半刚性基层060807

半刚性基层

一、概述

1.半刚性基层发展和应用概况

60～70年代：石灰土——经济

70年代：开始应用二灰类，但碎石无级配

80～90年代：大量应用二灰稳定类，悬浮型结构90年代：同时应用二灰稳定类和水泥稳定类

2. 半刚性基层类型

基层类型：

（1）粒料类基层

（2）有机结合料稳定类——沥青稳定类

沥青稳定土

沥青碎石——沥青碎石、沥青贯入

沥青稳定碎石

沥青混凝土

（3）无机结合料稳定类——半刚性基层

此外还有刚性基层——混凝土、贫混凝土基层

半刚性基层类型：

（1）石灰稳定类

（2）水泥稳定类

（3）综合稳定类

（4）工业废渣稳定类

常用半刚性基层类型：

（1）二灰稳定类

二灰稳定碎石、二灰稳定砂砾——基层

二灰土——底基层

（2）水泥稳定类

水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾——基层

水泥土——底基层

水泥稳定砂、水泥稳定石屑等，水泥稳定中粒土——低等级公路基层

、高等级公路底基层3. 半刚性基层的特点

（1）优点

①强度高、承载力大、整体性好

②稳定性好（水稳性、冻稳性）

③刚度大

④对地方材料的质量要求较低

⑤就地取材，经济性能好

（2）缺点

①收缩系数较大、抗变形能力差

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

（3）特点

①较大的刚性、抗变形能力差

②弯拉强度控制设计

目前沥青路面设计中，采用劈裂强度

③环境温度和湿度对强度形成有很大的影响

④强度和刚度均随龄期增长、后期衰减并逐渐疲劳

（4）再认识——结论

①裂缝难以解决

②排水性能不好

③强度、模量会不断衰减

④抗车辙能力并不比柔性基层好

⑤对重载、超载交通敏感性大

⑥铺筑过程易提前开裂

⑦维修困难

养生时间长、破坏后无愈合能力，新老基层无法联结

⑧与沥青面层之间难以成为整体

⑨施工中表面处理困难

无法铣创或修补，浮灰难以清除

二、强度形成机理

1. 强度形成机理

（1）石灰稳定类

①离子交换作用

粘土凝聚（初期强度）

②结晶作用

形成含水CaCO3（CaCO3•nH2O），属晶体结构（后期强度）

③碳酸化作用

形成碳酸钙（后期强度）

④火山灰作用

形成含水硅、铝酸钙（主要的作用，中、后期强度）

（2）水泥稳定类

①离子交换作用

②水泥的水化作用和硬化作用

产生水泥石（主导性，全过程）

③水泥水解产物（Ca(OH)2）的作用——碳酸化作用，属次生的。

④化学激发作用

粘土矿物中的部分S i O2和Al2O3活性分子激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物即铝酸钙系列。

（3）二灰稳定类

主要是火山灰反应，在粉煤灰的表面进行，比较缓慢。

具体表现为：

①石灰与粉煤灰之间的火山灰反应

②石灰在水溶液中的解离作用

③石灰的结晶和碳化（碳酸化）作用

二灰碎石的强度形成

形成二灰稳定碎石混合料强度的另一个必要条件是压实。当混合料加水拌和后，应及时碾压，让上述的化学反应在压实了的混合料中进行，如果不压实，化学反应照常进行，但形不成网络结构，充其量反应后的混合料变为一堆具有一定水稳定性的松散集合体，没有强度，不能形成板体结构。

随着龄期的延长，水化产物在过饱和溶液状态下以微晶体形式析出，并由玻璃体表面伸展到二灰稳定碎石固相间的空隙，互相联生，形成二维的结晶体网状结构，且将固相颗粒联结成一整体，形成了很高的联结强度。火山灰反应是一个缓慢、长期的过程，这是使二灰稳定碎石混合料具有较高后期强度的根本原因。当二灰中的水化硅酸钙胶体析出之后，犹如水泥石一样，能将作为骨料的碎石紧紧地胶接在一起，形成一个坚实的整体，逐渐产生一定的强度。并且强度随着龄期的增长而增大。

2.强度形成过程

反应（作用）新生物凝胶晶体（结晶），这一过程是不断、连续地进行的（且长期的）

在一定时期内，原材料、新生物质凝胶和晶体几乎是同时存在的。

随着时间的延续，结晶体逐渐增多，强度和刚度不断增大。

半刚性材料逐渐由松散状态经过凝胶状态向结晶状态转化。

3. 强度形成过程中半刚性材料的力学特性

（1）强度、刚度和稳定性逐渐增大

（2）极限拉应变逐渐减小，即变形能力逐渐减少

（3）抗冲刷能力逐渐提高

（4）收缩系数逐渐增大

（5）应变控制应力控制状态

（6）抗剪强度逐渐失效

（7）对荷载大小的敏感性逐渐增大

4. 影响路用性能的因素

（1）强度、刚度

石灰稳定类——土质、灰质、石灰剂量、密实度、龄期、养生条件、温度（气温）

二灰稳定碎石

——骨架密实结构，强度的构成一般来自于3个方面：

①石灰和粉煤灰在水的作用下形成凝胶物质

②骨料的嵌锁（挤）作用

③结晶、凝胶物质

——悬浮型结构，强度来自于两个方面：

①结晶、凝胶物质

②结晶、凝胶与粘质和固定作用

影响因素：

①石灰和粉煤灰的比例

②石灰粉煤灰的总含量（结合料的用量）

③骨料的用量

④骨料的级配

（2）冲刷性能

①0.075mm以下颗粒的含量

②结合料用量

③结合料类型和性质

④混合料强度

⑤养生温度和湿度

⑥养生龄期

⑦浸水时间

⑧延迟压实、接触压力等

（3）疲劳特性

①初期强度

②细集料、粗集料、石灰、粉煤灰所占比例

③集料级配

（4）收缩性能

干缩随集料含量的增大而减小，但温缩有所增大。当集料含量为75％时，混合料收缩最小。