公路路面基层技术讲座 PowerPoint Presentation

一、立项背景
大背景 :公路建设快速发展。 减少路面早期损坏，延长路面使用寿命。
供车辆安全、平稳行驶
面层 基层
主要起承重作用
路基
基层是公路路面的主要 承重层, 基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。
立项背景
半刚性 基层
拌合、摊铺 压实、养生
其他类型 基层, 15%
半刚性基 层, 85%
水泥
砂石材料
抗裂性不足 导致面层 反射裂缝
冲刷能力 不足导致面层
唧浆、松散
强度不足 导致面层 疲劳破坏
强度问题
?半刚性基层的可设计强度值域很 宽:0.5~12MPa
?半刚性基层材料的强度不仅靠结合料的剂量, 更应要靠良好的集料级配.
?在一定条件下可以做到高强又不开裂. ?高强度半刚性材料应该是结构设计的要求的
各种试件，其中包括用于测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和抗压 回弹模量的圆柱体试件和用于温缩系数、干缩系数、抗折强度以及抗 折回弹模量测试的梁式试件。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试件制作步骤 五、注意事项及相关说明
半刚性基层材料收缩系数 测定方法
? 机测法和利用振弦传感器法 ? 应变片电测法及测试系统的组成 ? 半刚性基层材料温缩系数测定方法研究 ? 半刚性基层材料干缩系数测定方法研究 ? 半刚性基层材料温缩系数测定方法 ? 半刚性基层材料干缩系数测定方法
f——振动频率（Hz）
w——角速度(r/min)；
F——振动器的激振力(N)；
α ——偏心块的夹角(°)；
A——名义振幅（mm）；
a——振动加速度（g）；
me——下车系统的重量（下车重量+压头重量+下车配重）。
振动法、静压法含水量变化情况对比
反映了振动压实功与静力压实功的一致性。
振动法、静压法集料破碎情况对比
? 同样应力比条件下，半刚性基层比普通沥青 面层具有更长的疲劳寿命。 ?半刚性基层的长寿命
应力比
半刚性基层材料 沥青混合料
lgNf
路面基层一般要求
?应具有足够的强度和稳定性； ?在冰冻地区应具有一定的抗冻性； ?应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形； ?较强的抗冲刷能力。
材料组成设计目标
?材料组成设计目标——多指标： 适宜强度 较小收缩 较小冲刷
材料进行振动压实试验，以确定这些材料的含水量 —干密度关系 曲线，确定其最佳含水量和最大干密度。试验集料的最大粒径应 控制在31.5mm以内，最大不得超过37.5mm。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试验步骤 五、计算及制图
振动法成型试件试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于采用振动压实方法成型无机结合料稳定粒料的
19 16 13.2
31.5
9.5
4.75
100
90
80
70 率(%)
60
分 百
过
50 通
2.36
40
30
筛孔尺寸(mm)
原始级配
振动法级配
20 击实法级配
振动压实的优点：级配的保持、变异性的减小，与现场压实状态的一致性
振动法、静压法集料破碎情况对比
静压法
振动法
振动法确定压实标准试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于在室内对水泥、石灰、石灰粉煤灰稳定粒料土基层
A ? F / m e w 2 a ? Aw 2 / g
式中：m1——活动偏心块的重量(kg)； h1——活动偏心块的厚度(m)； r1——活动偏心块的半径(m)； R——偏心距(mm)；
Байду номын сангаас
m2——固定偏心块的重量(kg)； h2——固定偏心块的厚度(m)； r2——固定偏心块的半径(m)； ρ ——钢的密度；
室内振动压实成型设备示意图
室内振动压实机
振动参数之间关系
m 1 ? ?? r1 2 h 1 m 2 ? ?? r 2 2 h 2
w ? 2? f 2
f 2 ? m 2 Rw 2 f 1 ? m 1 Rw 2
F ? 2 f 1 2 ? f 2 2 ? 2 f 1 f 2 cos( 180 0 ? ? )
结果,而且应该是有界限的.
水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量
土类
级配良好的 砾石 -砂- 粘 土，砂或砾 石
粉质砂， 砂质粘土
粉质 -砂质 粘土，级 配差的砂
粉土，粉质 粘土，级配 很差的砂
重粘 土
7d 无侧限抗压强度 （MPa ）
弯拉模量（× 103MPa）
＞2.8 ～10.5 1.7 ～ 3.5
或+ 或
石灰
工业废渣
其他类型 基层, 5%
半刚性基 层, 95%
半刚性基层
其他类型基层
图1 各级公路基层类型
半刚性基层
其他类型基层
图2 高速公路基层类型
半刚性基层在我国 应用极广， 占到基层用量的 85%（各 级公路基层）至 95%（高速公路基层）以上。
沥青路面早期损坏成因的“内忧外患”
? 超载问题?
振动压实
? 振动压路机原理及现有室内振动 压实成型设备状况
? 室内振动压实成型设备的研制 ? 室内振动压实设备振动压实规律
研究 ? 振动法确定压实标准试验方法 ? 振动法成型试件试验方法
振动压路机结构
振动压路机结构示意图
室内振动压实机结构
1—手动葫芦 2—机架 3—导向柱 4—上车系统 5—偏心块 6—减振块 7—下车系统 8—压头 9—钢模套环 10—钢模 11 —钢模底盘 12—传动轴 13—电动机 14—变频器
7～21
7
0.7 ～1.7 0.35 ～1.05 ≤0.7
3.5 ～7
＜3.5
1.4
水泥剂量（干土重 %） ≤5
7
9
10
≥13
收缩开裂问题
?温度或干燥收缩是材料的“天性”。 ?及时的保湿养生可以避免干燥收缩裂缝。 ?控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂可
能。
水泥石和集料的收缩系数
成分
水泥石
集料
花岗岩
玄武岩
石灰石
白云石
砂岩
收缩系数（×10-6） 10～20 7～9 6～8 6 7～10 11～12
冲刷问题
? 半刚性基层表面的非紧密联结的细料在动水压力泵 吸作用下的脱离是形成冲刷的主要原因。
? 不产生或减小冲刷途径： 减少细料含量 增加结合强度 消减动水压力
疲劳问题
?半刚性基层材料是一应力敏感性材料： 疲劳曲线较为平缓 ?超载对半刚性基层的寿命影响要更大于沥 青面层
? 施工质量问题 ?
? 路面结构设计方法问题 ? 路面结构类型（半刚性基层沥青路面） 设计理论体系（指标与方法）
半刚性基层的“问题”
?强度高且容易开裂 ?半刚性基层容易发生水损坏 ?半刚性基层的耐久性需要考证
? 半刚性基层何去何从?
立项背景
半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在下列突出问题。