抗裂型水泥穩定碎石基層(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 動：重型SYL8重型擊實試驗:100振動擊實實驗振動：重型SYL10重型擊實試驗:100振動擊實實驗振動：重型由上表的實驗結果可以看出，振動壓實的最大干密度與重型擊實確定的最大干密度關系為：ρ振動擊實：ρ重型擊實=～。（1）最大干密度、最佳含水量對比分析。針對上述幾個項目分別采用振動壓實法和重型擊實法進行配合比設計的水泥穩定碎石混合料，，其結果反映，振動法確定的最佳含水量均小于重型法確定的最佳含水量，、可以看出，兩種方法對最佳含水量產生的影響并不大，甚至有時會被試驗誤差掩蓋；振動法確定的最大干密度均大于重型擊實法確定的最大干密度。振動壓實之所以有好的壓實效果，是由于其壓實機理與靜力壓實不同，壓實材料形成的結構力學性能也比靜力壓實的效果好。振動壓實的機理可歸結為以下兩點：①對材料施加沖擊力，使被壓材料間的摩阻力由靜摩擦狀態進入到動摩擦狀態，材料間的摩阻力減小，而且由于共振的作用，被壓材料的受迫運動最大，材料最易被壓實；②振動使集料有個重新移動尋找位置的過程，在這個過程中集料相互填充，使材料更密實，形成骨架密實結構。而重型擊實則是通過使材料產生剪應力，使材料產生塑性變形，迫使顆粒互相靠近到更穩定的位置。靜力壓實時顆粒間的摩阻力阻止顆粒進行大范圍的運動，而且隨著靜荷載的增加，顆粒間的摩擦力增加，因此會產生極限的壓實效果，無限地增加靜荷載反而會破壞材料結構。（2）靜壓法與振動法成型試件強度比較試驗證明振動壓實方式下水泥穩定級配碎石混合料最佳含水量減少，最大干密度增加，且級配能達到骨架密實結構，在此條件下，強度相比靜力壓實也有較大變化。，在水泥劑量相同情況下，振動成型試件7天無側限抗壓強度比靜壓成型有較大提高。水泥穩定級配碎石混合料在振動作用下形成骨架—密實結構，這時集料間由于嵌擠作用產生的內摩擦阻力和結合料與骨料的粘結力較大，因此這種結構具有較高的承載能力和穩定性。而靜力壓實下，在材料松散狀態時可以迫使混合料的顆粒相互靠近，如果要繼續壓實就得繼續增大壓力，必須使靜力壓實引起的應力超過材料的剪切破壞應力，才有可能使材料發生進一步的相互錯動，而相應的材料間的摩擦阻力也要繼續增大，這時所有的受力都落到粗集料上，迫使粗集料破碎以達到進一步的密實穩定狀態。這種壓實導致粗集料減少，大的顆粒只能懸浮在細顆粒之間，不能形成骨架，結構中結合料和骨料的粘結力形成了強度的主體。從這兩種結構下氣體占體積率來看，振動成型由于水的潤滑作用，材料易于移動，形成的氣孔較小且分布均勻，有利于強度的提高，而靜壓法由于摩擦力較大，氣孔分布不均勻且大小不一。大的氣孔減小了材料的抵抗荷載的有效斷面而強度減小。而分布均勻細小的氣孔對材料強度的影響是很小的，因此振動法成型的試件強度和穩定性優于靜力法成型的試件。（3）靜壓法與振動法成型試件比較分析，靜壓法試件振動法試件 振動成型和靜壓成型試件剖面圖I由上圖比較可以看出，振動法成型試件結構密實，粗集料分布均勻排列緊密，粗骨料間被細集料及膠結料填充密實，混合料形成一個整體結構。而靜壓法成型試件肉眼可以觀察到小的孔洞，部分粗集料為被細集料及膠結料充分包裹。由此可以看出，振動法成型試件效果優于靜壓法。（4）試件吸水率大小比較，振動成型試件的吸水率遠小于靜壓法成型試件的吸水率。吸水少，說明試件密實，進而說明振動法成型試件密實性較好。（5）芯樣外觀對比。 昆明機場連體芯樣內蒙沿黃一級路芯樣 芯樣照片由以上照片可以看出，水泥穩定級配碎石施工完成后芯樣可完整取出，從取出芯樣來看，芯樣上下均勻，骨架密實性良好，無明顯的松散現象，這說明了采用振動壓實方法設計的混合料整體的密實和均質性。通過以上幾個實體工程的水泥穩定碎石配合比的設計及結果分析，可以得出以下幾點結論：⑴振動壓實和重型擊實兩種比較，振動法得出的混合料密度較大，密實性較好。⑵相同級配、相同水泥含量下，～。⑶水泥劑量相同，振動成型試件無側限抗壓強度遠大于靜壓法成型的試件。且振動法成型試件與靜壓法成型試件相比，振動成型試件集料分布均勻、密實、吸水率小。⑷從混合料無側限抗壓強度、抗裂能力、混合料密實均勻性考慮，振動成型水泥穩定碎石混合料綜合路用性能優于靜壓法成型水泥穩定碎石混合料。⑸相對于重型擊實法，振動壓實法設計的水泥穩定碎石混合料在滿足強度基礎上，同時抗裂能力優于前者，而且還降低了水泥劑量，有利于節約工程的造價成本。半剛性基層施工中以壓實度、7d抗壓強度和級配做為控制指標，實際施工中其性能指標均滿足設計要求，但在實際使用過程中卻總是會出現斷裂、水損害等較嚴重的問題，由此可以推斷是基層在路面結構中的受力方式發生了改變，某些部位應力集中導致基層產生破壞。分析其原因可能為采用分層施工工藝時，在層間界面可能存在受力薄弱層，在拉應力作用下產生滑移或分離，基層受力由整體受力變為多薄層受力所致。水泥穩定級配碎石基層施工采用的方法分為以下幾種：（1）整體一次性施工。整體一次性施工不受層間的影響，基層處于完全連續狀態。養生期間，水泥穩定碎石必須有足夠的水分。碾壓結束后，立即采用土工布覆蓋，視天氣情況，及時灑水，保證基層在714d內處于潮濕狀態，使基層能夠很好的形成強度。此狀態為整體狀態。（2）分層施工。分層施工分為分層連續施工和分層間斷施工。分層間斷施工時，為達到滿足要求的壓實度，必然會對已成型下層造成松散 等惡性擾動，這成為薄弱夾層形成的原因。下層施工后，如不注意養生、清掃，在上一層施工時，會在兩層的接觸部位造成一薄層松散層，也就是受力薄弱層?？梢哉J定接近光滑狀態。分層連續施工時，受層間影響較小，上下層間連接效果相對較好。成型上層時對下層造成的擾動為良性擾動，與拉毛處理效果相同。此工藝在施工時必須嚴格控制時間，因此，在此工藝下施工應要求水泥凝結時間符合要求以保證施工質量。分析此狀態為介于連續狀態與光滑狀態之間。下面通過計算分層施工情況下幾種狀態下層間的應力、應變情況，分析整體與分層施工的優缺點。我國目前路面結構設計有兩個指標：層底拉應力指標和路面彎沉指標。前者采用彈性層狀體系計算方法計算層底拉應力，通過檢測混合料間接抗拉強度并通過疲勞試驗得出疲勞方程再經過修正來建立設計期末層底拉應力與初期層底拉應力的關系；后者是評估路面總體性能的指標，主要是通過對全國50多條公路的長期觀測數據進行統計分析而得。路面各層厚度和模量的不同，會導致層間所受剪應力和壓應力的不同。剪應力通常是導致層間脫層的主要原因之一。本計算對這些因素進行簡單分析（1）計算的理論體系彈性層狀體系，假設條件：體系是由作用在半無限基礎或者半空間上均勻厚度水平層組成。在水平方向上各層可以無限延伸。各層均為均質材料和各向同性。材料都是彈性，其應力應變關系是線性的。（2）荷載圖式 采用雙圓荷載圖式進行計算（3）計算參數標準軸載BZZ100標準軸載BZZ100標準軸載P（Kn）100單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）輪胎接地壓強P(MPa)兩輪中心距（cm）選用《瀝青路面設計規范》中的參數，對應路面結構為： 4Cm AC13+6CM AC20+8CM AC25+35CM水泥穩定碎石半剛性基層+土基各層參數采用常用值（1400，1200，1000，1500MPa），其中土基選用常用模量40MPa，泊松比由上到下依次為：,，水穩層分兩層進行計算，采用15+20cm，計算分為完全連續， 半連續和完全滑動四種狀態，通過改變層的剪切彈性柔量實現。計算水穩層間剪應力。（4）計算結果 （從左到右分別為輪胎中心，輪胎內邊緣，雙輪中間）完全連續的受力（MPa）位置層底橫向拉應力層底縱向拉應力豎向剪應力層底豎向壓應力輪胎中心輪胎內邊緣雙輪中間0半連續狀態受力（MPa）位置層底橫向拉應力層底縱向拉應力豎向剪應力層底豎向壓應力輪胎中心輪胎內邊緣雙輪中間0完全滑動受力（MPa）位置層底橫向拉應力層底縱向拉應力豎向剪應力層底豎向壓應力輪胎中心輪胎內邊緣雙輪中間0計算結果的簡要說明：，壓為正，拉為負。文中豎向壓力取絕對值既可?！拜喯?/4”處為受力最大位置的說法，但那是對應于我國瀝青路面設計的完全連續狀態，與本次計算結果也是相一致的。但完全滑動狀態不能按這個進行分析，要各個點進行分析。，層底由受壓轉變為受拉，與常識和經驗一致。但對剪應力的影響并不算很大。壓力基本上保持不變。為分析水泥穩定級配碎石耐久性，取混合料成型中梁試件進行疲勞試驗，試驗過程如下：（1）；%，最大干密度，最佳含水量。 混合料級配設計表試樣類型水泥穩定碎石試驗用途淮息固科研篩孔(mm)礦料規格(mm)合成級配級配中值建議級配范圍0~33~55~105~2020~30（%）(%)(%) 100 ~100 90 ~100 19 72 ~89 47 ~57 29 ~39 17 ~27 8 ~15 0 ~ 配比305172919100　　　　 混合料級配曲線（2）用靜壓法成型中梁試件，尺寸為100mm100mm400mm，試件分兩組成型：第一組，一次成型；另一組分層成型，先成型下半層，尺寸為100mm50mm400mm，養生7天后，再成型上半層，尺寸為100mm50mm400mm，層間不做處理。第一組梁模擬現場厚層整體施工，第二組模擬現場分層施工。單層成型梁試件的制作兩層成型（3）養生條件為：25℃177。2℃，相對濕度大于95%。試件養生27天后，浸入25℃水中飽水24h。兩種方式成型試件抗彎拉強度試驗結果見下表:。 水泥穩定級配碎石混合料抗彎拉強度28d彎拉強度（MPa）Rs SCv（%）n第一組9第二組9（4）疲勞試驗條件：按四分點方式加載，恒應力控制模式，荷載頻率10HZ試驗見下圖，環境箱溫度25℃。整層成型和分層成型試件疲勞壽命（荷載作用次數）見下表。 疲勞試驗結果第一組序號1234567荷載作用次數9987668638678965439873689264774981368739序號8910111213荷載作用次數9527386739756927597472624785875643第二組序號1234567荷載作用次數589465253512743190128653479序號8910111213荷載作用次數4777584485379546273987水泥穩定級配碎石用作高等級路面基層時，其厚度一般都大于20cm，需分層鋪筑，《公路路面基層施工技術規范》（JTJ0342000）中規定：基層分層施工時，下基層成型、碾壓完畢后，至少需要養生7d的后再鋪筑另一層。這樣由于分層就會存在很多問題。上層施工時重車在下層水穩通行上層施工時，大量大噸位運輸車在強度尚未充分形成的下基層上行走，極易造成下基層強度的早期損傷，導致基層下部結構散裂、細觀裂縫隙發育、強度形成不夠充分。 層間處理措施層間處理方法多采用人工清掃后灑布水泥漿的方法進行，在處理過程中存在以下兩個問題：①工人清掃不徹底，在層間存在缺陷；②層間處理采用人工灑布水泥漿或者直接灑布水泥，再噴水進行稀釋的方法，如上圖，水泥漿灑布不均勻，粘結力不夠，層間連結效果差甚至不連結。（1）由層間狀態計算結果，基層層間狀態對基層使用性能影響明顯，從連續狀態到光滑狀態，拉應力增加明顯?；鶎雍穸仍黾訉е聦拥讖澙瓚p小，從而提高基層使用壽命。（2）室內成型梁試件，疲勞試驗結果整層成型梁試件荷載重復次數遠大于分層成型試件，整層成型試件耐久性好于分層成型試件。（3）分層施工存在施工周期長，質量缺陷多等缺點，不利于質量控制。近年來，高等級公路路面的基層大多采用水泥穩定級配碎石基層，傳統的施工工藝是分兩層鋪筑，由于受天氣變化、設備故障等不可預見因素的影響，分層施工工藝主要存在以下缺陷：⑴分層鋪筑本身已違背設計本意，受力由設計的整體層受力，變成了兩到三個薄層分別受力，影響了基層的整體強度；⑵層間水泥漿灑布不均勻，粘結不夠時，會引起層間分層現象，水滲入層間引起唧漿、坑槽等破壞，這是造成瀝青混凝土路面早期損壞最主要的原因之一； 半剛性基層路面的破壞⑶分層過多，水泥穩定碎石基層施工工期長，相應增加了管理成本。根據《公路路面基層施工技術規范》（JTJ0342000）：“水泥穩定土結構層應