公路路面基层课件.ppt
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1、基层路基面层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。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、平稳行驶主要起承重作用+拌合、摊铺水泥 或石灰砂石材料或工业废渣 半刚性基层压实、养生 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。 图1 各级公路基层类型 图2 高速公路基层类型立项背景沥青路面早期损坏成因的“内忧外患” 超载问题? 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
2、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。强度问题 半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.512MPa 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结果,而且应该是有界限的.土土 类类级配良好的级配良好的砾石砾石- -砂砂- -粘粘土,砂或砾土,砂或砾石石粉质砂,粉质砂,砂质粘土砂质粘土粉质粉质- -砂质砂质粘土,级粘土,级配差的砂配差的
3、砂粉土,粉质粉土,粉质粘土,级配粘土,级配很差的砂很差的砂重粘重粘土土7d7d无侧限抗压强度无侧限抗压强度(MPaMPa)2.82.810.510.51.71.73.53.50.70.71.71.70.350.351.051.050.70.7弯拉模量(弯拉模量(10103 3MPaMPa)7 721217 73.53.57 73.53.51.41.4水泥剂量(干土重水泥剂量(干土重% %)5 57 79 910101313水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量 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。成分成分
4、收缩系数(收缩系数(1010-6-6)水泥石水泥石10102020集料集料花岗岩花岗岩7 79 9玄武岩玄武岩6 68 8石灰石石灰石6 6白云石白云石7 71010砂砂 岩岩11111212水泥石和集料的收缩系数 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 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 路面基层一般要求 应具有足够的强度和
5、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 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 室内振动压实成型设备示意图室内振动压实机结构 室内振动压实机1211h
6、rm2222hrm22fw211Rwmf222Rwmf)180cos(220212221ffffF2/wmFAegAwa/2式中:m1活动偏心块的重量(kg); m2固定偏心块的重量(kg); h1活动偏心块的厚度(m); h2固定偏心块的厚度(m); r1活动偏心块的半径(m); r2固定偏心块的半径(m); R偏心距(mm); 钢的密度; f振动频率(Hz) w角速度(r/min); F振动器的激振力(N); 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)。振动参数之间关系振动法、静压法含水量变化情况对比反映了振动压实功与
7、静力压实功的一致性。振动法、静压法集料破碎情况对比振动压实的优点: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各种试件,其中包括用于测试无侧限
8、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 1计算机 2接口线 3接线柱 4应变仪 5屏蔽线 6环境箱 7试件 8应变片 收缩系数测试系统应变片电测法收缩系数测定系统 1温度补偿片 2温度补偿应变片 3屏蔽线 4接线柱 5应变仪 6测试应变
9、片 7试件 收缩系数测试接线示意 应变片电测法收缩系数测定系统温缩系数测定试验温缩系数测定方法一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所形成的半刚性基层材料的温度收缩性能通常用温度收缩系数表征。材料的温度收缩系数是指下降单位温度条件下,材料产生的收缩应变量。本试验方法适用于在室内测定半刚性基层材料的温度收缩系数。二、仪器设备三、试料准备四、成型标准确定五、试件制备六、试件养生七、试验步骤八、计算各具体温度区间的温度收缩系数 一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所形成的半刚性基层材料的干燥收缩性能通常用干燥收缩系数表征。材料的干燥收缩系数是指减少单位含水量
10、条件下,材料产生的干燥应变量。本试验方法适用于在室内测定半刚性基层材料的干燥收缩系数。 二、仪器设备三、试料准备四、成型标准确定五、试件制备六、试件养生七、试验步骤八、计算某一具体含水量区间的干燥收缩系数:干缩系数测定方法半刚性基层材料冲刷试验方法 现有试验方法的分析与评价 利用MTS试验机研究抗冲刷试验方法 抗冲刷试验设备的研制 半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法 现有设备状况1钢桶 2试件 3水 4配重 5振动台顶面 6振动台 法国振动台试验装置 澳大利亚振动台试验装置 1旋转刷 2试件法国旋转刷试验装置 1钢桶 2水 3混凝土垫块 4试件 5振动台顶面 6振动台利用MTS进行冲刷试验压头向
11、下运动压头向上运动利用MTS进行的冲刷试验结果水泥土(6%)05010015020025030051015 202530时间(分钟)冲刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ水泥砂砾(6%)0510152025303540455 10 15 20 25 30时间(分钟)冲刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ图4-18 水泥砂砾(6%)、水泥土(6%)在相同作用力相同时间不同频率下冲刷曲线水泥土(6%)050100150200510 15 20 25 30时间(分钟)差刷量(克)0.3MPa1
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