩(wěn)定碎碎石的級配范圍（JTJ014-1997）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基層10081～9852～7030～5018～3810～276～200～7底基層10090～10072～9048～6830～5018～3810～276～200～7骨架密實型石灰粉粉煤灰穩(wěn)定類集料料級配（JTGD50-2006）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）31.526.519.09.504.752.361.180.60.075基層10095～10048～6824～3411～216～162～120～60～3懸浮密實型石灰粉粉煤灰穩(wěn)定碎石的的集料級配（JTGD50-2006）層位通過下列方篩孔（mm）的質量百分率（%）37.531.519.09.504.752.361.180.60.075基層10088～9855～7530～5016～3610～254～180～5底基層10094～10079～9251～7230～5016～3610～254～180～5XM:P=40%GM:P=16%級配碎石混合料的的級配組成層位通過下列篩孔(mm)質量百分比(%)37.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.074基層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底基層及墊層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、半剛性基層材材料級配

優(yōu)化設設計成型方法1振動法確定壓實標標準方法2振動法成型試件方方法混合料組成計算方方法1.骨架的性能2.細集料的性能3.體積法級配設計不同結構類型半剛剛性材料的路用性性能試驗1強度（抗壓強度、、劈裂強度）2模量（抗壓回彈模模量）3收縮系數（溫縮系系數、干縮系數））研究內容及方案級配推薦1.給出性能良好的級級配2.給出最佳填充系數數范圍

確定壓實標準的方法試件成型方法均勻密實結構擊實靜壓法懸浮密實結構擊實法/振動靜壓法/振動骨架密實結構振動法振動法骨架孔隙結構振動法振動法成型方法骨架性能研究1.骨架類別：1、連續(xù)級配骨架：：由泰波公式計算得得到的級配組合而而成的主骨架。2、級配嵌擠骨架為了便于對主骨架架級配的研究，將將主骨架的各級粒粒徑分為4段：19mm~16mm、16mm~13.2mm、13.2mm~9.5mm、9.5mm~4.75mm，每段粒徑都有一一定的含量，區(qū)別別只是每段粒徑含含量不同，如級配配1、4、6，4段的含量比例分別別為：47：23：15：15、15：23：47：15、15：15：23：47。3、單級嵌擠骨架如果級配嵌擠骨架架中的其中一檔粒粒徑含量較多，承承擔了主要的嵌擠擠作用，其它粒徑徑對嵌擠作用只起起輔助作用，如級級配單，四段粒徑徑含量比例為67：17：10：6，主要是由19mm~16mm這檔料形成嵌擠。。2.骨架級配骨架類型級配編號通過下列篩孔(mm)的百分率(%)191613.29.54.75級配骨架單級嵌擠單100331660級配嵌擠15330152773015385381548562155857023685704774825108532515單粒級骨架9—100———10——100——11———100—12————100級配骨架連續(xù)級配n=0.451008568420n=0.558366403.骨架性能級配骨架4.骨架設計指標第一類：骨架主體體偏細，級配編號號為6，其特點是4.75mm－9.5mm粒級的含量達47％，骨架強度（CBR為127.3％）不高，離析少少。第二類：骨架主體體偏粗，級配編號號為1、7、8，其16mm－19mm粒級的含量在50％左右，骨架強度度波動范圍較大，，CBR變化范圍在125％－150％，由于第一檔集集料比例較大，施施工過程中易于產產生離析。第三類：骨架主體體粗細適中，級配配編號為4、5，空隙率的波動范范圍30.8－31.1％，骨架強度的變變化范圍是132.9％－153.5％，波動范圍較小小，性能穩(wěn)定，施施工和易性好。骨架的要求：強度度與離析強度：CBR》120％離析：Vv＝30％－32％4號骨架最優(yōu)：比比列：23：47：15、15細集料性能研究1.細集料級配：連續(xù)級配骨架由由泰波公式計算得得到的級配組合。。細集料性能研究2.細集料性能：擊實方法：最佳級級配范圍在n＝0.4－0.6；振動方法：其最佳佳級配在n＝0.6－0.8；細集料的級配建議議取n=0.6。體積法級配設計1.基本思想：根據體積參數和密密度參數，確定粗粗、細集料的用量量，合成出級配曲曲線，性能研究，，最佳的填充系數數范圍，最佳級配配范圍。體積法級配設計2.不同填充系數下的的級配：體積法級配設計2.不同填充系數下的的性能：（1）CBR還無法甄別出最佳佳的骨架類型，說說明CBR用于評價級配的結結構性具有局限性性，還應輔以其他他的性能試驗結果果來證明，但最優(yōu)優(yōu)的填充系數應在在0.9左右。體積法級配設計（2）回彈模量（1）骨架結構越粗，，則它的回彈模量量值也會表現出較較大的值；（2）混合料回彈模量量的大小排序與骨骨架模量排序相同同，說明骨架強度度對混合料的強度度起決定性作用，，骨架決定強度。。體積法級配設計（3）累計塑性變形由于細集料的填充充，在最佳填充系系數下，使縮性變變形產生了大幅度度的降低，說明細細集料的填充作用用對降低碎石集料料的永久變形具有有主導作用。體積法級配設計（4）最佳填充系數的的確定集料的骨架類型單146回彈模量（Mpa）550-850400-700450-800300-650永久變形范圍1-8mm1-8mm1-7mm2-6mm最佳的K值K=0.5K=0.7K=0.9K=0.7最佳K下的模量和變形E=740l=2.6mmE=700l=3.1mmE=700l=1.5mmE=650l=2.8mm綜合考慮CBR、回彈模量與永久久變形，認為4，0.9達到嵌擠骨架密實實結構，該級配路路用性能最好；從理論上講，填充充系數為1.0時，混合料達到完完全骨架－密實結結構，這對純級配配碎石是比較合適適的，對于水泥穩(wěn)穩(wěn)定級配碎石，由由于要加入3％－6％的水泥，預留出出一定的空隙是合合適的，應為水泥泥石的生長需要空空間。體積法級配設計（5）最佳級配曲線的的確定（1）細集料的級配和和通過率不變，因因為骨架的最大粒粒徑變化對空隙里里影響較小；（2）粗骨架的級配形形式不變，以對稱稱粒徑（以兩級配配最大粒徑向下對對應排列的粒徑，，如19mm對應3.15mm）通過率基本相同同和間斷富余粒徑徑（對應之后剩下下的粒徑，13.5mm，9.5mm）為原則，確定骨骨架－密實級配，，級配曲線如圖6－11所示?；谝陨系臄U充原原則，即可保證骨骨架的嵌擠性能，，由保證其密實性性。體積法級配設計（5）最佳級配范圍的的確定綜合考慮關鍵粒徑徑對性能的影響：：（1）0.075：0％－7％時，CBR較大，取