半剛性道路基層材料組成設計與優化長安大學沙愛民內容水泥穩定類基層技術要點二灰穩定類基層技術要點水泥穩定碎石基層抗裂性問題二灰穩定類基層早強問題穩定類基層抗沖刷問題穩定集料基層配合比體積設計法路面基層一般要求應具有足夠的強度和穩定性；在冰凍地區應具有一定的抗凍性；應具有較小的收縮(溫縮及干縮)變形；較強的抗沖刷能力。路面基層類型材料組成—水泥穩定類、石灰粉煤灰穩定類、水泥混凝土類、瀝青穩定類、無結合料粒料類；力學行為—半剛性、柔性、剛性；結構組成—骨架密實結構、骨架孔隙結構、懸浮密實結構、均勻密實結構。各結構類型基層的特點懸浮密實型混合料中的粗集料用量一般在50％左右，細集料含量較多，抗彎拉性能較好，適用于各等級公路的基層和底基層。骨架密實型混合料中的粗集料用量一般在75％以上，細集料含量較少，壓實混合料的嵌擠強度較高，抗裂性、抗沖刷性較好，宜用于高速公路和一級公路的基層。骨架孔隙結構型混合料與骨架密實型混合料相比具有較高的孔隙率，適用于有較高路面內部排水要求的基層。均勻密實型混合料建筑費用較低，可用作二級及二級以下公路路面的基層或底基層，不能用作高速公路和一級公路的基層。水泥穩定類基層技術要點水泥穩定類基層技術要點概念與分類水泥土水泥砂水泥砂礫水泥碎石水泥穩定類基層技術要點原材料及其技術要求水泥－種類、終凝時間、標號集料－最大粒徑、級配土－塑性指數水泥種類普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥以及火山灰質硅酸鹽水泥均可用于水泥穩定土。快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥不宜使用。終凝時間宜選用終凝時間在6小時以上的水泥，以適應工藝要求。標號宜選用低標號或一般標號(如325、425)水泥。

集料最大粒徑要求集料顆粒徑愈大，拌和機、平地機和攤鋪機等施工機械愈易磨損，粗細集料愈易產生離析，鋪筑層的平整度也愈難達到要求。施工中應盡可能采用最大粒徑較小的集料，以適應機械施工。最大粒徑要求愈小，石料的加工量愈大。我國目前對公路路面所用集料的最大粒徑規定得較寬。集料級配要求級配狀況愈好，愈有利于取得好的穩定效果，且節約水泥。土的均勻系數應大于5。

土的塑性要要求適宜用水泥泥穩定的土土的范圍應應當是相當當寬，礫石石、砂、粉粉砂、細砂砂土、粉質質細砂土、、粉土、貧貧粘土、直直到重粘土土，都可以以用水泥穩穩定。但是，要達達到規定的的強度，水水泥劑量隨隨粉粒和粘粘粒含量的的增加而增增大。土質質過粘情況況下，因相相應穩定要要求所用水水泥的劑量量過高而不不經濟。因因此，對于于二級及其其以下等級級的公路用用水泥穩定定的土，液液限宜不大大于40，，塑性指數數宜不大于于17；對對于高級、、一級公路路，液限宜宜不大于25，塑性性指數宜不不大于6。。水泥穩定粒粒徑較均勻勻的砂時，，難于碾壓壓密實。宜宜在砂中添添加少量塑塑性指數小小于12的的粘性土(亞砂土)、或石灰灰土(土的的塑性指數數較大量)、或添加加20%～～40%的的粉煤灰以以改善土的的顆粒分布布。塑性指數大大于17的的土，宜采采用石灰穩穩定，或用用水泥和石石灰綜合穩穩定。水泥穩定類類基層技術術要點混合料組成成設計方法法（一）強度度標準確定定半剛性、剛剛性（二）原材材料檢驗（三）室內內試驗步驟驟水泥穩定類類基層技術術要點結構形成過過程水泥自身的的凝結硬化化作用水泥水化產產物與土之之間的作用用水泥穩定類類基層技術術要點路用性能及及技術參數數（一）強度度（二）變形形特性（三）體積積變化（四）壓實實特性影響水泥土土強度的因因素有土質質、水泥成成分和劑量量、成型含含水量、工工藝過程、、養生條件件等1.土質的的影響土的礦物成成分對水泥泥穩定土的的性質具有有重要的影影響。除有有機質或硫硫酸鹽含量量高的土以以外，各種種砂礫土、、砂土、粉粉土和粘土土均可用水水泥穩定，，但是穩定定效果不同同。要達到規定定的強度，，穩定土所所需水泥劑劑量隨粉粒粒和粘粒含含量的增加加而增高。。穩定重粘土土水泥用量量過高而不不經濟，并并且難于粉粉碎和拌和和。級配良良好的土用用水泥穩定定時，水泥泥用量低，，并可取得得滿意和穩穩定效果。。一般限定適適用范圍為為土的液限限不大于40，塑性性指數不大大于20。。2.水泥的的影響對于同一種種土，水泥泥礦物成分分是決定水水泥土強度度的主導因因素。在通通常的情況況下，硅酸酸鹽水泥的的穩定效果果較好，而而鋁酸鹽水水泥則較差差。當水泥的礦礦物成分相相同時，水水泥土的強強度隨著水水泥比表面面和活性的的增大而提提高。水泥土的強強度一般地地隨著水泥泥劑量的增增加，水泥泥土的強度度增加，不不存在最佳佳水泥劑量量。存在一一個經濟用用量。3.含水量量的影響當水泥穩定定土混合料料中含水不不足時，水水泥就要與與土爭水。。水泥正常常水化所需需要的水量量約為水泥泥重量的20%。水泥土的含含水量不適適宜時，也也不能保證證大土團被被粉碎和水水泥在土中中的均勻分分布，更不不能保證達達到最大壓壓實度的要要求。水泥土的含含水量-密密實度關系系與素土一一樣，對于于一定的壓壓實功能，，存在一個個能達到最最大密實度度的最佳含含水量。但但相應于最最大密實度度的最佳含含水量不一一定就是相相應于強度度最高的含含水量。一般對于砂砂性土，最最高強度的的含水量較較最佳密實實度的含水水量為小；；而對于粘粘性土，則則相反。4.成型工工藝影響水泥、土和和水拌和得得愈均勻，，水泥土的的強度和穩穩定性愈高高。拌和不不均勻會使使在水泥劑劑量少的地地方強度不不能滿足設設計要求，，而在水泥泥劑量多的的地方則裂裂縫增加。。從開始加水水拌和到完完成壓實的的延遲時間間，對水泥泥土的密實實度和強度度有很大的的影響。濕濕拌時間或或濕拌結束束后延遲壓壓實前的悶悶料時間過過長，水泥泥就會產生生部分結硬硬作用。這這一方面影影響到水泥泥土的壓實實度，從而而影響到強強度。規定定水泥土必必須在加水水拌和后2小時內壓壓實完畢。。5.養生條條件影響水泥穩定土土需要濕治治養生，使使在混合料料中能維持持足夠的水水分，以滿滿足水泥水水化的需要要。養生溫溫度愈高，，水泥土的的強度增長長得愈快。。水泥土的強強度隨齡期期而增長。。在初期1～2個月月期間內，，水泥土的的抗壓強度度與齡期的的對數間大大致呈直線線關系。直直線的斜率率取決于水水泥劑量、、養生溫度度、密實度度及壓實時時的含水量量。水泥穩定土土混合料延延遲成型時時間對干密度影影響水泥穩定土土不同延遲遲時間成型型的最佳含含水量、最最大干密度度試驗結果果表明：（1）在不不同水泥劑劑量下均隨隨著延遲時時間的增加加，水泥穩穩定土的最最佳含水量量在增大，，最大干密密度在降低低。并且，，隨著延遲遲時間的增增加，最大大干密度的的降低幅度度在增大。。（2）同一一種土，相相同延遲時時間條件下下，隨著水水泥劑量的的增加，最最大干密度度降低幅度度減小。混合料延遲遲成型時間間對抗壓強強度的影響響1）兩種土土質在不同同水泥劑量量下均隨延延遲成型時時間的加長長，7天齡齡期的抗壓壓強度降低低，并且，，強度損失失幅度隨延延遲成型時時間的加長長而增大。。2）同一種種土，相同同延遲時間間條件下，，隨水泥劑劑量的增大大，抗壓強強度仍增大大。但隨著著水泥劑量量的增大，，強度損失失幅度減小小。3）相同水水泥劑量和和延遲時間間條件下，，土－2的的強度損失失比土－1小得多。。二灰穩定類類基層技術術要點二灰穩定類類基層技術術要點概念與分類類二灰土二灰集料二灰砂礫二灰碎石二灰礦渣二灰穩定類類基層技術術要點原材料及其其技術要求求石灰－種類類、等級、、保存粉煤灰－種種類硅鋁型、高高鈣型；干干灰、濕灰灰－技術要求求活性成分含含量～硅、、鋁、鐵的的氧化物含炭量～燒燒失量細度～比表表面積集料－最大大粒徑、級級配土－塑性指指數二灰穩定類類基層技術術要點混合料組成成設計方法法（一）強度度標準確定定（二）原材材料檢驗（三）確定定混合料比比例原則1。石灰與與粉煤灰2。二灰與與土（四）室內內試驗步驟驟二灰穩定類類基層技術術要點結構形成過過程石灰的水化化解離作用用離子交換作作用與絮凝凝團聚作用用石灰與粉煤煤灰和土之之間的火山山灰作用石灰自身的的結晶與碳碳化作用二灰穩定類類基層技術術要點路用性能及及技術參數數（一）強度度（二）疲勞勞性質（三）體積積變化（四）耐久久性水泥穩定碎碎石抗裂性性問題水泥穩定碎碎石材料的的收縮性能能取決于材材料的組成成配比，合合適的材料料配合比可可以顯著地地減少結構構層的收縮縮和增加結結構層的抗抗裂性。水水泥穩定碎碎石的級配配和水泥劑劑量的變化化將影響其其溫縮、干干縮性。1、收縮試試驗研究方方案在進行收縮縮試驗研究究時，水泥泥穩定碎石石配合比方方案采用五五種級配、、三種水泥泥劑量。這這五種級配配是在原規規范規定級級配范圍內內的細化，，即原級配配范圍的上上限、中限限、下限和和上頂下底底以及下頂頂上底；三三種水泥劑劑量取常用用劑量即4％、6％％和8％。。2、水泥泥穩定碎碎石溫度度收縮特特性分析溫度度收縮系系數測試試結果，，可得出出以下規規律：1）各齡齡期材料料的溫度度收縮系系數隨溫溫度區間間的變化化規律無論是短短齡期還還是長齡齡期，總總體來看看，高溫溫區0℃℃～60℃的溫溫度收縮縮系數大大于低溫溫區-30℃～～0℃的的溫度收收縮系數數。并且且，隨著著溫度的的下降，，溫縮系系數有減減小的趨趨勢2）溫度度收縮系系數隨集集料級配配的變化化規律齡期相同同和水泥泥劑量相相同條件件下，根根據水泥泥穩定碎碎石基層層在低溫溫段、高高溫段和和總體上上的平均均溫度收收縮系數數變化情情況，可可以得出出平均溫溫度收縮縮系數大大小排序序如下：：上限-6＞從下下頂到上上底-6＞中限限-6＞＞從上頂頂到下底底-6＞＞下限-6（3）不不同齡期期而相同同配合比比的水泥泥穩定碎碎石材料料的溫縮縮規律從28天天齡期到到90天天，溫溫縮系數數增加明明顯，從從90天齡期期到180天，，溫縮系系數增加加幅度較較小。（4）相相同配比比、不同同水泥劑劑量的水水泥穩定定碎石材材料的溫溫縮規律律由水泥劑劑量與溫溫縮系數數的關系系曲線可可知，6％水水泥劑量量的溫縮縮系數最最小。在在相同同齡期條條件下，，隨著水水泥含量量的增加加，水泥泥穩定碎碎石中的的膠結物物含量增增加有正正反兩方方面效應應：膠結結物含量量增加產產生的材材料顆粒粒間的約約束和牽牽制作用用利于降降低材料料的溫縮縮系數；；膠結物物含量增增加帶來來的次生生礦物含含量的增增加傾向向于增加加材料的的溫縮系系數。所所以，在在某一水水泥劑量量如6％％時溫縮縮系數最最小。3、水泥泥穩定碎碎石干燥燥收縮特特性分析溫度度收縮系系數測試試結果，，可得出出以下規規律：1）水泥泥穩定碎碎石干燥燥收縮系系數隨含含水量的的變化規規律水泥穩定定碎石材材料的干干燥收縮縮系數隨隨含水量量的變化化是一近近似凸型型拋物線線，有一一最大干干燥收縮縮系數。。水泥穩穩定碎石石材料，，大約在在含水量量為1～～4％時時，干燥燥收縮系系數最大大。這一一變化趨趨勢也可可以從填填料的毛毛細管張張力作用用，吸附附水和分分子間力力作用以以及層間間水的收收縮力作作用的干干燥收縮縮效應得得到解釋釋。2）最大大干燥收收縮系數數對應含含水量與與配合比比的變化化關系最大干縮縮系數所所對應的的含水量量隨集料料變粗逐逐漸減小小。即：：上限-6＞從下下頂到上上底-6＞中限限-6＞＞從上頂頂到下底底-6＞＞下限-6。3）最大大累計干干縮應變變和平均均干縮系系數隨配配合比的的變化規規律累計干縮縮應變、、平均干干縮系數數按照:上限-6→從下下頂到上上底-6→中限限-6→→從上頂頂到下底底-6→→下限-6的順序在在逐漸減減小。由上限-6>中中限-6>下下限-6的規規律可見見，干縮縮性與集集料的級級配類型型也有一一定的相相關性。。至于從下下頂到上上底-6＞中限限-6＞＞從上頂頂到下底底-6，，說明由由小于0.075mm以下的填填料含量量所決定定的干縮縮力對干干縮系數數的影響響大于級級配類型型對干縮縮系數的的影響。。4）水泥泥穩定碎碎石材料料干縮系系數隨齡齡期增長長的變化化規律隨齡期的的增加，，同一配配合比的的水泥穩穩定碎石石材料的的干燥收收縮值在在變小。。5）水泥泥穩定碎碎石材料料干縮系系數隨水水泥劑量量的變化化規律相同齡期期，相同同配合比比的水泥泥穩定碎碎石材料料隨著水水泥劑量量的增加加，干縮縮系數增增大。二灰穩定定類材料料早強問問題二灰穩定定類基層層早強技技術分析析摻加水泥摻加粗骨料預拌悶料摻加早強劑早強劑原理堿對粉煤灰的的加速溶解作作用；堿性介質對強強度形成過程程的保證作用用；早強劑自身的的硬凝作用。。路面基層沖刷刷問題路面基層沖刷刷過程接縫、裂縫處處雨水下滲基基層頂面濕軟軟行車荷載作用用下唧泥面面層底面脫脫空彎彎拉應應力過大而破破壞唧泥原因：動動水壓力水泥混凝土路路面、瀝青混混凝土路面、、水泥混凝土土橋面沖刷破破壞在MTS上實現的沖刷刷試驗裝置試驗條件對抗抗沖刷性能的的影響規律（a）水泥土（b）水泥砂礫作用力相同、、作用頻率不不同條件下的的沖刷量隨時時間的變化試驗條件對抗抗沖刷性能的的影響規律（a）水泥土（b）水泥砂礫相同作用力和和作用次數條條件下沖刷量量隨頻率的變變化試驗條件對抗抗沖刷性能的的影響規律（a）水泥土（b）水泥砂礫作用頻率相同同、作用力不不同條件下的的沖刷量隨時時間的變化試驗條件對抗抗沖刷性能的的影響規律（a）水泥土（b）水泥砂礫相同作用頻率率和作用次數數條件下沖刷刷量隨作用力力大小的變化化綜合路面基層層實際沖刷狀狀態和室內試試驗的可實現現性和敏感性性，推薦標準準沖刷試驗條條件是：作用用力為0.5MPa，作用頻率為10Hz；作用總時段為為30min。穩定細粒土基基層材料試驗驗結果與分析析（a）石灰土（b）水泥土（c）二灰土穩定細粒土的的沖刷試驗條條件：0.5MPa10Hz穩定粗粒土基基層材料試驗驗結果與分析析（a）水泥砂礫（b）二灰砂礫（c）水泥碎石（d）二灰碎石穩定粗粒土的的沖刷試驗條條件0.5MPa；10Hz結論1．無機結合合料（石灰、、水泥、二灰灰）穩定細粒粒土的沖刷量量隨沖刷時間間的延長而線線性增長；穩穩定粗料土的的沖刷量隨沖沖刷時間的延延長呈曲線增增長，早期增增長速率大，，后期增長速速率減緩。2．無機結合合料穩定細粒粒土在相同時時段內的沖刷刷量均隨著結結合料劑量的的增大而減小小。常用結合合料劑量下，，二灰土、水水泥土較好，，石灰土較差差。相同水泥泥劑量與集料料級配條件下下，水泥或二二灰碎石的抗抗沖刷性能優優于石灰或二二灰砂礫。其其中，水泥穩穩定條件下該該規律更明顯顯。3．隨著壓實實度降低，半半剛性基層材材料的抗沖刷刷能力顯著下下降。4．透水性基基層材料一方方面具有良好好的抗沖刷能能力，另一方方面因大孔隙隙的影響，材材料結構強度度和整體性降降低。5．無機結合合料穩定粗粒粒土的抗沖刷刷性能與其抗抗壓強度大小小的關系不及及穩定細粒土土密切。穩定集料基層層配合比體體積設計計方法穩定集料基層層配合比體體積設計計法步驟（一）、集料料級配的確定定骨架密實型混混合料的集料料級配應按逐逐級填充方法法，通過試驗驗確定。（二）、集料料空隙率的確確定1、確定集料料的配合比根據設計級配配范圍及各規規格集料的級級配情況確定定集料的配合合比。如：1號料：2號號料：3號料料=w1：w2：w3(內摻配合比)2、測定各檔檔集料的視密密度和吸水率率按集料試驗規規程分別測定定各檔集料的的視密度,如如1號料、2號料、3號號料的視密度度分別記為ρ1、ρ2、ρ3，合成集料的視視密度ρ集料=1/(w1/ρ1+w2/ρ2+w3/ρ3)；按集料試驗規規程分別測定定各檔集料的的吸水率。如如1號料、2號料、3號號料的吸水率率分別為X1、X2、X3，則合成集料的的吸水率w集料=（X1*w1+X2*w2+X3*w3）/100。。3、測定集料料的堆積密度度以及壓實密密度測定按配合比比合成的集料料潤濕時堆積積密度PD、振實密度PZ4、計算集料的空空隙率集料堆積空隙隙率：VvD=(1-ρD/ρ集料)*100%集料振實空隙隙率：VvZ=(1-ρZ/ρ集料)*100%（二）、結合合料組成與密密度的確定對于石灰粉煤煤灰穩定集料料，根據經驗驗或通過不同同比例的二灰灰強度試驗確確定石灰、粉粉煤灰之間的的比例。通過擊實試驗驗測定上述比比例條件下的的二灰的最大大干密度Dmax二灰和最佳含水量量w二灰（三）、混合合料重量配合合比的確定1、石灰、粉粉煤灰的用量量計算混合料中二灰灰用量的體積積百分率（Vv二灰）應在集料的的堆積空隙率率（VvD）與振實空隙率率（VvZ）之間，設計時時可按振實空空隙率（VvZ）計算，即取Vv二灰=VvZ。試拌試鋪時若若發生離析或或攤鋪困難時時可增大二灰灰用量，但最最大體積百分分率不應大于于集料的堆積積空隙率（VvD）。1m3混合料中二灰灰的重量W二灰=1×Vv二灰×Dmax二灰根據二灰之間間的比例可計計算出Dmax二灰中石灰W石灰和粉煤灰重量量W粉煤灰。2、集料用量量計算按振實密度（（VvZ）計算單位體積積混合料集料料的重量。1m3混合料中集料料的重量W集料=1×ρZ其中，1號料W1=W集料×w1/1002號料W2=W集料×w2/1003號料W3=W集料×w3/1003、混合料的重量量配合比按1m3混合料集料、二灰灰的用量確定其質質量百分比。即：：二灰質量百分率w二灰=W二灰/（W二灰+W集料）×100%集料質量百分率w集料=W集料/（W二灰+W集料）×100%石灰質量百分率w石灰=W石灰/（W二灰