半刚性基层材料抗冲刷性能的研究
浅议道路半刚性基层强度形成机理及特点
浅议道路半刚性基层强度形成机理及特点【摘要】文中对道路半刚性基层材料的强度形成机理及半刚性基层具有性能进行浅议，分析影响半刚性基层主要性能特点控制最佳施工质量。
【关键词】半刚性基层；强度机理；影响因素在路面结构中，路面基层直接位于面层下，起承重、扩散荷载应力等作用。
要求基层具有一定的整体性、强度、刚度和水稳定性。
随着高等级公路的发展，半刚性基层得到愈来愈广泛的应用，已成为高等级道路路面基层的主导形式。
1.半刚性基层类型根据稳定材料的不同有水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥粉煤灰稳定类、石灰水泥粉煤灰综合稳定类等类型。
2.半刚性基层强度形成机理分析2.1水泥稳定类强度形成机理分析水泥属于水硬性胶结料，通过水泥稳定的材料，能够较好的改善其物理力学性质，适应各种不同的气候条件与水文地质条件。
特点是具有良好的整体性、足够的力学强度、水稳性和耐冻性、初期强度增长很快，使用范围很广，是目前我国常见的基层类型。
在水泥稳定基层材料的过程中，水泥和被稳定材料之间发生了多种复杂作用，使被稳定材料的性能发生明显的变化。
这些作用可以概括为：化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用及水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用；物理化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用；物理力学作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用。
2.2石灰粉煤灰稳定类强度形成机理分析石灰粉煤灰基层是目前我国修筑高等级公路的主要结构层，二灰稳定类材料基层常采用以粉煤灰与石灰为主，掺入不同比例的土或粒料的混合方式。
由于土粒中的有效成分很有限，与石灰作用形成的结构强度与二灰之间形成的强度相比非常低；另一方面二灰中的粒料所起的作用主要集中在形成骨架、提高材料内摩阻力方面，并不会在石灰或粉煤灰之间产生质变的化学作用，而化学作用恰恰是基层材料形成结构强度的最根本原因。
二灰与被加固材料之间形成结构强度过程中一般大致经历石灰的重结晶作用、离子吸附与交换作用、碳酸化作用、火山灰作用四个作用过程。
半刚性基层冲刷唧浆的影响因素与防治措施
面使用 寿命 ； 冲刷剧烈 ， 且伴随唧浆产生 的路面冲Ｎ＂ 浆现象 ， ｅ Ｐ 则 ４ 防治措 施 对路面 的破坏作用较大 ， 造成路 面早 期破坏 。随着 冲Ｎ＂ 浆 周而 ４． 设 计 方 面 ｅ Ｐ １ 复始地进行 ， 沥青 面层 下 的基层 逐渐被 有压 水淘空 ， 沥青 面层 ４． ． 搞好路面结构设计 使 １１ 下陷而在原沥青面层裂缝两侧产生新 的裂 缝 ， 形成 局部低洼 直至 半刚性路面设计 中， 面结 构确 定后 ， 要是 确定各结 构层 路 主 坑槽 ， 导致 面板产 生断裂 、 错台 ， 严重者导致面板破碎及沉陷 。 厚度 、 面层及 基层 厚度 ， 根据交通 条件 、 道路等 级确定 ， 底基层厚 实践证 明 ， 路面 的 冲刷 现象 是普遍存 在 的 ， 只不过是 冲刷 作 度 由计算确定 。高等 级公路 的基层 应采 用抗 冲刷能力 较强 的稳 用程度有大有小而已 ， 路面 冲刷唧浆现 象往往发生 在沥青面层较 定 类 粒 料 ， 二级 公 路 的 基 层 亦 应 采 用 不 含 粘 土 成 分 的 基 层 ， 水 遇 薄、 路基结构组合不 当且基层施 工质 量较差 的路段 中。从 临汾市 容易软化易产生 冲刷 唧浆 现象 。沥 青面层 的上 基层最 小厚度应 近几年路面工程交工验收资料 中可以看 出， 沥青 面层空 隙中或多 不 小 于 １ ｍ。半 刚性 上 基 层 厚 度 越 厚 ， （ ） 层 所 受 到 的 冲 ５ｃ 下 底 基 或少都有基层细料填充的情况 ， 基层 表面或多或少都有 细料被 冲 刷作用愈小 ； 上基层 厚度越 薄 ， 其下面 的下 （ ） 底 基层 所受 到 的冲 刷掉的痕迹 。 刷作用愈大 。因为上基 层越 薄 ， 底 ） 下（ 基层则 越接 近路表 面 ， 雨
１ 产 生原 因
半刚性基层抗冲刷性能分析
半刚性基层抗冲刷性能分析作者：张建军谢韶来源：《科学之友》2009年第13期摘要：文章分析半刚性基层的裂缝产生原因，大多数并非承栽力不足引起，而是抗冲刷能力不足导致使用寿命缩短，进一步通过冲刷试验来分析基层抗冲刷性能特点，同时得出从冲刷试验到数据处理方面相关建议。
关键词：半刚性基层；抗冲刷性能中图分类号：u414文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)20-0008-03半刚性基层材料的抗冲刷能力不足是在面层出现裂缝后导致路面使用寿命迅速缩短的另一个主要原因。
大量的工程实践表明，很多由基层引起的路面损坏并非承载力不足，而是由其他的原因所致。
其中，半刚性基层材料抗冲刷能力的不足是加速路面破坏的重要因素之一。
国内外的调查和研究显示，由于基层材料的抗冲刷性不能满足要求而导致路面唧泥、碎裂的情况普遍存在，而且这种现象在沥青类路面和水泥混凝土路面中都有发生。
在行车荷载尤其是在吨位较大的重车作用下，自由水会产生非常大的动水压力，并使得基层材料中的细料部分会受到冲刷。
虽然每一次的冲刷量很小，但在行车重载的多次重复作用下就会积少成多，在面层与基层之间形成细料浆，随着细料浆的不断增加，再加上行车荷载的反复作用，细料浆被逐渐唧出面层的裂缝形成唧泥现象。
如果面层上的裂缝是由基层裂缝反射而引起的，那么，由于面层和基层的裂缝相互贯通，渗入路面的水还会很快地进入基层的内部，这样在冲刷过程中基层内部的细料同样会损失，这种情况使得路面唧泥现象更加严重。
基层一旦受到冲刷，必将导致面层与基层之间形成脱空现象，接下来便会进入恶性循环，路面破坏的进程也就会越来越快，破坏程度也会越来越严重，因此有必要对基层抗冲刷性能进行分析。
1机理分析1.1水泥稳定类基层材料水泥稳定土的抗冲刷性能，与其强度形成过程、材料组成物质及其空间结构有关。
水泥的主要成分有：硅酸三钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、和硫酸钙。
水泥加入土中并被搅拌之后，水泥中的各个成分与土中所含的水分发生强烈的水解和水化反应，产生了碱性的硅酸钙、铝酸钙，这两种物质是水泥稳定土中主要的胶结成分，它们在土中随时间的推移逐渐硬化，从而形成水泥石骨架结构。
柔性基层与半刚性基层路面对比分析
了 ，疲 劳 破 坏 的 指 标 没 有 起 作 用 。破 坏 范 围 内 国 外 提 出 了 长 寿 命 路 面 ” 的
模 式 没 有 反 映 实 际使 用情 况 。 结 构 设 计 的 基 本 思 想 是 路 面 承 载
思 想 。 而 确 保 路 面 基 层 、路 基 结 构 层 不
属 于 功 能 性破 坏 。面 层 破 坏 形 式 有 车 辙
９ 面 设 计 的 宗 旨 是 防 止 在 设 计 年 路 限 内 总交 通 量 反 复 荷 载 作 用 引起 路 面 疲
劳破 坏 ．实 际 上 绝 大 部 分 路 面 是 在 交 通
两 种路 面结 构 破坏 模式 比较
半 刚性 基层路 面 的破坏 模式
步 。这 种 情 况 下 柔 性 基 层 沥 青路 面 结 柔 性基 层路 面的破 坏模 式
构 形 式 的 研 究 就 提 上 了 日程 。 柔 性 基 层 只 要 路 面 结 构 的 设 计 、施 工 不 出
路 面 弯 沉 越 小 路 面 结 构 的承 载 能 力就 越
是 采 用 热 拌 或冷 拌 沥 青 混 合料 、沥 青 贯 现 问题 ，柔 性基 层 路 面 的 破 坏 一 般 始 于 高 。 在 沥 青 路 面 结 构 设 计 方 法 和 设计 指
路基 形 成 水 力 ；刷 ，将 材 料 中的 细 料 唧 最 终 在 沥 青 层 底 形 成 反射 裂缝 。 对 于 柔 中
出 ．材 料 松 散 并 形 成 坑 槽 ．半 刚 性 基 层 性 基 层 路 面 内部 出现 的微 小 裂缝 ，由于
失 去板 体 性 ．弯沉 迅 速 增 大 最 终 导 致 沥 青 材 料 的 粘 弹 性 ，所 以这 些 微 小 裂 缝
半刚性基层材料的设计及抗裂性能研究
１ （一 ０ １ ０
／ ｎ 、
Ｊ 。
通 过下列筛孔（ ｎ） ｎ 的通 过率／ ％
３ ． ３ ． ２ ７５ １５ ６５ １ ９ ９ ５ ４． ５ ２ ３ ０ ６ ０． ７ ． ７ ．６ ０ ５
砾 石 土
碎石
９ ９ ． ９ ７ ８ ８ ６ ４ ． ３ ９ ５ ８ ０． ３． ４ ５６ ４
４ ． １７
２． ２
大砾石
级 配 范 围
７ ７
１０ ０
１ｏ ０
８ ． ３６
７ ～ ８ ８ ８
７ ２０
７ ０～８ ２
５ ． ９５
６ ～７ ２ ５
３ ． ７３
５ ～ ６ ０ ５
１． ３７
３ ０～４ ８
０
２ ～ ３ ０ ４
０
１ ０～２ ５
０
４ １ ～ ０
具有较高 的承载 能力 ， 且对 原材 料 的要求 较 低 ， 因而 可 以充分 利 石 的 级 配 范 围要 求 。 对 比表 １中砾石 土的筛 分结果 的规范要求 级配范 围可知 ， 试 用 当地 的材料 ， 进行合 理设 计 ， 而节省 投 资并 防止 和减少 半 刚 从
性 基 层 的开 裂 。
石 中将 部分粒径 （ 本研 究为 ３ ． ｎ３ ２ ． ｎ． １ ５ｒ ． ６ ５ｒ ３的砾石 用 同粒 ｎ和 ｎ ） 径 的碎 石等量代替 ， 其他粒径 的含量维持 不变。 １ ３ 水泥稳 定大粒径砾石 的配合 比设计 ２．
对 于水 泥 稳 定 大 粒 径 砾 石 的 级 配 类 型 ， 研 究 选 择 连 续 级 本
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第３ ４卷 第 ２ ０期
２０ ０ ８ 年 ７ 月
半刚性基层概述
欢迎各位领导、专家
半刚性基层概述
学习交流
徐州市公路管理处 权勤展 工学硕士 高工
二灰碎石施工工艺学习交流
一、半刚性基层及其特性 二、半刚性基层优缺点 三、半刚性基层强度形成原理 四、强度形成过程半刚性材料的力学特性 五、半刚性基层的结构类型
（1）优点： 1. 强度与刚度较大； 2. 水稳性与抗冻性较好； 3. 对地方材料的质量要求较低。
半刚性基层主要优缺点
（2）缺点： 1. 收缩系数较大，抗变形能力较低； 2. 透水性差，表面易积水； 3. 破裂后不能愈合； 4. 对荷载大小的敏感性较大。
石灰稳定类强度形成原理
1. 离子交换→粘土凝聚（初期） 2. Ca(OH)2结晶与碳化→碳酸钙（后期） 3. 火山灰反应→含水硅、铝酸钙（中后期）
水泥稳定类强度形成原理
1. 水泥水化硬化→水泥石（全过程） 2. 水泥水解产物（Ca(OH)2）的作用 3. 离子交换作用 4. 碳酸化作用
二灰稳定类强度形成原理
火山灰反应 在粉煤灰表面进行（缓慢）
强度形成过程
反应→新生物凝胶→结晶； 这一过程是不断、连续地进行着； 在一定时期内，原材料、新生物质凝胶及晶 体，几乎是同时存在的；
无机结合料稳定粗集料
（1）悬浮密实型 ·粗集料少于70%； ·密实、无侧限抗压强度及抗拉强度高，刚度大； ·收缩系数较大，抗裂性较差； ·透水性差，抗冲刷能力差； ·施工较容易，不产生离析，级配容易调配； ·适合作底基层。
无机结合料稳定粗集料
（2）骨架密实型 ·粗集料多于70~80%； ·无侧限抗压强度及抗拉强度略低，但嵌挤能力 强，整体强度高； ·收缩系数较小，抗裂性较好； ·透水性差，抗冲刷能力较强； ·施工中易发生离析； ·适合作基层或底基层。
乳化沥青稀浆封层研讨会在重庆召开
我 国乳 化 沥 青 技 术 标 准 、 试 验 方 法 修 订 工作 简
介 ，还介 绍 了 美 国公 Fra bibliotek 护 养 系统 。
中 都 没 有 被 考 虑 。这 种试 验 方 法 用 来 评 价 半刚
性 基 层 材 料 的 抗 冲 刷 能 力 与 实 际 状 况 相 差 甚
直 用 ． 以及 发 展 趋 势 ， 收 到 了很 好 的交 流 学 习 效 果 。 与 会 代 表 一 致 认 为 ， 这 是 一 次 国 内较 高
水 平 的 乳 化 沥 青 稀 浆 封 层 技 术 的 宣 传 普 及 活 动 ，对 我 国 公路 部 门 ，特 别 是 重 庆 地 区 的乳 化 沥 青稀 浆 封 层 技 术 推 广 应 用 起 到 积 极 、有 效 的
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代表畅所欲 言 ，充分 发表见解 ，阐述 自己的学
术 观 点 ，对 一 些 热 点 问题 进 行 了 深 入 探讨 ，这 次 会 议 的学 术 气 氛 浓 郁 ，体 现 了 民主 办会 的 原 则和 百 花齐 放 、 百家 争 鸣 的方 针 。
程 中也 暴 露 出一 些 缺 点 。因半 刚 性 基 层 材 料 抗
工 程 学 会 五 届 二 次 理 事 会 ，陈 国 靖 理 事 长做 了
工 作报 告 ， 理 事 会 讨 论 并 通 过 了工 作 报 告 ，会
议 肯 定 了 ２ 年 来 学 会 工 作 ，并 明确 要 加 大 下 一
冲 刷 能 力 不 足 而 导 致 路 面损 坏 的现 象 在 实 际 中
同。
安徽 省 的 公路 ，大 会 取 得 了预 期 的效 果 。
铁尾矿渣用作半刚性路面基层材料的抗冲刷性分析
铁尾矿渣用作半刚性路面基层材料的抗冲刷性分析【摘要】本文旨在分析铁尾矿渣在半刚性路面基层材料中的抗冲刷性能。
文章首先介绍了研究背景、目的和意义，然后对铁尾矿渣的特性、半刚性路面基层材料特点和抗冲刷性概念进行了分析。
接着探讨了铁尾矿渣在半刚性路面基层中的应用及抗冲刷性能测试方法。
结论部分总结了铁尾矿渣在半刚性路面基层中的抗冲刷性能表现，并展望了未来的研究方向。
通过本文的研究，将有助于提高铁尾矿渣在半刚性路面基层中的利用率，为路面工程的发展提供参考。
【关键词】铁尾矿渣、半刚性路面、基层材料、抗冲刷性、特性分析、性能测试方法、结论、未来研究、研究背景、研究目的、研究意义、应用、展望、总结。
1. 引言1.1 研究背景研究背景：铁尾矿渣是一种常见的工业废弃物，产生量巨大，处理方法成为环境保护的重要课题。
半刚性路面基层材料在路面工程中发挥着重要作用，其性能直接影响着路面的耐久性和使用寿命。
抗冲刷性是半刚性路面基层材料的一个重要性能指标，直接影响着路面的稳定性和耐久性。
目前关于铁尾矿渣在半刚性路面基层中的抗冲刷性能研究尚不充分，需要进一步探讨其应用潜力和优化方法。
本研究旨在通过对铁尾矿渣在半刚性路面基层中抗冲刷性能的分析，为铁尾矿渣在路面工程中的应用提供科学依据，并对相关领域的研究提供参考和借鉴。
通过本研究，可以进一步推动工业废弃物资源化利用和环保产业的发展，促进半刚性路面基层材料的改进和提升。
1.2 研究目的本研究的目的是通过对铁尾矿渣在半刚性路面基层中的抗冲刷性进行分析，探讨其在道路工程中的应用潜力。
通过深入研究铁尾矿渣的特性和半刚性路面基层材料的特点，我们将更好地了解铁尾矿渣作为路面基层材料的可行性以及其抗冲刷性能。
本研究旨在为提高路面基层材料的抗冲刷性能提供理论支持和实践指导，为铁尾矿渣在实际道路工程中的应用提供参考依据。
通过本研究，希望能够为铁尾矿渣的有效利用和半刚性路面基层材料的选用提供科学依据，为我国道路建设的可持续发展做出贡献。
铁尾矿渣用作半刚性路面基层材料的抗冲刷性分析
铁尾矿渣用作半刚性路面基层材料的抗冲刷性分析铁尾矿渣是一种常见的工业废弃物，通常被用作路面基层材料。
在工程实践中，铁尾矿渣因其廉价、易获取和性能稳定等特点，被广泛应用于半刚性路面基层的建设中。
铁尾矿渣在路面工程中的使用也面临着一些问题，其中之一就是其抗冲刷性能较差。
本文就对铁尾矿渣用作半刚性路面基层材料的抗冲刷性进行分析，探讨其影响因素及提升方法。
一、铁尾矿渣的抗冲刷性分析1. 抗冲刷性能的定义抗冲刷性能是指路面基层材料在交通载荷和自然环境下承受冲击磨损的能力。
具体来说，它主要指材料的抗压强度、抗变形性能、抗水侵蚀性能等方面。
在实际的交通载荷作用下，如果路面基层材料的抗冲刷性能不佳，就会导致路面材料的磨损加剧，甚至出现开裂、坑洞等现象，影响路面的使用寿命和行车安全。
2. 铁尾矿渣的抗冲刷性能分析铁尾矿渣是一种矿产综合利用产品，其主要成分包括硅酸盐、氧化铁、氧化铝等成分，具有较好的力学性能和化学稳定性。
与传统路面基层材料相比，铁尾矿渣在抗冲刷性能方面存在以下问题：（1）较低的抗压强度：铁尾矿渣作为半刚性路面基层材料，其抗压强度较传统的碎石料和砂石料要低，容易受到交通载荷的影响而破碎和磨损。
（2）易受水侵蚀：铁尾矿渣具有较强的吸水性，易受到水分侵蚀而发生软化和破坏。
（3）较差的变形性能：铁尾矿渣的变形模量和变形能力较差，容易出现沉陷变形和塌陷现象。
以上问题表明，铁尾矿渣在抗冲刷性能方面存在一定的隐患，需要进行深入分析和改进，以确保其在路面工程中的可靠性和安全性。
1. 材料本身特性铁尾矿渣的抗冲刷性能受到材料本身的物理、力学和化学特性的影响。
其颗粒形状、颗粒大小、密实度、粘结强度等因素都会直接影响其抗冲刷性能。
2. 外部环境条件外部环境条件主要包括交通载荷、气候环境和水文条件等。
交通载荷的频次和强度对铁尾矿渣的抗冲刷性能有着直接的影响；气候环境和水文条件则会影响其水分吸附状况和水侵蚀性能。
3. 施工工艺和养护管理铁尾矿渣作为路面基层材料，其施工工艺和养护管理对其抗冲刷性能也有着重要影响。
半刚性基层材料的特点
半刚性基层材料的特点
半刚性基层材料是指在道路基层中添加一定量的沥青或水泥来增强基层的稳定
性和承载能力的材料。
它具有以下几个显著的特点。
首先，半刚性基层材料具有较好的承载能力。
通过在基层中添加沥青或水泥等
材料，可以有效提高基层的承载能力，使其能够承受车辆和行人的荷载，减少基层的变形和沉降，保证道路的平整度和舒适性。
其次，半刚性基层材料具有较好的抗水性能。
由于添加了沥青或水泥等胶凝材料，半刚性基层材料能够有效防止水分的渗透，减少基层的软化和破坏，延长道路的使用寿命，减少养护成本。
此外，半刚性基层材料还具有较好的抗裂性能。
添加沥青或水泥等材料可以有
效减少基层的裂缝和龟裂，提高基层的整体稳定性，减少维护和修复的频率，降低养护成本。
另外，半刚性基层材料还具有较好的施工性能。
相比于传统的水泥混凝土基层，半刚性基层材料的施工工艺更加简单，施工周期更短，能够大大缩短道路的封闭时间，减少交通影响，提高施工效率。
总的来说，半刚性基层材料具有承载能力强、抗水性好、抗裂性能高、施工性
能优等特点，是一种在道路工程中应用广泛的基层材料。
在实际工程中，需要根据道路的交通量、环境条件和使用要求等因素，合理选择半刚性基层材料的配合比例和施工工艺，以保证道路的安全、舒适和持久使用。
浅谈道路半刚性基层水稳定性和抗冲刷能力的重要性
限抗 压强度 进行 控制 ．对 于其 水
稳 定性 的评 价在 我 国还没 可靠 的 指 标来 判定 ，基 层 的水稳 定性 只 是 作 为一个 概念 在 工程 实践 中 出 现 。半刚性 基层 的水 稳定 性概 括 地 说 ，就是 成型 的无 机结 合料 结 构 层 在受到 水 的侵袭 时所 处 的状 态 。如果其 结果 是稳 定 的就说 稳
层 整体 强度 的大 小和好 坏 ，都会
直 接 影响到 对整 个路面 特别 是沥 青路 面 的使 用性 能和 寿命 ．因此
在 设计 和施 工 时 ．往往 只重 视基
ｌ 半 刚性基 层及 其特性 路 面基层 （ 底基 层 ） 可分 为无
机 结合料 稳 定类 和粒料 类 。 由于
无 机结合 料 （ 水泥 、石灰 ） 定类 稳 基 层 （ 基层 ） 底 ，在前 期 具有 柔性 路 面 的 力 学 特 性 ．当 环 境 适 宜
层 的强 度 （ 括 集 料 的 压碎 值 和 包 混 合 料 的各 种 强度 ） ，认 为只 要 基层 的抗压 强度 或抗 弯拉强 度符 合 规范 要求 。就 能保 证其使 用质 量 ，而对于 基层 的水稳 性 和抗 冲
刷 能力 则考 虑 的太少 ．甚至 没有 考 虑 。殊不 知 。基 层 的水稳性 差
Ｌ Ｕ Ｚｏ ｇ ｕ ｎ， ＭＵ Ｈｏ ｇ ｕｎ Ｉ ｎ —ｋ ａ ｎ —ｙ （ ｕ ａ ｇ Ｈｉｈ ａ ｍｉｉｔ ｔ ｎ Ｂ ｒａ ，Ｐ ｙ ｎ ５ ０ ｕｅ ｕ ｕ ａ ｇ ４ ７ ０ ａｏ ｈｎ ）
Ａｂｔａ ｔ ｓ ｃ ：Ｍａｎｔｄ ｎ ｔ ｕ ｆｔｅ ｓ ｅ ｇ ｆｗ ｏｅ ｂ ｓ ｉ ｍ ａ ｔｏ ｈ ａｅ ｅ ｔ（ ｓｅ ｉ — ｒ ｇ ｉ ｅ ａ ｄ ｓ ｔｅ ｏ ｈ ｔ ｎ ｔ ｏ ｈ ｌ ａｅ ｗｌ ｉ ｐ ｃ ｎ ｔｅ ｐｖ ｍ ｎ ｅｐ ｃａ ｕ ａ ｒ ｈ ｌ ｌ ｌ ｓｈ ｔｐ ｖｍｅｔ ｑ ａｉ ｎ ｉ ｉ ｃ ｙ Ｓ ｔｓ ｏｌ ｏ ｏ ｌ ｅ ｓｒ ｈ ｏ ｒｓ ｖ ｔ ｎ ｈ ａ ｄ ｙ ａｐ ａ ａ ｅ ｎ ） ｕ ｔ ａ ｄ ｌｅ ｄｒ ｔ ． ｏ ｉ ｈ ｕｄ ｎ ｔ ｎ ｎｕｅ ｔｅ ｃｍｐｅｓ ｅ ｓ ｅ ｇ ｎ ｌ ｌ ｙ ｆ ｅｌ ｙ ｉ ｒ ｔ
半刚性材料基层的定义
半刚性材料基层的定义1、骨架密实型混合料要求集料的最大粒径不宜太大，以减小混合料离析。
试验确定骨架密实型粗集料的级配时，应先将粗集料划分成二至三挡，通过表面振动压实的方法逐级填充，并计算振实密度和空隙率，直到找出振实密度最大的粗集料组成。
在此根底上，用体积法计算确定细集料和结合料的压实体积和重量，从而确定细集料的组成和结合料的比例。
为寻求强度高、抗裂性、抗冲刷性好的基层性能，一些专家、学者也在稳定集料基层的混合料组成和集料级配方面提出了一些改良意见。
总的来看，都趋向于形成骨架密实构造的状态。
在此根底上总结提出骨架密实构造的集料级配范围。
但是，骨架密实状态是否形成，必须根据具体级配和混合料配合比开展检验。
原规范中提出的各类无机结合料稳定粒料类基层材料，其级配是按最大密实原理设计的连续级配。
经试验分析均属于悬浮密实构造类型。
研究成果与工程实践说明：随着混合料中4.75mm、2.36mm、0.075mm的通过量减少，尤其是0.075mm的通过量减少，基层的抗裂和抗冲刷性能明显提高。
因此，悬浮密实构造的集料级配中对2.36mm以下的细料含量，尤其是0.075mm以下的细料含量的限制要求提高。
2、虽然随着水泥剂量的提高，基层的强度会相应提高，但脆性也相应增大，因此有必要限制水泥剂量。
这样也符合通过改善集料的级配和混合料的构造形态来到达设计强度要求。
3、无论是水泥稳定基层还是石灰粉煤灰稳定基层，混合料中4.75mm以上粗集料形成骨架状态时，粗集料的分布状态应当是一样的。
但是从粒度上讲，细集料粒度对于水泥稳定基层包括小于4.75mm的细集料和约6%的水泥，对于石灰粉煤灰稳定基层包括小于4.75mm的细集料和约20%的粉煤灰。
混合料的密度基准不同，所以形成骨架密实状态时的细集料重量比或混合料中粗集料的重量比不同。
形成骨架密实状态时，水泥稳定类基层混合料中粗集料的比例约在65%左右，石灰粉煤灰类基层混合料中粗集料的比例约在75%左右。
半刚性基层施工常见问题及对策探究
半刚性基层施工常见问题及对策探究摘要：现在的道路一般都是采用无机结合型的材料做基层，水泥稳定类半刚性基层应用较为广泛，但是在实际应用中裂缝问题较为严重，下面主要分析了半刚性基层裂缝问题及施工处理对策。
关键词：半刚性；基层；施工引言半刚性基层介于柔性基层与刚性基层之间，但半刚性基层与柔性沥青混合料面层模量差别较大，易形成反射裂缝，透水性差。
半刚性材料具有强度高、承载力大、水稳性好、板体性强等特点，原材料容易取得，但也存在着抗裂性不足、抗冲刷能力不足等缺点。
常见的半刚性基层有水泥稳定类基层、石灰稳定类基层。
半刚性基层材料的强度获得不仅要靠一定剂量的结合料，更要有良好级配的集料。
随着经济的快速发展，我国公路建设也突飞猛进，通车里程及质量均有了很大提高，同时汽车工业的发展更是前所未有，为适应大型车辆、重型车辆对公路的要求，提高公路的使用质量和使用寿命，我国在高等级公路上大部分采用水泥稳定类半刚性材料为基层，面层采用沥青混凝土路面，这种材料具有强度高、承载力大等特点，但通过使用，逐步发现水泥稳定类半刚性基层沥青路面也存在一些破坏的问题。
1水泥稳定类半刚性基层裂缝分析1.1基层强度不足引起的裂缝在车轮荷载作用下，水泥稳定类半刚性基层材料的抗拉强度如果低于车轮荷载引起的强度，那么，半刚性基层的底部就会很快开裂。
在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并导致沥青面层也产生开裂。
但是，水泥稳定粒料类半刚性基层的强度较高，结构层厚度也可以满足要求，因此，由于水泥稳定类半刚性基层强度不足或疲劳引起的基层开裂情况是比较少见的。
但是，水泥稳定类半刚性基层中，如果路基的弯沉达不到要求或路基填土过高，也会引起路沉陷，从而导致基层开裂或下沉，最终引起路面破坏。
1.2温缩因素引起的裂缝沥青面层下的半刚性基层如果出现开裂，并且有垂直位移和水平位移，那么就会导致反射裂缝。
垂直位移指的是行车荷载引起的路面结构在裂缝处的差动位移；水平位移指的是温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。
半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法研究
弱 。 这 种 试 验 方 法 或 许 在 一定 程 度 上 对 基 层 的 冲刷
作者 简 介 ： 沙爱 民 ｌ９ ４】 男 ． 舷 宣 城 ＾ ． 直＾ 学 教 授 ， 学 障 １６ ． 立
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Ｓ Ａ ｉ Ｈ Ａｉｒ ｎ， Ｈ Ｕ ｕ ａ １ｉｑ ｎ Ｊ
（ ｈ ｌｏ ｉ Ｓｃ ｏｏ ｆＨ ｇｈｗａ ｙ．Ｃｈａ ｇ ａ ｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｘｉａ ？１ ０６ ｎ ｎ Ｕ ｉ ｅ ｓ ｔ Ｎ ０ ４． Ｃｈ ｎ ｉ ａ）
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｈｅａ ｌｓ ｓｏｆｔ ｅ ｅ ｅ ｉｔ ｎｔｔ ｓ ｉ ｅ ｈ ｄ ａ ｎ ｅ ｔｎｇ ｍ ｅ ｈ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｎａｙ ｉ ｈ ｓ ｘｓ ｅ ｅ ｔｎｇ ｍ ｔ ｏ ｓ． ｅａ ｔ ｓ ｉ ｔ ｏｄ ｗｈｉｈ ｕ ｅ ｘ ｚ ｃ ｓ ｎ ｗ ｎｓ ｒ ｔ ｎｔｉ ｒ ｖｉ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ Ｔ ｈｒ ｇｈ ｔ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｗｉｈ ｃ ｍ ｅ ｔ ｓａ ｌｚ ｄ ｓ ｌａ ｅ Ｉ ｔ ｕｒｅ ｓ ｐ ｏ ｄｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｌ ｏｕ ｈｅ ｅ ｐ ｒｍ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｂｉｉｅ ｏｉ ｎｄ
１ ．１
１ 现有 试 验 方 法 的评 价 与 仿 真 分析
半 刚 性 基 层 材 料 的 抗 冲 刷 性 能 试 验 研 究 在 国 际 上 刚 开 展 不 久 ． 前 主 要 有 法 国 和 澳 大 利 亚 两 国 对 目 冲 刷 试 验 方 法 有 过 报 道 。 法 国 ． 究 人 员 利 用 旋 转 在 研
第 ２期
沙 爱 民 。 ： 剧 性 基 层 材 料 抗 冲 刷 性 能 试 验 方 法研 究 等 半
半刚性钢渣基层材料性能试验研究
基层 材料 ， 可 以根据 结 合 料 的不 同将 其 分为 二 灰 钢
渣 和水稳 钢 渣 ¨ 。本 研 究 基 于 钢 渣 的物 化 特 性 ， 开展 半 刚性水 泥稳定 钢渣基 层 的材料 组成设 计及 性
能研 究 ， 这将 促进钢 渣在道 路铺 筑 中的应用 。
１ 材 料 及 性质
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》 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（ ２ ６ ． ５～１ ６ ｍｍ）： ２ 钢渣 （ １ ６～ ９ ． ５ ｍ ｍ）： ３ 钢渣 （ ９ ． ５—４ ． ７ ５ ｍ ｍ）： ４ 钢渣 （ ４ ． ７ ５
李灿 华 ， 向晓东 ， 刘 思 ， 华洲连 ， 焦立新
（ １ ． 武 汉科 技大 学冶金矿 产 资源 高效利 用与 造块 湖北省 重点 实验 室 ， 湖北
２ ． 武 汉钢铁 集 团金属 资源 有 限责任公 司 ，湖北 武汉
武汉
４ ３ ０ ０ ８ ０ ；
４ ３ ０ ０ ８ ２ ）
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
１ ． ２ 玄 武岩 玄武 岩 的性能 检测 结果 见表 ２ 。 表 ２ 玄武岩 集料 性能检 测
摘 要： 提 出了用钢渣配制两种半刚性基层材料 ， 并确定 了最佳含水 量， ７ ｄ无侧 限抗压强度满足规范要求 。
半刚性基层水泥路面基层冲刷有限元研究
半刚性基层水泥路面基层冲刷有限元研究摘要∶荷载-水耦合作用下的基层冲刷是引起半刚性基层水泥路面早期病害的主要原因之一，为进一步研究基层冲刷的机理，本文以多孔介质理论为基础，运用大型有限元软件ABAQUS对不同车辆荷载作用下的基层冲刷水压力进行研究。
结果表明：重载是加速水泥路面早期破坏的重要原因之一。
关键词：半刚性基层；冲刷水压力；有限元模型1前言近年来，水泥路面在使用早期，特别是通车3~5年以后就发生了冲刷、板底脱空、错台等早期损坏现象，降低了道路的使用寿命。
尽管研究者们已形成共识：在有水的情况下，行车荷载的重复作用使得板底产生较大的水压力，致使基层产生冲刷，进而导致水泥路面的板底脱空、错台等病害，但是，对水泥路面在荷载-水耦合作用下的定量研究尚不多见。
2有限元模型的建立2.1本构模型的建立现代多孔介质理论的实质是先将固相和液相分开研究，建立固相和液相的平衡微分方程，并通过整体的质量守恒建立固相和液相的连续性方程，最后得到两者的线性动量守恒和整体质量守恒方程（即固体平衡方程、渗流连续方程和流体平衡方程）。
理想的饱和多孔介质轴对称半空间问题的控制方程为：流体平衡方程：渗流连续方程：式中：，—饱和混合料骨架的Lame常数；—冲刷水压力（KPa）；—车速（m/s）；—固体的密度（g/㎝3）；—流体的密度（g/㎝3）；—混合料饱和密度（g/㎝3），，n为孔隙率。
水泥路面存的各种接缝成为大气降水进入路面结构的通道，水分进入路面结构后积聚在板底，在车辆荷载的作用下冲刷基层。
此时，基层表面是气（空气）、流（水分）、固（基层材料）三相所构成的多孔介质。
在实际动力分析过程中，由于其耦合运动非常复杂，在一定问题的研究中（如面层结构受水侵害而处于潮湿状态时）将其视为理想的粘弹介质或弹性介质又不太合理；且由于半刚性基层材料不是连续的均匀介质，而是一个布满孔隙或裂隙的间断体，精确地求解这一问题非常困难，为此，做如下的简化和假设：（1）水泥混凝土板的翘曲变形属于小挠度弯曲问题；（2 ）简化为二维平面问题，不考虑水体横向流动；（3）无穷远处应力、应变、位移、冲刷水压力均为零；（4）各结构层层间接触面完全连续；（5）路面结构各层材料均匀、完全饱和且各向同性；（6）孔隙均匀分布，孔隙水渗流遵循达西定律；（7）不考虑小变形，不考虑由于温度变化引起的冲刷水压力变化，路面孔隙不变。
半刚性基层材料抗冲刷性能的研究
收稿日期:2006-03-20基金项目:辽宁省自然科学基金(S JJ200401)作者简介:张敏江(1966-),男,教授,博士,主要从事路面结构研究.文章编号:1671-2021(2006)03-0371-04半刚性基层材料抗冲刷性能的研究张敏江1,关 贺1,梁鸿颉2(11沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168;21辽宁国华招投标有限公司,辽宁沈阳110031)摘 要:目的为了研究半刚性基层材料的抗冲刷性能.方法针对半刚性基层材料常见的冲刷病害,在分析其形成机理的基础上,在室内利用冲刷试验仪研究抗冲刷性能的影响因素.结果通过冲刷试验数据表明,无机结合料稳定粗粒土抗冲刷性能要明显优于稳定细粒土,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.结论半刚性基层抗冲刷性能主要与半刚性材料类型和配合比有关,在此基础上,提出了利用10min 内材料的冲刷速率作为半刚性基层材料抗冲刷性能指标.关键词:冲刷试验;半刚性基层;抗冲刷性能;指标;级配:U416 文献标识码:A 水泥、石灰和粉煤灰等无机结合料稳定半刚性基层材料在我国公路建设中被广泛地用作各级公路的基层或底基层.但半刚性基层材料,尤其是无机结合料稳定细粒土材料的抗冲刷能力不足时易引起路面的破坏.在路面结构中,基层是直接位于面层下的结构层次,主要起承重、扩散载荷应力和改善路基水温状况的作用,为此相关规范对基层在刚度和水稳性等方面提出了要求.国内外的调查研究表明,基层材料的冲刷及由之而产生的卿泥现象是经常存在的,这些现象均与半刚性基层材料组成特性有关,随着交通量和轴载的增加,这种破坏现象呈加剧的趋势.因此,近几年对如何评价半刚性基层材料的抗冲刷性引起了极大关注,法国道路局曾利用旋转刷进行冲刷试验,并得到了相关的研究结论,但该法并不能模拟路面的冲刷机理,存在着局限性;而国内对如何评价半刚性基层的抗冲刷性研究甚少,规范中对此也无具体规定.为此笔者针对半刚性基层材料的抗冲刷性,在分析国内外资料前提下,提出了半刚性基层材料抗冲刷性能的检验方法和指标.1 半刚性基层材料的冲刷机理半刚性基层材料的抗冲刷性能通常是指在动水压力的作用下材料抵抗水流冲击所表现的性能.当表面水进入路面结构层时,如果进入的水未能及时排出,而是滞留在面层与基层之间,就会导致基层局部潮湿甚至饱水;在行车载荷作用下,路面结构层内或基层材料中的自由水会产生相当大的水压力,这种有压力的水会冲刷基层材料的细料,一次冲刷的量是很小的,但在行车载荷的反复作用下,经过多次冲刷,就会积少成多,从而在路面裂缝中形成细料浆,久而久之,在行车载荷作用下,细料浆被逐渐压挤出裂缝,从而形成卿泥现象,这种现象在沥青路面和水泥混凝土路面中普遍存在,显然,路面结构层内自由水的水压力随行车载荷的增加而增大,同时冲刷量随行车反复作用次数而增加.基层的冲刷程度与进入路面结构层的水量大小有关,进入的水愈多,冲刷程度愈大,冲刷程度还与基层材料本身有关,材料中含有细料越多,冲刷愈严重.2006年05月第22卷第3期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science ) May 2006Vol 122,No 132 原材料和混合料组成性质211 原材料性质本试验所用的原材料有石灰,粉煤灰,主要技术性质见表1、表2.表1 粉煤灰化学成分及烧失量%SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3烧失量481248122212211212 混合料的配合比根据《公路路基基层施工技术规范》中无机结合料稳定土的建议配合比,并考虑到冲刷试验的可对比性,试验中对水泥土、二灰土、石灰土、二灰碎石、水泥粉煤灰碎石采用了常用配合比(见表3),同时为了比较相同配合比间粗细粒料对其冲刷性能的影响,本试验设计两种碎石级配形式(见表4).表2 熟石灰的物理化学性质(CaO +MgO )/%体积质量/(g ・cm -3)烧失量/%58152211623178表3 不同配合比下的混合料击实试验结果类型配合比最大干密度/(g ・cm -3)最佳含水量/%a :二灰土(空白)m (石灰):m (粉煤灰):m (土)=10:40:50114181815b :二灰土(2%水泥)m (石灰):m (粉煤灰):m (土)=10:40:50114431911c :石灰土(空白)m (石灰):m (土)=12:88116541519d :石灰土(2%水泥)m (石灰):m (土)=12:88116851617e :水泥土m (水泥):m (土)=5:95118231412f :二灰碎石(A )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:30:60116558114g :二灰碎石(B )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:30:60116498128h :二灰碎石(A )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:20:70118428124i :二灰碎石(B )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:20:70118318140j :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=5:25:70210429181k :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=6:24:702104610114l :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=8:22:702108510153表4 碎石级配表级配筛孔尺寸/mm3115199154175213601075A 100906549300B1009065493925213 基层材料的强度为了便于比较,试验时测定了上述各种配合比条件下基层材料的无侧限饱水抗压强度.试件在20℃条件下养生28d ,最后1d 浸水24h ,试件成型及强度测定均按规范中规定的方法进行,各组基层材料的抗压强度试验结果见图1.图1 各类型材料抗压强度结果3 基层材料的抗冲刷性能311 试验方法31111 试件的制备(1)试件形状、尺寸:采用高度与直径之比为1:1的圆柱体试件,对于稳定细粒土采用10cm ×10cm 的圆柱体试件,对于稳定粗粒土采用15cm×15cm 的圆柱体试件. (2)试件成型:按击实试验确定的最佳含水量和最大干密度成型试件,为了确保冲刷试验结果的准确性,无机结合料稳定细粒土每种配合比下平行成型6个试件,稳定粗粒土成型10个试件.(3)试件养生:试件的养生龄期与抗压强度测试中采用龄期相同,也为28d.冲刷试验前1d 在室温下浸水24h.31112 试验步骤(1)将饱水后的试件从水中取出,擦干表面的水分,称重.(2)把准备好的试件放入筒内,通过专用夹具将试件固定于筒底面.然后将自制塑料筒固定在振动台上(见图2).372 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第22卷图2 冲刷试验装置示意图 (3)向塑料筒中注入清水,水面高为试件高度的12.(4)开启振动台开始试验,第一次冲刷时间为3min ,以后每5min 为一个时段,当第一个时段冲刷完成后,将试验中冲刷下的细泥浆小心地倒入第一个金属盆中进行沉淀,然后重新向塑料筒中加入清水,继续作第二个时段的冲刷试验;做完后再将冲刷物倒入第二个金属盆中沉淀;如此进行,共做6个时段,共计28min.(5)将所有冲刷物沉淀8h 后将盆中上部的清水小心倒出,剩下的沉淀物放入烘箱中烘干,然后称重并记录试验结果.312 稳定细粒土基层材料试验结果与分析31211 试验结果对三种无机结合料稳定细粒土进行冲刷,试验结果见图3表明:图3 稳定细粒土冲刷曲线 (1)对于石灰土、二灰土、水泥土冲刷初期3min 冲刷量较大,饱水24h 后其表面非常薄弱,随着时间延长其冲刷量基本成线性增长.为了定量评价稳定细粒土的抗冲刷性能,按3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)不改变原配合比的石灰土与二灰土,添加2%水泥作为早强剂其冲刷量均有所降低,但影响并不十分明显.对于有早强剂的石灰土和二灰土其强度明显高于水泥土,但抗冲刷性能远不如水泥土,由此可见强度对稳定细粒土抗冲刷性有一定影响,但并非起决定性作用.(3)一般说来,在常用结合料剂量下,水泥土抗冲刷性能较好,其次为二灰土,石灰土较差.31212 试验结果分析无机结合料稳定细粒土抗冲刷能力的大小一方面取决于混合料中颗粒与颗粒之间的黏聚力的大小,就这一点而言,冲刷性与强度相关联;同时,还取决于结合料在细粒土中空间分布均匀程度.土中结合料在空间分布点多的稳定土的抗冲刷性能可能更好.313 稳定粗粒土基层材料试验结果与分析31311 试验结果对于稳定粗粒土的抗冲刷性能试验结果(见图4)可以得出:图4 稳定粗粒土冲刷曲线 (1)二灰碎石和水泥粉煤灰碎石的冲刷量均随时间的延长而成曲线增长;冲刷初期3min 内冲刷量随时间的延长增长较快,随着时间的继续延长冲刷量增长减缓,并趋于稳定.为了定量评价稳定粗粒土的抗冲刷性能,也采用3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)对于相同配合比的二灰碎石,级配A 比级配B 的抗冲刷性能明显增强,由于级配A 中细集料较少,可见细集料过多对抗冲刷性能是非常不利的.(3)本试验所采用的配合比,水泥粉煤灰碎石抗冲刷性能要明显好于二灰碎石.(4)对于相同集料含量的二灰碎石,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.31312 试验结果分析无机结合料稳定粗粒土的冲刷量随冲刷时间第22卷张敏江等:半刚性基层材料抗冲刷性能的研究373 的变化规律与稳定细粒土有很大的差异:在冲刷开始的阶段冲刷量较大,随着冲刷试件的延长冲刷量增长缓慢,并趋于稳定.无机结合料稳定粗粒土的强度构成中,颗粒之间的内摩阻力要占较大比例,所以与无机结合料稳定细粒土相比,其抗冲刷性能与抗压强度之间相关性也不同.对于混合料中集料级配相近的同种无机结合料稳定粗粒土来说,在其他条件不变的情况下,抗冲刷能力会随着结合料的增加而增强.一种无机结合料稳定粗粒土基层材料,其细颗粒之间黏聚力较小,而粗颗粒的骨架作用好.因而虽然它可能有很高的抗压强度,但其抗冲刷能力不一定好.相反有的基层材料由于级配不好,导致整体抗压强度不高,但因结合料用量稍大,细料之间黏聚力较大,其抗冲刷能力却会较好.总之,无机结合料稳定粒料土的抗冲刷性能与整体抗压强度相关性较小.4 结 论(1)无机结合料稳定细粒土的冲刷量随时间的延长而线性增长;稳定粗粒土的冲刷量随冲刷时间的延长呈曲线增长,早期增长速率大,后期增长速率缓慢.为了定量评价稳定细粒土及粗粒土的抗冲刷性能,按3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)在常用剂量的结合料,水泥土抗冲刷性能较好,其次为二灰土,石灰土较差.本试验所采用的配合比,水泥粉煤灰碎石抗冲刷性能要明显好于二灰碎石.对于相同集料含量的二灰碎石,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.(3)无机结合料稳定粗粒土的抗冲刷性能与抗压强度大小的相关联性要低于稳定细粒土.(4)半刚性基层材料的抗冲刷性能是评价路面路用性能的一项重要指标,对沥青路面的强度、使用质量和使用寿命都有十分重要的影响.笔者为设计具有良好的抗冲刷性能基层材料和合适的配合比提供了一定的参考.参考文献:[1] 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M ].北京:人民交通出版社,1999.[2] 沙庆林.高等级公路半刚性路面[M ].北京:中国建筑工业出版社,1993.[3] 张登良.加固土原理[M ].北京:人民交通出版社,1990.[4] 沙爱民,胡力群.半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法研究[J ].中国公路学报,2002(2):16-18.[5] 沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M ].北京:人民交通出版社,1998.[6] Bakkar W T.Production of Properties of Fly Ash [J ].North Dakota.University of North Dakota Grand forks ,1987(5):13-15.[7] Titticone P.Fly Ash for Hire[J ].Civil Engineering ,1991(10):46-49.[8] Diamond.Sidney.On the G lass Present in Low -Calci 2um and High Calcium Fly Ashes[J ].Cement and Con 2crete Research ,1983(13):459-464.[9] Alexandria.Virginia.S oil and Pavement Base Stabiliza 2tion with Self -Cementing Coal Fly Ash [M ].Ameri 2can :Coal Ash Association International ,1999.T he Study on the A nti 2brushing Perform ance of S emi 2rigid B ase C ou rseZHA N G M i n 2jiang 1,GUA N He 1,L IA N G Hong 2jie2(11School of Civil Engineering ,Shenyang jianzhu University ,Shenyang ,China ,110168;21Liaoning Guohua bidding Co.Ltd ,Liaoning ,110031)Abstract :In order to study the anti 2brushing performance ,an important index has an important effect on the strength ,performance and life of asphalt pavement.The brushing mechanism of semi 2rigid base course is an 2alyzed.This paper analyzes the effects of some factors on anti 2brushing performance by using a special device in the laboratory.With the result the author puts forward the main factor of anti 2brushing performance which is influenced by different style material and different gradation types.Meanwhile the anti 2brushing performance with the ratio of 1∶3between lime and fly 2ash is better than that of 1∶2.The rate of brushing in 10minute can be used to evaluate anti 2brushing performance of semi 2rigid base course.K ey Words :brushing Test ;semi 2rigid base course ;index ;gradation ;anti 2brushing performance374 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第22卷。
半刚性基层抗冲刷性能分析
半刚性基层抗冲刷性能分析摘要：文章分析半刚性基层的裂缝产生原因，大多数并非承载力不足引起，而是抗冲刷能力不足导致使用寿命缩短，进一步通过冲刷试验来分析基层抗冲刷性能特点，同时得出从冲刷试验到数据处理方面相关建议。
关键词：半刚性基层；抗冲刷性能半刚性基层材料的抗冲刷能力不足是在面层出现裂缝后导致路面使用寿命迅速缩短的另一个主要原因。
大量的工程实践表明，很多由基层引起的路面损坏并非承载力不足，而是由其他的原因所致。
其中。
半刚性基层材料抗冲刷能力的不足是加速路面破坏的重要因素之一。
国内外的调查和研究显示，由于基层材料的抗冲刷性不能满足要求而导致路面唧泥、碎裂的情况普遍存在，而且这种现象在沥青类路面和水泥混凝土路面中都有发生。
在行车荷载尤其是在吨位较大的重车作用下，自由水会产生非常大的动水压力，并使得基层材料中的细料部分会受到冲刷。
虽然每一次的冲刷量很小，但在行车重载的多次重复作用下就会积少成多，在面层与基层之间形成细料浆，随着细料浆的不断增加，再加上行车荷载的反复作用，细料浆被逐渐唧出面层的裂缝形成唧泥现象。
如果面层上的裂缝是由基层裂缝反射而引起的，那么，由于面层和基层的裂缝相互贯通，渗入路面的水还会很快地进入基层的内部，这样在冲刷过程中基层内部的细料同样会损失，这种情况使得路面唧泥现象更加严重。
基层一旦受到冲刷，必将导致面层与基层之间形成脱空现象，接下来便会进入恶性循环，路面破坏的进程也就会越来越快，破坏程度也会越来越严重，因此有必要对基层抗冲刷性能进行分析。
1机理分析1.1水泥稳定类基层材料水泥稳定土的抗冲刷性能，与其强度形成过程、材料组成物质及其空间结构有关。
水泥的主要成分有：硅酸三钙、铝酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、和硫酸钙。
水泥加入土中并被搅拌之后，水泥中的各个成分与土中所含的水分发生强烈的水解和水化反应，产生了碱性的硅酸钙、铝酸钙，这两种物质是水泥稳定土中主要的胶结成分，它们在土中随时间的推移逐渐硬化，从而形成水泥石骨架结构。
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收稿日期:2006-03-20基金项目:辽宁省自然科学基金(S JJ200401)作者简介:张敏江(1966-),男,教授,博士,主要从事路面结构研究.文章编号:1671-2021(2006)03-0371-04半刚性基层材料抗冲刷性能的研究张敏江1,关 贺1,梁鸿颉2(11沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168;21辽宁国华招投标有限公司,辽宁沈阳110031)摘 要:目的为了研究半刚性基层材料的抗冲刷性能.方法针对半刚性基层材料常见的冲刷病害,在分析其形成机理的基础上,在室内利用冲刷试验仪研究抗冲刷性能的影响因素.结果通过冲刷试验数据表明,无机结合料稳定粗粒土抗冲刷性能要明显优于稳定细粒土,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.结论半刚性基层抗冲刷性能主要与半刚性材料类型和配合比有关,在此基础上,提出了利用10min 内材料的冲刷速率作为半刚性基层材料抗冲刷性能指标.关键词:冲刷试验;半刚性基层;抗冲刷性能;指标;级配:U416 文献标识码:A 水泥、石灰和粉煤灰等无机结合料稳定半刚性基层材料在我国公路建设中被广泛地用作各级公路的基层或底基层.但半刚性基层材料,尤其是无机结合料稳定细粒土材料的抗冲刷能力不足时易引起路面的破坏.在路面结构中,基层是直接位于面层下的结构层次,主要起承重、扩散载荷应力和改善路基水温状况的作用,为此相关规范对基层在刚度和水稳性等方面提出了要求.国内外的调查研究表明,基层材料的冲刷及由之而产生的卿泥现象是经常存在的,这些现象均与半刚性基层材料组成特性有关,随着交通量和轴载的增加,这种破坏现象呈加剧的趋势.因此,近几年对如何评价半刚性基层材料的抗冲刷性引起了极大关注,法国道路局曾利用旋转刷进行冲刷试验,并得到了相关的研究结论,但该法并不能模拟路面的冲刷机理,存在着局限性;而国内对如何评价半刚性基层的抗冲刷性研究甚少,规范中对此也无具体规定.为此笔者针对半刚性基层材料的抗冲刷性,在分析国内外资料前提下,提出了半刚性基层材料抗冲刷性能的检验方法和指标.1 半刚性基层材料的冲刷机理半刚性基层材料的抗冲刷性能通常是指在动水压力的作用下材料抵抗水流冲击所表现的性能.当表面水进入路面结构层时,如果进入的水未能及时排出,而是滞留在面层与基层之间,就会导致基层局部潮湿甚至饱水;在行车载荷作用下,路面结构层内或基层材料中的自由水会产生相当大的水压力,这种有压力的水会冲刷基层材料的细料,一次冲刷的量是很小的,但在行车载荷的反复作用下,经过多次冲刷,就会积少成多,从而在路面裂缝中形成细料浆,久而久之,在行车载荷作用下,细料浆被逐渐压挤出裂缝,从而形成卿泥现象,这种现象在沥青路面和水泥混凝土路面中普遍存在,显然,路面结构层内自由水的水压力随行车载荷的增加而增大,同时冲刷量随行车反复作用次数而增加.基层的冲刷程度与进入路面结构层的水量大小有关,进入的水愈多,冲刷程度愈大,冲刷程度还与基层材料本身有关,材料中含有细料越多,冲刷愈严重.2006年05月第22卷第3期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science ) May 2006Vol 122,No 132 原材料和混合料组成性质211 原材料性质本试验所用的原材料有石灰,粉煤灰,主要技术性质见表1、表2.表1 粉煤灰化学成分及烧失量%SiO 2Fe 2O 3Al 2O 3烧失量481248122212211212 混合料的配合比根据《公路路基基层施工技术规范》中无机结合料稳定土的建议配合比,并考虑到冲刷试验的可对比性,试验中对水泥土、二灰土、石灰土、二灰碎石、水泥粉煤灰碎石采用了常用配合比(见表3),同时为了比较相同配合比间粗细粒料对其冲刷性能的影响,本试验设计两种碎石级配形式(见表4).表2 熟石灰的物理化学性质(CaO +MgO )/%体积质量/(g ・cm -3)烧失量/%58152211623178表3 不同配合比下的混合料击实试验结果类型配合比最大干密度/(g ・cm -3)最佳含水量/%a :二灰土(空白)m (石灰):m (粉煤灰):m (土)=10:40:50114181815b :二灰土(2%水泥)m (石灰):m (粉煤灰):m (土)=10:40:50114431911c :石灰土(空白)m (石灰):m (土)=12:88116541519d :石灰土(2%水泥)m (石灰):m (土)=12:88116851617e :水泥土m (水泥):m (土)=5:95118231412f :二灰碎石(A )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:30:60116558114g :二灰碎石(B )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:30:60116498128h :二灰碎石(A )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:20:70118428124i :二灰碎石(B )m (石灰):m (粉煤灰):m (碎石)=10:20:70118318140j :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=5:25:70210429181k :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=6:24:702104610114l :水泥粉煤灰碎石(A )m (水泥):m (粉煤灰):m (碎石)=8:22:702108510153表4 碎石级配表级配筛孔尺寸/mm3115199154175213601075A 100906549300B1009065493925213 基层材料的强度为了便于比较,试验时测定了上述各种配合比条件下基层材料的无侧限饱水抗压强度.试件在20℃条件下养生28d ,最后1d 浸水24h ,试件成型及强度测定均按规范中规定的方法进行,各组基层材料的抗压强度试验结果见图1.图1 各类型材料抗压强度结果3 基层材料的抗冲刷性能311 试验方法31111 试件的制备(1)试件形状、尺寸:采用高度与直径之比为1:1的圆柱体试件,对于稳定细粒土采用10cm ×10cm 的圆柱体试件,对于稳定粗粒土采用15cm×15cm 的圆柱体试件. (2)试件成型:按击实试验确定的最佳含水量和最大干密度成型试件,为了确保冲刷试验结果的准确性,无机结合料稳定细粒土每种配合比下平行成型6个试件,稳定粗粒土成型10个试件.(3)试件养生:试件的养生龄期与抗压强度测试中采用龄期相同,也为28d.冲刷试验前1d 在室温下浸水24h.31112 试验步骤(1)将饱水后的试件从水中取出,擦干表面的水分,称重.(2)把准备好的试件放入筒内,通过专用夹具将试件固定于筒底面.然后将自制塑料筒固定在振动台上(见图2).372 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第22卷图2 冲刷试验装置示意图 (3)向塑料筒中注入清水,水面高为试件高度的12.(4)开启振动台开始试验,第一次冲刷时间为3min ,以后每5min 为一个时段,当第一个时段冲刷完成后,将试验中冲刷下的细泥浆小心地倒入第一个金属盆中进行沉淀,然后重新向塑料筒中加入清水,继续作第二个时段的冲刷试验;做完后再将冲刷物倒入第二个金属盆中沉淀;如此进行,共做6个时段,共计28min.(5)将所有冲刷物沉淀8h 后将盆中上部的清水小心倒出,剩下的沉淀物放入烘箱中烘干,然后称重并记录试验结果.312 稳定细粒土基层材料试验结果与分析31211 试验结果对三种无机结合料稳定细粒土进行冲刷,试验结果见图3表明:图3 稳定细粒土冲刷曲线 (1)对于石灰土、二灰土、水泥土冲刷初期3min 冲刷量较大,饱水24h 后其表面非常薄弱,随着时间延长其冲刷量基本成线性增长.为了定量评价稳定细粒土的抗冲刷性能,按3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)不改变原配合比的石灰土与二灰土,添加2%水泥作为早强剂其冲刷量均有所降低,但影响并不十分明显.对于有早强剂的石灰土和二灰土其强度明显高于水泥土,但抗冲刷性能远不如水泥土,由此可见强度对稳定细粒土抗冲刷性有一定影响,但并非起决定性作用.(3)一般说来,在常用结合料剂量下,水泥土抗冲刷性能较好,其次为二灰土,石灰土较差.31212 试验结果分析无机结合料稳定细粒土抗冲刷能力的大小一方面取决于混合料中颗粒与颗粒之间的黏聚力的大小,就这一点而言,冲刷性与强度相关联;同时,还取决于结合料在细粒土中空间分布均匀程度.土中结合料在空间分布点多的稳定土的抗冲刷性能可能更好.313 稳定粗粒土基层材料试验结果与分析31311 试验结果对于稳定粗粒土的抗冲刷性能试验结果(见图4)可以得出:图4 稳定粗粒土冲刷曲线 (1)二灰碎石和水泥粉煤灰碎石的冲刷量均随时间的延长而成曲线增长;冲刷初期3min 内冲刷量随时间的延长增长较快,随着时间的继续延长冲刷量增长减缓,并趋于稳定.为了定量评价稳定粗粒土的抗冲刷性能,也采用3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)对于相同配合比的二灰碎石,级配A 比级配B 的抗冲刷性能明显增强,由于级配A 中细集料较少,可见细集料过多对抗冲刷性能是非常不利的.(3)本试验所采用的配合比,水泥粉煤灰碎石抗冲刷性能要明显好于二灰碎石.(4)对于相同集料含量的二灰碎石,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.31312 试验结果分析无机结合料稳定粗粒土的冲刷量随冲刷时间第22卷张敏江等:半刚性基层材料抗冲刷性能的研究373 的变化规律与稳定细粒土有很大的差异:在冲刷开始的阶段冲刷量较大,随着冲刷试件的延长冲刷量增长缓慢,并趋于稳定.无机结合料稳定粗粒土的强度构成中,颗粒之间的内摩阻力要占较大比例,所以与无机结合料稳定细粒土相比,其抗冲刷性能与抗压强度之间相关性也不同.对于混合料中集料级配相近的同种无机结合料稳定粗粒土来说,在其他条件不变的情况下,抗冲刷能力会随着结合料的增加而增强.一种无机结合料稳定粗粒土基层材料,其细颗粒之间黏聚力较小,而粗颗粒的骨架作用好.因而虽然它可能有很高的抗压强度,但其抗冲刷能力不一定好.相反有的基层材料由于级配不好,导致整体抗压强度不高,但因结合料用量稍大,细料之间黏聚力较大,其抗冲刷能力却会较好.总之,无机结合料稳定粒料土的抗冲刷性能与整体抗压强度相关性较小.4 结 论(1)无机结合料稳定细粒土的冲刷量随时间的延长而线性增长;稳定粗粒土的冲刷量随冲刷时间的延长呈曲线增长,早期增长速率大,后期增长速率缓慢.为了定量评价稳定细粒土及粗粒土的抗冲刷性能,按3～13min 内冲刷率(单位时间冲刷量)作为评价指标是合适的.(2)在常用剂量的结合料,水泥土抗冲刷性能较好,其次为二灰土,石灰土较差.本试验所采用的配合比,水泥粉煤灰碎石抗冲刷性能要明显好于二灰碎石.对于相同集料含量的二灰碎石,二灰比为1∶3要优于二灰比为1∶2的抗冲刷性能.(3)无机结合料稳定粗粒土的抗冲刷性能与抗压强度大小的相关联性要低于稳定细粒土.(4)半刚性基层材料的抗冲刷性能是评价路面路用性能的一项重要指标,对沥青路面的强度、使用质量和使用寿命都有十分重要的影响.笔者为设计具有良好的抗冲刷性能基层材料和合适的配合比提供了一定的参考.参考文献:[1] 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M ].北京:人民交通出版社,1999.[2] 沙庆林.高等级公路半刚性路面[M ].北京:中国建筑工业出版社,1993.[3] 张登良.加固土原理[M ].北京:人民交通出版社,1990.[4] 沙爱民,胡力群.半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法研究[J ].中国公路学报,2002(2):16-18.[5] 沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M ].北京:人民交通出版社,1998.[6] Bakkar W T.Production of Properties of Fly Ash [J ].North Dakota.University of North Dakota Grand forks ,1987(5):13-15.[7] Titticone P.Fly Ash for Hire[J ].Civil Engineering ,1991(10):46-49.[8] Diamond.Sidney.On the G lass Present in Low -Calci 2um and High Calcium Fly Ashes[J ].Cement and Con 2crete Research ,1983(13):459-464.[9] Alexandria.Virginia.S oil and Pavement Base Stabiliza 2tion with Self -Cementing Coal Fly Ash [M ].Ameri 2can :Coal Ash Association International ,1999.T he Study on the A nti 2brushing Perform ance of S emi 2rigid B ase C ou rseZHA N G M i n 2jiang 1,GUA N He 1,L IA N G Hong 2jie2(11School of Civil Engineering ,Shenyang jianzhu University ,Shenyang ,China ,110168;21Liaoning Guohua bidding Co.Ltd ,Liaoning ,110031)Abstract :In order to study the anti 2brushing performance ,an important index has an important effect on the strength ,performance and life of asphalt pavement.The brushing mechanism of semi 2rigid base course is an 2alyzed.This paper analyzes the effects of some factors on anti 2brushing performance by using a special device in the laboratory.With the result the author puts forward the main factor of anti 2brushing performance which is influenced by different style material and different gradation types.Meanwhile the anti 2brushing performance with the ratio of 1∶3between lime and fly 2ash is better than that of 1∶2.The rate of brushing in 10minute can be used to evaluate anti 2brushing performance of semi 2rigid base course.K ey Words :brushing Test ;semi 2rigid base course ;index ;gradation ;anti 2brushing performance374 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第22卷。