半刚性基层材料组成设计方法研究

2024-04-30

半刚性基层材料组成设计方法研究（精选6篇）

篇1：半刚性基层材料组成设计方法研究

半刚性基层材料组成设计方法研究

矿料级配对于基层或面层性能都有很大的.影响,因此级配将是路面承担荷栽的根基,也是路面抵抗病害的根本.本文就半刚性基层的级配分布与承载力粒径分布进行分析和探讨,并验证粗细集料划分标准问题.

作者：林师美 Lin Shimei 作者单位：海南省交通运输厅,海南,海口,570204刊名：科学之友英文刊名：FRIEND OF SCIENCE AMATEURS年，卷(期)：“”(24)分类号：U414关键词：半刚性基层密实--骨架结构矿料级配骨架--空隙结构

篇2：半刚性基层材料组成设计方法研究

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半刚性基层材料的强度形成和缩裂特性

摘要：通过分析半刚性基层材料包括石灰稳定类材料、水泥稳定类材料、综合稳定类材料的强度形成和缩裂特性，充分认识沥青路面裂缝的产生原因，提出对裂缝的预防和处理措施。

关键词：半刚性基层材料强度形成缩裂特性

中图分类号： U416.223 文献标识码： A 文章编号：

近年来，我区的公路建设迅猛发展。由于独特的地理环境，新建的无论是一般公路、还是高速公路，90%以上都采用半刚性基层。这种结构形式具有较高的强度、承载力和使用性能，为实现“强基薄面”结构提供了可靠保证，使得其在全区公路路面建设中得以广泛应用。但与此同时，随着半刚性基层的大量采用，这种结构形式存在的难以克服的缺点也日益显现，导致路面使用质量和寿命达不到应有的水平。因此，充分认识半刚性基层材料的强度形成和缩裂特性，有针对性的进行研究和利用，对进一步改善路面实际使用效果具有非常重要的现实意义。

一、半刚性基层材料的强度形成

半刚性基层材料的强度由于稳定材料与土石材料在掺配、拌和、压实过程中发生了一系列的物理、化学反应而形成。

石灰稳定类材料的强度形成。其强度形成主要是石灰与细粒土的相互作用。土中掺人石灰，石灰与土发生强烈的相互作用，从而使土的工程性质发生变化。初期表现为土的结团、塑性降低、最佳合水量增大和最大密实度减小等;后期变化主要表观在结晶结构的形成，从而提高土的强度与稳定性。影响石灰土强度与稳定性的主要因素有:土质、石灰的质量与剂量、养生条件与龄期等。各种成因的亚砂土、亚粘土、粉土类土和粘士类土都可以用石灰来稳定。各种化学组成的石灰均可用于稳定土。但白云石石灰的稳定效果优于方解石石灰。石灰剂量是按消石灰占干土重的百分率计。石灰剂量较低时(小于

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3%-4%)，石灰主要起稳定作用，使土的塑性、膨胀性、吸水量降低，具有一定的水稳定性。随着石灰剂量的增加，石灰土的强度和稳定性提高，但当剂量超过一定范围，过多的石灰在空隙中以自由灰存在，将导致石灰土的强度下降。石灰土的最佳剂量随土质的不同而异，土的分散度越高则最佳剂量越大。最佳石灰剂量也与养生龄期有关，在28d内，最佳石灰剂量随着龄期的增长而增大，28d后基本趋于稳定。石灰土的强度形成需要一定的温度和湿度。高温和适当的湿度对石灰强度的形成是有利的，这是因为湿度高可使反应过程加快，但湿度过大(湿砂养生)会影响新生物的胶凝结晶硬化，从而影响石灰土强度的形成。石灰土的强度随龄期的增长大体符合指数规律。

水泥稳定类材料的强度形成。其强度形成主要是水泥与细粒土相互作用。影响水泥稳定土强度与稳定性的主要因素有土质、水泥成份与剂量、水等。土的矿物成分对水泥稳定土的性质有重要影响，除有机质或硫酸盐含量高的土外，各种砂砾上、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。要达到规定的强度，水泥剂量随粉粒和粘粒合量的增加而增高。实践证明，用水泥稳定级配良好的土，既可节约水泥，又能取得满意的稳定效果。水泥的成分和剂量对水泥稳定土的强度有重要影响。通常认为，各种类型的水泥都可用于稳定土。实践证明，对于同一种土，水泥矿物成分是决定水泥稳定土强度的主导因素。一般情况下，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥则较差。当水泥的矿物成分相同时，水泥稳定土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增加，但考虑到水泥稳定土的抗温缩与抗干缩以及经济性，应有一个合理的水泥用量范围。含水量对水泥稳定土的强度有重大影响。当混合料于合水量不足时，水泥就要与土争水，若土对水有较大的亲和力，就不能保证水泥完成水化和水解作用。水泥稳定土需要湿法养生，以满足水泥水化的需要。水泥剂量大、养生温度高时，其增长速率大。水泥稳定土的强度随龄期的增长而增长，二者之间大致呈指数关系。

综合稳定类材料的强度形成。综合稳定类材料是以石灰或水泥为主要结合剂、外掺少量活性物质或其他材料，以提高和改善土的技术性质。单纯用石灰稳定砂性土效果一般较差，而采用二灰综合稳定则

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效果显著提高。粉煤灰是一种火山灰物质，它含有活性的氧化硅和氧化铝，在石灰的碱性激发及相互作用下生成含水的硅铝酸钙。这些新生的胶凝物质晶体具有较强的胶结能力和稳定性。由于粉煤灰系空心球体，所以掺人粉煤灰后，石灰土的最佳含水量增大、最大干密度减少。尽管如此，其强度、刚度及稳定性均有不同程度提高，尤其是抗冻性有较显著的改善，而温度收缩系数比石灰土有所减少，这对抗裂有重要意义。粉煤灰是一种缓凝物质，由于表面能低，难于在水中溶解，导致二灰混合料体系中火山灰反应相当缓慢，这是二灰稳定类后期强度高，平期强度低的根本原因。为了改善水泥在土中的硬化条件，提高水泥稳定效果，常常在掺加水泥的同时掺加少量其他添加剂。石灰是水泥稳定土产最常用的添加剂之一。在水泥稳定之前，先往土中掺加少量的石灰，使之与土粒之间进行离子交换和化学反应，为水泥在土于的水解和硬化创造良好的条件，从而加速水泥的硬化过程，并可减少水泥用量。掺加石灰还可扩大水泥稳定土的适用范围，一些不适于单独用水泥稳定的土(如酸性粘土、重亚粘土等)，若先用石灰处理，可加速水泥土结构物的形成。此外，由于石灰可吸收部分水分改变土的塑性性质，故用水泥稳定过湿土(比最佳合水量高4%-6%)时，先用石灰处理，能获得良好的稳定效果。

二、半刚性基层材料的缩裂特性

半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低，在温度或湿度变化时易产生开裂，当沥青面层较薄时，易形成反向裂缝，进而严重影响路面的使用性能。了解各种半刚性基层材料的缩裂特性，有利于技术人员科学地进行路面处理，从而把裂缝减少到最低程度。

半刚性基层材料的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝轻重不同地存在。在国外，普遍采取对裂缝进行封缝，而在交通量繁重或者高速公路上，这种封缝工作十分困难，严重影响交通，也不安全。而在我国，目前根本就没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯，因而开裂得不到有效的处理。裂缝的存在导致两种后果，首先是裂缝中进水，导致沥青层和基层界面条件的变化，使基层、底基层、路基的水分状况恶化，承载能力迅速降低，表面产生水力冲刷，出现灰浆，并形成裂缝处唧浆、坑槽；其次是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的最新【精品】范文参考文献

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另一侧时，荷载变化不再连续，使路面裂缝两侧发生大的应力突变，会形成很大的上下剪切和表面受拉。

半刚性基层非常致密，它基本上是不透水或者渗水性很差的材料。水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。水进入路面的途径，除了降雨、降雪、化雪的表面水外，还有多种来源，如冬季由于冰冻引起的水分积聚和春融期间产生的积水；超限超载车辆为了降温需要向轮毂不断喷水，以保持汽车的刹车性能，使路面常年处于潮湿状态；中央分隔带的绿化浇水、挖方路段的裂隙水、路面铺筑过程冲洗的水等等。可以说，水进入沥青路面是不可避免的，如果不能及时排走就将造成危害。界面上水的存在改变了界面连续的边界条件，使路面的受力状态变得十分不利，成为导致路面破坏的直接原因。

半刚性基层有很好的整体性，但是受水的影响敏感，在长期浸水条件下，板体结构会逐渐破坏，反映为路面弯沉，沥青路面开始出现破损，弯沉迅速增大，并导致结构性破损。现在许多高速公路竣工验收阶段的弯沉很小，以后逐步变大。许多路面在损坏初期开挖可见基层往往是完好的，弯沉并不大。这说明，除了少数确实是因为基层施工不好的原因外，大部分基层发生结构性损坏，是发生在沥青面层损坏之后。

半刚性基层很难跨年度施工，无论是直接暴露还是铺上一层让下面层过冬，都避免不了发生横向收缩裂缝，从而为沥青路面的横向裂缝埋下隐患。甚至在冬天就从缝中进水(融雪)、半刚性基层暴露的还可能冻疏，影响强度的形成。

用一句话来概括就是：开裂和进水且难以排走是半刚性基层沥青路面结构的致命缺点。

半刚性基层材料的收缩分为温缩与干缩两种。研究表明:若以最佳含水量状态下各种半刚性基层按温缩系数的大小排序是:石灰土>石灰砂砾>二灰>水泥砂砾>二友砂砾;按其干缩系数的大小排序为:石灰土>石灰砂砾>二灰>二灰砂砾>水泥砂砾。半刚性基层的收缩开裂，对于含土较多材料以干缩为主，对于含粗集料较多的材料以温缩为主。半刚性基层的干缩主要发生在竣工后初期阶段，当基层上铺筑沥

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青面层以后，基层的含水量一般变化不大，此时半刚性基层的收缩转化为以温缩为主。

半刚性基层材料的抗裂性能是以温缩抗裂系数与干缩抗裂系数来评价的。抗裂系数愈大，表明材料的抗裂性能愈强，在同样条件下，能承受较大的温度或湿度的变化而不裂。按半刚性材料的温缩抗裂系数的大小(均按最佳状态)排序为:二灰砂砾>二灰>石灰砂砾>水泥砂砾>石灰土。按干缩抗裂系数的太小排序为:二灰>二灰砂砾>水泥砂砾>石灰砂砾>石灰土。

半刚性基层材料的类型与配合比的选择，应根据当地的自然条件与基层所处的环境来确定。在条件可能时，应优先用二灰稳定类基层，二灰砂砾类集料含量约75%时，抗干缩与温缩能力均较强，可适用于不同地区，主要是解决早强不足的问题。水泥砂砾类，水泥含量约为5%时，具有较强的抗干缩能力，适用于温差不大的地区。石灰砂砾类，抗干缩和温缩能力却较差，宜采用水泥石灰综合稳定，以部分水泥代替部分石灰，提高其抗干缩能力，减轻缩裂。

从目前的实践看，早期修建的半刚性基层沥青路面，很多已进入路面大修，由于采用半刚性基层，目前的大修方案基本都采用“开膛破肚”法，然后对路基进行补强，再重铺路面结构层。这种方法费时费力费资金。因此，在做好半刚性基层路面管护，尽可能延长路面使用期限的同时，要不断更新路面基层设计理念。为了提高路面整体的抗变形能力，将原来的半刚性基层安排在柔性基层下做路面的底基层，以期综合利用柔性基层和半刚性基层的优点，克服柔性基层抗变形能力差和半刚性基层反射裂缝的缺点，能够有效地消减沥青路面的反射裂缝，减少水损害的发生，改善路面的长期使用性能和适应环境的能力。

篇3：半刚性钢渣基层材料性能试验研究

1 材料及性质

原材料技术指标检测按照( 《公路工程集料试验规程》[4]方法执行。各原材料性能指标满足规范要求。

1. 1 钢渣

钢渣来自武汉某大型钢企,采用颚式破碎机 +圆锥破碎机的组合破碎方式破碎,并对粗集料进行滚筒水洗的洁净工艺处理,其中粗集料的性能检测结果见表1。

1. 2 玄武岩

玄武岩的性能检测结果见表2。

1. 3 水泥

采用武汉市华新水泥公司生产的P. S. A 32. 5水泥,所检各指标符合该水泥强度等级要求。

2 半刚性钢渣基层材料组成设计

水泥稳定级配碎石基层的配合比设计包括: 级配曲线的确定、用水量的确定、水泥类型及剂量的确定。

2. 1 级配设计

本研究依据《公路路面基层施工技术规范》[5]中水泥稳定碎石级配的相关要求进行级配设计。级配1采用的集料全部为钢渣,各档料的尺寸规格及配合比如下: 1#钢渣( 26. 5 ~ 16 mm) ∶2#钢渣( 16 ~9. 5 mm) ∶3#钢渣( 9. 5 ~ 4. 75 mm) ∶4#钢渣( 4. 75~ 2. 36 mm) ∶5#钢渣( 2. 36 ~ 0 mm) = 25% ∶20%∶15% ∶10% ∶30% 。同时考虑到钢渣细集料具有较大的吸水率和水泥与钢渣粉料的相互作用,在级配2中将0 ~ 2. 36 mm及2. 36 ~ 4. 75 mm两档含钢渣粉料较多的细集料用玄武岩取代作对比研究。据此配合比,配制得级配曲线见表3。可以看出总体级配区别不大。

2. 2 较佳含水量试验

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[4]确定其各个级配的较佳含水量和最大干密度。本次实验选择的水泥标号为P. S. A 32. 5。试验时将碎石混合料按合成比例配料,并人工进行拌和均匀,水泥剂量为5% 。钢渣半刚性基层混合料的的击实曲线见图1,两种级配的较佳含水率及最大干密度结果见表4。

从图1中可以看到,两种级配的击实实验曲线在图形上没有太大的区别,均为一具有最大值的曲线,但是级配1的最佳含水率及最大干密度均大于级配2,造成这种现象的主要原因是钢渣细集料较玄武岩具有较大的吸水率和密度。另外,在试验过程中发现通过计算得出的实际含水量与试验一开始设定的含水量存在一定的差别,当含水量较低时,实际含水量与设定含水量比较接近,当含水量较高时,实际含水量与设定含水量区别较大,这是因为当加水量大的时候,较多的水量附着在集料的表面,在击实的过程中挥发和析出。

2. 3 级配性能验证

通过以上试验基本确定水泥稳定钢渣碎石的各项设计参数。对级配1和级配2采用静压法分别成型1组试样,进行7天不侧限抗压强度试验,试验结果分别为4. 5 MPa和4. 6 MPa,级配1和级配2均能满足高等级路面基层的强度要求。

级配1和级配2配合比均为1#∶2#∶3#∶4#∶5#= 25% ∶20% ∶15% ∶10% ∶30% ,其中级配1全部集料均为钢渣,级配2中4#、5#集料为玄武岩,水泥标号为P. S. A 32. 5,用量为5% 。通过干密度试验、击实试验和7 d无侧限抗压强度试验来确定符合规范规定的水泥稳定钢渣碎石级配,确定了级配1较佳含水量为5. 6% ,级配2较佳含水量为4. 7% ,7 d无侧限抗压强度满足规范要求。

3 半刚性钢渣基层性能和稳定性研究

3. 1 力学性能研究

水泥稳定钢渣基层的力学性能主要包括强度和刚度两个方面。强度主要有无侧限抗压强度、劈裂强度和抗弯拉强度等; 刚度主要是指抗压回弹模量。

3. 1. 1 抗压强度

抗压强度是半刚性基层材料配合比设计中最基本的指标之一,它既取决于骨料的嵌挤和锁结作用,即骨料直接的结构类型,又取决于结合料的粘结力的大小,即与水泥剂量的多少和水泥的型号有关。本实验按照《公路无机结合料稳定材料试验规程》[6]进行抗压强度试验,按压实度98% 成型试件,养生至7 d、28 d和60 d龄期的试件( 养生期最后一天浸水24 h) 在万能试验仪上进行无侧限抗压强度试验,加载速度为1 mm/min,然后计算试件的无侧限抗压强度,试验结果见表5。

根据表中的抗压试验结果,可以得到级配1和级配2的抗压强度均随着龄期的增长而增长,而且增长趋势相近。当龄期小于28 d时,级配1和级配2的强度增长幅度均大于28 d之后的强度增长幅度。对比级配1和级配2,发现级配1的7 d抗压强度小于级配2,但是28 d和60 d均大于级配2,这说明钢渣细集料在反应初期对水泥水化有一定的抑制作用,延缓了水化反应,一段时间后,钢渣自身的反应活性得到显现,导致纯钢渣组成的级配1的抗压强度要强于级配2。

3. 1. 2 劈裂强度

半刚性基层材料在性能上存在的一个不足就是抗拉强度低,其明显低于抗压强度。水泥稳定钢渣基层在收到长期荷载作用时或在环境温度变化时,很容易开裂。基层开裂后,不仅破坏了基层的整体性,而且还会造成路面面层开裂。对水泥稳定钢渣的抗拉强度,常采用劈裂试验来评定[7]。试验按照《公路无机结合料稳定材料试验规程》[6]进行试验,结果见表6。

根据劈裂试验结果可以得到: 劈裂强度与抗压强度相同随龄期的增长数值上不断增加提高; 级配1的长期劈裂强度要高于级配2,主要是因为级配1中的水化产物较多,从而结合料和细骨料的粘结作用得到增强,使得混合料有足够的粘结力来抵抗外部拉应力的作用。

3. 1. 3 抗压回弹模量

抗压回弹模量是用来评价半刚性水稳材料的刚度的指标,基层的回弹模量应适中,与面层的模量相适应。若路面基层的模量过小,面层会在过大的拉应力或拉应变的作用下过早开裂破坏; 若路面基层的模量过大则会因干缩和温缩变形导致基层开裂,影响结构的开裂性能,造成路面结构的服务性能和寿命降低,因而基层的各种模量应尽量与路面材料的模量相适应。

本研究采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[6]进行试验,结果见表7。从表中得到水泥稳定钢渣基层的抗压回弹模量和抗压强度有类似的结果,级配1比级配2的抗压回弹模量高,可以说钢渣的抗压强度越大,其抗压回弹模量也越大。

3. 2 稳定性能研究

3. 2. 1钢渣膨胀性

依据《公路工程集料试验规程》[4]对钢渣半刚性基层混合料的膨胀性能进行检验,结果见表8。钢渣半刚性基层混合料的膨胀率是满足技术要求的,说明钢渣作为半刚性基层材料稳定性是合格的。

3. 2. 2 抗冲刷性能

早潮湿多雨的情况下,无论沥青路面还是水泥路面其表面的水都能以多种途径进入道路的结构层,许多情况下这些水分难以及时排除,长期停留在结构层中,不但使基层材料吸水饱和,而且可能在行车荷载的作用下,使得面层和基层的混合料的细料部分不断受到冲刷,日积月累,容易在面层和基层之间形成各种细料浆,在公路表面则表现为唧泥现象,通过在行车荷载的泵吸作用将细骨料从结构层带走,最终可能导致路面结构的破坏[8]。本试验选用沥青混合料车辙试验仪来模拟公路现场基层收到的冲刷情况,试验结果见图2。

从图2中,水泥稳定钢渣基层的冲刷量都随龄期的增加而减少,级配1的7 d和28 d冲刷量均略小于级配2,这说明级配1的抗冲刷性能更好。这一方面是因为细钢渣水化使容易冲刷掉的细集料凝聚力更强,另一方面,钢渣粗集料表面的微细孔使细集料与粗集料之间粘结的更紧密。

3. 2. 3 抗裂性能

水泥稳定材料经拌合压实成型后,由于水分挥发和混合料内部的水泥水化作用,混合料中的自由水不断减少产生毛细管作用、吸附作用、分子间力作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化作用等会引起水泥稳定材料的体积收缩[9]。材料干缩特性的指标有干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率和平均干缩系数。本试验成型中梁试件( 10 cm×10 cm×40 cm) ,根据《无机结合料稳定材料干缩试验方法》[10]测试其失水率、干缩应变和干缩系数,试验结果见图3、4。

从图3、4中可以得出,两个级配的抗收缩性能比较接近,级配1略好于级配2。这主要是两方面作用的结果: 一方面钢渣集料中活性成分的水化,加剧了水泥稳定半刚性基层的收缩,另一方面钢渣中含有的少量f-Ca O和f-Mg O发生化学反应产生体积膨胀,中和了一部分收缩。

4 结论

( 1) 由于钢渣细集料较大的吸水率,用作水稳基层材料时,其较佳含水率较天然集料要高。

( 2) 钢渣细集料会对水泥水化造成影响,其具有一定的反应活性,在龄期较长时,使用纯钢渣集料组成的级配1具有较高的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量。

篇4：半刚性基层材料组成设计方法研究

关键词:重载交通半刚性基层沥青路面养护结构设计方法研究

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.027

1、路面结构养护设计成因分析

目前西部地区路面结构养护设计主要存在以下几方面的问题:第一,缺少独立和针对性的沥青路面结构评价和养护设计方法;第二,在路面养护设计中,由于自然环境、交通、气候等影响因素复杂,对于路面损坏机理缺乏深入全面的认识,无系统的结构评价检测技术手段和分析诊断方法,造成养护方案的选择缺乏针对性,养护效果难以发挥。第三,在结构评价中,选择的力学指标(路面回弹弯沉)单一,考慮的主要受力方式相对于目前复杂的荷载状况和气候条件而言过于简单。第四,设计的养护方案中,路面结构形式单一(半刚性基层+沥青面层),对于结构层次的合理匹配、路面结构功能层的合理组合、路面排水性能、路基状况、路面的综合使用性能(路面破损、平整度、车辙、抗滑等)缺乏全面考虑和定量研究。第五,无明确的旧路再生材料结构设计参数。第六,对路面养护维修中各种候选养护方案的经济性缺乏定量的考虑,没有引入科学的经济评价方法。

旧路养护设计与新建路有诸多不同特点。首先,设计形式不同,旧路养护设计主要针对损坏进行设计。其次,与新建路交通量预估值不同,旧路交通量明确,有条件根据实际交通量特点进行更加针对性的结构设计。此外,除了荷载引起的疲劳破坏外,西部地区低温引起的疲劳开裂占很大比重,针对非荷载型结构破坏结构养护设计尚无依据科学。

针对西部地区沥青路面结构养护设计存在的问题,结合当地的交通条件和自然环境条件,开展重交通和复杂自然环境条件作用下半刚性基层沥青路面结构养护设计研究,对延长该地区道路工程寿命,促进公路可持续发展有重要意义。

2、路面结构评价研究现状

由于路面结构本身和工作环境的复杂性,路面性能衰变的影响因素存在多样性和不确定性问题,路面性能的评估、预测和决策领域仍有许多问题需要进一步研究和解决。一个合适的路面维修方案的制订,首先需要明确旧路的结构强度和路用性能等各方面的实际状况,进行客观的综合评价,所以对旧路路面结构进行检测以获得真实有效的路况数据,显得尤为重要。依据采集的路面检测数据,以及室内试验研究,对路面结构性能满足使用要求的程度做出正确的评估,科学评价旧路结构的承载能力与剩余寿命,制订合理的维修方案,对提高路面的路用性能及路面养护管理水平具有十分重要的意义。长期以来,由于缺乏对路面损坏机理、成因和处治方法的系统研究,我国路面大中修养护设计一直依赖于有限的指标或设计工程师的经验,科学性和经济性均难以保证。下一步需要通过对路面损坏的微观分析,损坏原因的科学诊断及损坏修复的养护决策,提出了路面大中修养护的措施及实施的方法、工艺、材料和施工组织方案,西部地区需要结合当地特殊条件进行针对性研究。

目前,在路面结构检测、评价方面,通过技术和设备的引进,国内外已经达到基本同步。在路面结构性能指标的检测上,既有贝克曼弯沉仪和承载板等传统的仪器设备进行检测的,也有使用自动化程度很高的全自动道路检测车进行检测的,后者可以实现数据的采集、处理、显示和存储等多方面功能,效率高,相应的成本也较高。当然,由于引进的时间较短,必要的应用研究工作还做得很不到位,也缺乏使用经验,这大大地影响了国内应用先进技术设备从事路面检测的实际效果。

近20年来,路面的无损检测与评价技术因具有不损害路面结构的独特优势而在国内外得到了迅速的发展。作为最重要的路面结构性能评价指标,弯沉的量测与分析技术发展十分迅速,自1953年贝克曼(Benkleman)发明梁式弯沉仪以来,路面弯沉检测设备已从静力弯沉仪发展到能够模拟行车荷载作用的落锤式弯沉仪(FWD),从单点最大弯沉检测发展到对路面弯沉盆的检测,并将原来仅局限于柔性路面意义上的弯沉概念发展到刚性路面的结构评价与设计分析中, 路面结构性能的评价也从路面整体强度评定发展到对路面各结构层模量的反分析,各种评价软件也广泛用于实际,取得了巨大的经济效益和社会效益。FWD是目前国际上比较流行的先进的路面无损检测设备, 可很好地模拟行车荷载对路面结构的作用并精确测出路表的变形信息,但是,目前用于FWD检测结果的分析技术存在着许多不足,有待进一步发展,如FWD采用的是脉冲荷载,而常规的FWD数值的分析方法却仍是以静荷载条件为基础,通过弯沉盆研究采用静力分析而非动力分析来反演路面特性。

公路路面厚度及内部缺陷的检测,一直沿用几十年来的钻孔取芯法或基坑开挖,它除破坏路面外,更主要的是这种方法所取得的数据不能真正给公路路面一个全面真实的评价。针对以上不足,世界各国都在寻求一种更先进的、不损坏路面、连续的检测方法。随着科技的发展,发达国家自80年代开始研究用地质雷达检测公路路面等工作,并取得成功。

对路面结构性能进行恰当的评价,是设计结构性能恢复方案和采取病害修复措施的基础。在我国颁布的《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2-2001)中也提出和推荐了路面结构性能的评价模型,采用路面回弹弯沉表征路面结构的总体抗力。然而,在用于路面结构性能诊断和评估时,却显得过于简单,因此,有必要结合现代路面检测技术和路面结构分析技术进一步研究对沥青路面结构性能的评价问题。

我国新颁布的《公路技术状况评定标准》(JTG H20-2007)采用路面使用性能指数评价PQI对包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标在内的路况信息进行评价,该评价模型包括两项结构性指标(车辙RDI、结构强度SSI),两项功能性指标(平整度IRI、抗滑性能SRI),一项反映病害严重程度的路面破损指标PCI,该指标的缺陷是无法将行驶质量和结构损坏区分开来,由于不同地区的材料、结构、交通特性差异、导致病害表现形式各异,各分项指标的权重未必适用国内所有地区。

3、养护设计研究现状

在养护设计方面,目前养护工程一般采用两阶段设计:方案设计(初步设计,立项阶段用于控制资金和规模);施工图设计(详细设计,可用于工程实施)。在实际工作中,往往以施工图设计为主导,方案设计没有得到应有的重视,有的与检评业务结合,有的与施工图设计打包。设计单位采用的养护设计方法大同小异,无法突破现有规范的局限性。

针对养护设计存在的问题,近年来我国在一些地区引进了全寿命周期费用分析的概念,初步构建包含路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面抗滑和路面结构强度等多项指标在内的路面大中修养护设计方法和设计成套技术。但在路面详细病害自动化检测和识别技术研发、路面使用性能预测技术、寿命周期费用分析技术与路面大中修养护设计方法的集成技术研究等方面还需要进行深入研究。特别是特殊交通、环境条件下路面养护设计研究处于刚起步阶段,尚需要进行大量的研究工作。

科学的公路养护分析流程可以划分为路网级和项目级两个层次。网级养护分析的主要目的是通过实施路网技术状况检测,确定整体养护需求和项目建议,并据此制定科学合理的养护计划和养护规划。而项目级养护分析则是针对拟实施养护工程的具体路段,通过详细检测和科学分析,诊断路面病害成因,确定养护性质和养护单元,通过路面使用性能及全寿命周期费用分析,提出具有针对性的养护设计方案(一组候选方案),并最终完成施工图设计。养护设计新理念包含以下两个核心要素: 首先,在养护设计中对路面使用性能进行全过程控制判别路面质量优劣的终极标准是路面的使用性能(路面损坏状况、路面平整度、路面车辙、路面抗滑性能、路面结构性能等),按照使用性能分析和设计路面结构及路面材料已经形成一种必然趋势。其次,在养护设计中对养护方案的经济性进行科学评价。

4、旧路再生材料的结构设计参数与结构适应性评价

旧路材料再生设计是旧路养护设计的一个重要方面,是节约资源、保护环境、降低养护成本的重要手段,旧路材料的应用越来越受到人们重视。美国从1915年开展再生技术研究,1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视,并在全国范围内进行广泛研究,到八十年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半,并且在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面的再生利用在美國已是常规实践,目前其重复利用率高达80%,并形成了与普通沥青混合料不同的设计方法和施工工艺,并相应制定了规范。日、前苏联、英、德、意等国,从上世纪70年代起相继开展研究,到上世纪90年代,日本再生混合料用量约占沥青混合料总用料的1/2。

我国在八五攻关中,对再生剂应用于道路工程也进行了专题研究。各地的研究人员做了大量的工作,提出不同的理论。1983年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目,由上海市政工程研究所、武汉市市政工程设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担,当时的主攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化,来代替常规沥青混合料。湖南省将乳化沥青加入到旧渣油表处的面层混合料中,并分别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路,也证明了其技术可行性和经济性。江西昌九路改造和安徽合徐南高速公路维修都采用了乳化沥青冷再生混合料当作路面基层,为冷再生混合料的应用进行了有益尝试。今后随着大量高速公路进入大修、改造期,再生混合料的应用将越来越多。

在旧路再生混合料应用方面,国内外已经进行了大量研究和应用试验,取得了大量丰富的成果,但是研究重点主要是在混合料设计和设备研制方面,对再生材料的结构设计参数和结构适应性的评价研究很少,特别是重载作用下的参数和结构适应性研究尚属空白。由于乳化沥青、泡沫沥青等冷再生混合料属半柔性材料,其结构参数既不等同于沥青混合料等粘弹性材料,也不同于半刚性材料,对此类材料的参数和结构性能评价可为再生材料的结构养护设计提供依据,特别是在西部地区重载交通和复杂气候条件下,对当地再生材料的结构参数和结构适应性进行研究是节约环保型再生材料养护设计研究必不可少的工作内容。

5、结束语

通过对我国西部地区路面病害的分析及研究,结合目前养护设计现状的研究,提出旧路再生材料的结构设计参数与结构适应性评价,为养护结构设计提供科学依据。特别是在西部地区重载交通和复杂气候条件下,对当地再生材料的结构参数和结构适应性进行研究是节约环保型再生材料养护设计研究必不可少的工作内容。

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篇5：半刚性基层沥青路面裂缝防治

[摘要] 随着我国公路建设的发展，半刚性基层沥青路面这种结构形式被越来越多地应用到公路建设中，但是半刚性基层沥青路面的裂缝问题一至困扰着施工和养护单位，现就其裂缝产生的原因进行分析并提出防治措施，供同行参考。

关键词：半刚性基层；沥青路面；裂缝防治引言

我国高速公路目前多采用二灰碎石、水泥稳定级配碎石等半刚性基层，作为高速公路沥青路面的基层。半刚性基层具有较高的强度、刚度和稳定性, 使用年限长，承载能力高的特点，但半刚性基层最致命的缺点是收缩系数大，抗变形能力低，在自身的干缩、温缩及车辆荷载的反复作用下会产生裂缝，并将裂缝反射到沥青面层，另外沥青面层自身的温缩和行车荷载作用下的疲劳裂缝，成为沥青路面裂缝形成的两种主要原因。

1.裂缝类型 1.1横向裂缝

横向裂缝是与路面中线近于垂直的裂缝，缝宽不一，通常贯通整个路幅，沿路面大致呈均匀分布。横向裂缝通常不是由于荷载作用引起的，一般是由于基层或沥青路面的温缩引起。沥青混凝土和半刚性基层多在高温夏季和常温时施工，入冬后温度骤降，收缩过程中产生收缩应力（拉应力）如果收缩应力大于当时混合料的极限抗拉强度时，就会产生第一批温度收缩裂缝，路面开裂后应力重新分布，如果此时温度应力仍超过混合料的抗拉强度，则又产生第二批裂缝，应力再重新分布，直至温度应力小于或等于混合料极限抗拉强度时，裂缝的数量即停止发展。

1.2纵向裂缝

纵向裂缝是平行于行车方向的裂缝，纵向裂缝一般由基层反射、半填半挖路段路基差异沉降、面层施工左右幅摊铺冷热接缝引起纵向裂缝。

1.3网状裂缝

网裂是纵横交错的网状裂缝，相互交错的裂缝形成一系列多边形小块，缝宽 1 mm以上，缝距40cm以下，1m2以上。路面结构设计不合理，沥青混合料配合比不当孔隙率大，路面水渗入面层引起的水损坏，或沥青混合料在拌和、摊铺过程中不均匀，粗细集

料离析，使沥青与石料粘结性差形成网裂。

1.4龟裂

路基、路面总体强度不足，损坏初期形成网裂，在车辆荷载的反复碾压和剪切冲击作用下，沥青面层老化，缝距缩小形成龟裂。

2.裂缝的防治措施 2.1设计方面

2.1.1选用优质沥青做面层，保证沥青的针入度、延度等指标，在缺少优质沥青的情况下，应采用改性沥青，如沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料，SMA混合料具有良好的高温稳定性，低温抗裂性，使用寿命长等特点，是防裂路面设计时应选用的一项新技术。2.1.2选择合适的沥青层厚度，当沥青面层较厚时，对半刚性基层有很好的保护作用，能够明显降低半刚性基层顶面遭受的温度变化，从而减少甚至避免半刚性基层产生温缩裂缝。

2.1.3采用密实型沥青混凝土面层，空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响，密实型沥青混合料在使用中沥青老化缓慢，并可防止路面水的渗入，延缓裂缝的开裂。

2.1.4沥青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的碱性石料。如所用集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能。并尽可能使用人工砂代替天然砂。

2.1.5选用抗冲刷能力好，干缩、温缩系数小、抗拉能力高的材料作基层料。并应有合理的级配，在规范范围内，适当增加粗集料用量，减少细集料用量，尤其是0.075mm以下细料含量，这类细料比表面积大，遇水膨胀,失水后收缩变形大,是造成裂缝的关健之一。并通过加强碾压方式以达到嵌挤密实型水泥稳定基层，增加基层的抗压和抗折强度。2.1.6一般选用初凝时间3h以上和终凝时间5h以上低水化热的32.5级普通硅酸盐水泥，不得使用快硬水泥和早强水泥。在满足设计强度的情况下，尽量减少水泥用量，可适当加入有助于提高早期性能的外加剂，减少水泥用量，水泥用量不应大于6%。水泥稳定无机结合料中水泥含量越大，其强度越大，但强度和刚性越大的混合料，收缩性能也越大，就越容易开裂。

2.2施工方面

2.2.1 路基填筑引起的纵横向裂缝，填筑时填料应尽可能用砂性土，路基应分层填筑，分层压实，同一水平层用同一种填料，边部应超宽填筑30cm，同一断面全幅路段应同步

施工。半填半挖路段填方横断面坡度大于1：5时应挖成台阶，台阶宽度不小于2米，填方路基应密实、稳定，压实度应达到设计要求。

2.2.2沥青混合料拌合时应控制好加热时间和加热温度，不使沥青老化，并适当增加碾压遍数，碾压时应配备双钢轮压路机和大吨位胶轮压路机搓揉挤压，使沥青混合料达到规定的压实度。

2.2.3沥青各层之间施工应尽可能连续，如施工不连续，各层间应洒粘层油，保证上下之间有良好的连接。另外应注意上、下层的施工纵缝应错开15cm以上。

2.2.4 施工时要严格控制摊铺机的摊铺质量，在一定程度上减少沥青混合料的纵、横向裂缝。沥青面层较窄时施工宜采用全路幅一次摊铺，如面层较宽分幅摊铺时，应使用新旧一致，型号一致的摊铺机梯队作业，确保热接缝。前后幅相接处为冷接缝时，应先将已施工压实完的边缘坍斜部分切除，切线须顺直，侧壁要垂直，清除碎料后，宜用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化，然后铲除敷贴料，并对侧壁涂刷0.3-0.6kg/m2粘层沥青，再摊铺相临路幅。摊铺时控制好松铺系数，使压实后的接缝结合紧密、平整。2.2.5严格控制基层含水量，根据天气和温度情况严格控制半刚性基层施工碾压时含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量。水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大，施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。因此在施工时，应根据天气、运距远近、运输车辆配置情况适当增加或减少拌和用水量。确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。

2.2.6半刚性基层碾压完毕，要及时养生，比较理想的养生方法是采用透水土工布覆盖养生，如基层在养生期得到了良好保水，始终保持湿润基层的质量稳定，裂缝将在一段时间内很少发生。

2.2.7做好透层和下封层（防水层）。基层养生结束后，将土工布收走，应及时洒布透层油，并在洒布透层油的基础上撒布3～8mm的碎石作为沥青下封层（防水层）。此时基层未受到污染，渗透效果较好，能使基层和面层形成一个整体，这样既能起到了很好的防水的作用，防止路面水渗入基层导致唧浆，又防止后期半刚性基层干缩和温缩裂缝的产生，避免裂缝在层与层之间传递，提高整个路面结构的疲劳寿命。透层和下封层作完后，应尽快铺筑沥青面层。

2.2.8切割横向预裂缝。在7天养生结束后，进行横向预裂缝的切割，每隔15m设置一条，切割深度为6cm-7cm，缝宽≯5mm。切割完后清洗余浆，晾干后立即用沥青灌缝，防止雨水的入侵。在沥青面层摊铺前，对切割的预裂缝顶面用1m宽的土工布进行覆盖，进一步预防裂缝的反射。

2.2.9基层料拌合控制。目前基层料拌合均采用大功率为连续式拌和站拌合，其产量的增加只是单纯地增加了拌和电机的功率来实现的，拌和时间并没有相应增加，宜将拌和站的产量设定为额定产量的80%进行生产，以便有效地控制混合料的拌和均匀性，减少混合料成型后因不均匀性造成内部受力不一致而产生裂缝。同时，还应定期对水泥控制系统和水量控制系统进行专项检查和校核，防止出现水泥含量和含水量不稳定。2.2.10选择有利的季节或时间进行基层施工，冬天气温低于5℃，一般不能进行基层的施工，施工最好选择在年平均气温时进行，此时气温变化不大，结构内温度应力较小，基层不易发生热胀冷缩现象。

3.结束语

半刚性基层损坏后没有愈合的能力，且无法进行修补，除了挖掉重建，别无他法，这将对沥青路面的维修养护造成很大的困难。只能在早期设计和施工中加以防治从而消除或减少来自基层的反射和沥青面层自身的裂缝数量，延长路面使用寿命、提高路面服务水平。参考文献：

交通部公路科学研究所.《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000).人民交通出版社,2008,6 作者简介：姓名：徐仲赟单位：平凉公路总段高等级公路养护管理中心