半刚性基层讲座

❖ 细集料砂当量的要求为＞50，砂当量试验主要是测定集料中的粘性土 或杂质含量，以评定集料的洁净程度。检测频率为1次/1000吨。
❖ 原材料的存放与堆放
混合料生产
❖ 水稳混合料通常的检测项目为水泥掺量、含水量、级配、7天无侧限 强度。
❖ 4.75mm筛孔通过率为30%－40%，0.075mm筛孔通过率为0－ 5%。其中，4.75mm筛孔通过率应接近中值，级配曲线最好为 S 型 。
1，在原材料试验室配比设计时应该严格执行强度标准，按中偏下控制； 2，满足强度标准的情况下，尽量少添加水泥； 3；材料配比尽量少用细料和粉料，形成骨架嵌挤结构；
向集料要强度，向集料的级配要强度，少向水泥要强度！
❖ 为减少基层裂缝，必须做到三个限制： ▪ 在满足设计强度的基础上限制水泥剂量； ▪ 在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量； ▪ 根据施工对气候条件限制含水量；
强度：
σ 抗拉<< σ抗压 抗拉强度远小于抗拉强度
半刚性基层的强度低限
1，基于上述考虑，结合实践经验，对半刚性基层设置了低限；
石灰稳定土： 二灰土： 水泥稳定土：
2，其他考虑：
（1）强度低限过低，为了满足结构要求，必然增加基层的厚度，设计不方 便、也很不经济；
（2）强度低限过高，必然增加结合料（水泥、石灰等）用量，不但不经济 ，而且可能带来其他问题；
材料疲劳理论：
σ << σ抗拉，裂缝
N
σ σ抗拉
= a∙N -b
模量E、抗拉强度σ抗拉、7d抗压强度σ抗压
1，第I、III象限不对称； 2，模量与强度呈现经验性规律； 3，为了便于施工控制，提出了7d
抗压强度指标；
σ抗压
σ抗压
E 抗压＝
ε
σ抗拉
E 抗拉＝
ε
σ抗拉
模量：
抗拉、抗压、回弹（切线、割线、动态……） E 抗拉≠ E 抗压
4，相对“疏松”，部分材料只是稳定在材料里面，析出的可能性很大；
水的冲刷作用使细集料流失 基层随着细集料的流失而发生 不可恢复的衰变；
局部放大图 结合料（水泥等）实际上并不 能“稳定”所有的颗粒
基层材料要求—试验室配比设计、材料生产控制
承载力要求
1. 强度3－5MPa 2. 控制水泥剂量<4.5％ 3. 依靠集料形成骨架提供强度； 4. 控制细料和粉料含量
施工注意事项
1原材料控制 2水泥稳定碎石的生产 3运输与摊铺 4碾压 5现场检测 6养生 7应急处理预案
原材料控制
❖ 水泥3天抗压强度的要求为16－20MPa，初凝时间为＞4h，终凝时 间为≥6h。检测频率为1次/300吨；
❖ 基层用碎石压碎值要求为≤28%，针片状含量要求为 ≤15%，针片状 含量采用游标卡尺法测定。
碾压组合
初压 复压 终压
碾压遍数 方式
碾压速度
二遍（静压） 1.5-1.6km/h
振动 频率
0
振幅 0
一遍 (低频高振)
两遍 （静压）
一遍 （高频低振）
1.9-2.1km/h 29HZ 2.6-2.8km/h 0 2.1-2.2km/h 32 HZ
2.1m m
0
1.2m m
无轮迹
3.2-3.5km/h
集料
❖ 压碎值应不大于28%； ❖ 针片状含量不大于15%；（游标卡尺法） ❖ 密度大于2.5t/m3； ❖ 坚固性不大于12%； ❖ 碎石中小于0.6mm的颗粒，液限小于28%，塑性指数＜9； ❖ 粒径4.75mm以下集料应进行砂当量试验，要求砂当量不小于
50，砂当量试验主要是测定集料中的粘性土或杂质含量，以评 定集料的洁净程度。检测频率为1次/1000吨 ；
共同构成主体混合料的主体结构，粗细集料比例的不同形成悬浮、骨架 密实或骨架架构； 粉料：（通过0.075mm）：
填充作用，使空隙率适中； 当0.075mm以下颗粒含量多时： 1，会直接导致基层半刚性体干缩应变系数偏大，产生裂缝的机率变大； 2，另外也会导致强度的降低； 0.075mm以下颗粒含量适中时： 1，适中的细集料存在可以增加混和料的强度； 2，通过压实使颗粒间紧密接触，适当的减少空隙； 3，使水泥硬化时混合料能够有效的胶结在一起，形成强度；
❖ 摊铺机摊铺速度为1m/min左右，禁止摊铺机停机待料，并保持一前 一后速度一致、摊铺厚度一致、 松铺系数一致、路拱坡度一致、摊铺 平整度一致、振动频率一致，保证纵向接缝的平整。
❖ 水稳基层的碾压应重叠1/2轮宽，且必须在水泥初凝前及试验确定的 延迟时间内完成，并一次碾压达到压实度要求，从外观来看，应没有 明显轮迹印。
❖ 具体要求水泥剂量： ▪ 基层不大于4.5％（具体按试验确定） ▪ 含水量根据天气及气温状况控制在最佳含水量的0％～ +2％范围内。
配比设计
水泥稳定碎石
级配 集料
水 水泥
级配 ：有何作用？ 集料：粗细集料 水：最佳含水量？ 水泥： 指标？剂量？
最大干密度，最佳含水量
水泥的要求
❖ 普通硅酸盐缓凝水泥 ❖ 禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其他受外界影响而变质的水泥。 ❖ 路面基层宜采用32.5级缓凝水泥，3天抗压强度达16～20MPa；水
基层模量
沥青面层与基层刚度相近； 可以共同承担荷载作用； 受力协调； 基层应与面层的刚度匹配， 是采用半刚性基层的一个重 要原因；
沥青面层与基层刚度相差大 ； 面层内的应力水平过高； 受力失调； 将造成沥青面层的严重损坏 ； 基层本身因为刚度过大而容 易断裂；
基层的刚度（强度）不宜过高
1，随着基层刚度的增大
1e6
1e7
1e8
1. 荷载作用下，基层底部出现拉应力；源自按照层状弹性体系假设计算:
σ = f(F, Ei,μi, hi) i=0，1,2,3….
第一强度理论：
1，σ < σ抗拉，不出现裂缝 2，σ > σ抗拉，裂缝
2. 荷载作用下，基层底部出现拉应力；
按照层状弹性体系假设计算:
σ = f(F, Ei,μi, hi) i=0，1,2,3….
细料的比表面积
1平米×6＝6平米
×8 1.5平米×8＝12平米
相同重量或体积的集料， 颗粒越细，表面积越大， 需要水泥浆裹覆的面积越 大；
水泥的用量有限的情况下 ，过多的细集料，意味着 颗粒间的粘结下降；
×64 0.375平米×64＝24平米
应该严格控制细集料的用 量，也就是级配中 4.75mm和0.075mm的 通过量；
i，结合料用量； ii，改变级配等；
追求高强度的误区
1，两个“担忧”： 1）对竣工验收弯沉值的检查引起了对强度的担忧； 2）对施工检测“取出完整芯样”的担忧；
2，一些应对 “措施”：
1）增加结合料（水泥）剂量；
a)可能导致基层强度过高； b)可能导致材料的收缩性增大； c)可能导致材料的温缩增大；
半刚性基层的技术关键
1，形成适当地强度
① 足够承受荷载的反复作用（疲劳强度）； ② 强度过大（收缩性强、脆性高），必然裂缝； ③ 规范建议的7d抗压强度范围：3～5MPa；
2，防止和减少开裂的发生
① 设计上采用合理级配、控制结合料的剂量； ② 施工中采用合理的工艺； ③ 养生湿度与温度控制；
3，提高抗冲刷能力
2）材料结构走向悬浮密实式；
a)改变粗细集料的比例； b)增加细集料和粉料用量；
级配与材料结构
粒径（mm ）
悬浮密实式（连续级配，富勒公式） 骨架嵌挤式（S 型级配，泰勒公式） 骨架密实式（间断级配，贝雷法等）
不同粒径集料颗粒的作用
粗集料（> 4.75mm ） 细集料（0.075－4.75mm）：
抗裂要求
1. 降低水泥剂量，降低水化反应影响； 2. 同时降低了刚度过大造成的收缩裂缝； 3. 降低细料和粉料含量，降低基层的失水率 4. 含水量不能过大
抗冲刷要求
1. 细料4.75mm通过率: 30－40％ 2. 粉料0.075mm通过率: 0－5％
小结
1，7天抗压强度范围：3～5MPa 2，强度低限3MPa，保证路面有足够的整体强度； 3，强度高限5MPa ，保证基层不至于开裂，减缓沥青层的“压力”；
沥青路面半刚性基层1-2-3
张宏超 博士 副教授
同济大学交通运输工程学院 2009年7月
半刚性基层（Bound Base）技术背景
1，优点：强度高、造价低；
1。水泥稳定土； 2。水泥、粉煤灰（石灰）稳定土； 3。石灰稳定土；
2，缺点：易开裂、易泛浆；
1。基层的横向收缩裂缝向上反射，形成路面对应位置的反射裂缝； 2。面层局部透水造成泛浆，进而导致局部沉陷；
1）沥青层内的剪应力水平升高，易出现严重车辙；
2）沥青层底的拉应力逐渐减小，直至出现压应力； 3）与此同时，在轮胎接地边缘位置出现强纵向剪切力，易出现top-
down表面开裂；
2，基层刚度期望值越大
1）其承重份额越大，自身的应力水平也越高，易发生断裂等损坏； 2）为了实现大刚度，必然导致材料设计的改变，产生各种不良后果；
基层刚度与沥青面层的应力
路面对荷载的响应力有限元计算
剪应力三维图示
TRUCK
面层 Asphalt
基层 Base
底基层 Sub-base
土基 Subgrad
1. 沥青路面结构 2. 路面力学有限元分析 3. 路面内剪应力分布图 4. 基层刚度变化的影响
沥青层内最大剪应力（MPa）
基层模量 沥青层底应力（MPa）
细集料含量与干缩的关系
细集料含量高，含水量高 施工养生期间失水量大，干缩量大
最佳含水量
细集料含量少，含水量少 施工养生期间失水量小，干缩量小
最佳含水量
收缩裂缝的位移法力学解释
水泥稳定碎石