1半剛性基層材料的性能
用水泥﹑石灰﹑粉煤灰等無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土或處治碎（礫）石以及用各種水硬性材料結(jié)合料的工業(yè)廢渣修筑的基層叫半剛性基層。通常包括石灰土﹑石灰粉煤灰（簡稱二灰）﹑石灰粉煤灰（簡稱二灰土）﹑水泥土等以細(xì)顆粒組成的材料和以石灰土﹑石灰粉煤灰﹑水泥等結(jié)合料組成的材料。
1.1熱脹特性
半剛性基層材料的宏觀熱脹性是其固﹑液﹑氣三相熱學(xué)性質(zhì)相互作用綜合效應(yīng)的外觀表現(xiàn)。原材料除粉土礦物外，一般具有較小的脹縮系數(shù)，而新生膠結(jié)合物具有較大的熱脹系數(shù)。各種形式的水通過擴(kuò)張作用，毛細(xì)管壓力作用和冰凍作用，對其凍脹性產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。當(dāng)含水量接近最佳含水量時，半剛性基層材料的溫度收縮系數(shù)呈現(xiàn)最大值。 來源：考試大
1.2干燥特性
半剛性基層材料的干燥收縮主要是通過毛細(xì)管張力作用，吸附水及分子間力作用﹑層間水作用和硫化作用4個過程而引起整體宏觀的收縮。 采集者退散
半剛性基層材料處于相對濕度和溫度不斷變化的環(huán)境，而相對溫度又與濕度成反比。因此，半剛性基層的溫度收縮與干燥收縮一般同時發(fā)生，而且往往產(chǎn)生相反效應(yīng)。處于平衡含水量狀態(tài)的半剛性基層材料，隨著內(nèi)部溫度的進(jìn)一步降低，含水量會有所上升。所以其脹縮率是溫度與濕度相互作用的綜合效應(yīng)。
半剛性基層一般在高溫季節(jié)中建成，成型初期內(nèi)部含水量大，且未被瀝青面層封閉。此時基層內(nèi)部的水分必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮。同時，環(huán)境溫度也存在晝夜溫差，所以，修建初期的半剛性基層同時受到干燥收縮和由晝夜溫差引起的溫度脹縮疲勞作用的綜合效應(yīng)，這個階段是以干燥收縮為主，溫度收縮為輔的綜合過程。經(jīng)過一定齡期的養(yǎng)生，半剛性基層鋪筑瀝青面層后，由于基層內(nèi)相對濕度增大，使材料的含水量有所回升且趨于平衡，這個時期半剛性基層的收縮主要是溫度收縮。
對于含土較多的材料以干縮為主，對于含集料較多的材料以溫縮為主。
1.3疲勞特性
半剛性基層材料模量隨齡期的增長而不斷增長，這種基層早期具有柔性路面的力學(xué)特性，當(dāng)環(huán)境適應(yīng)時，其強度和剛度都會隨時間的增長而增強，但其最終抗彎拉強度和彈性模量還是遠(yuǎn)小于剛性基層。半剛性基層的強度不僅與材料品種有關(guān)，而且與試驗及養(yǎng)生條件有關(guān)。對水泥穩(wěn)定材料強度主要受級配組成﹑粉粒含量﹑粘粒含量﹑水泥劑量影響；石灰粉煤灰穩(wěn)定材料主要受土的類別﹑塑性指數(shù)﹑粒料及配合比影響。半剛性基層結(jié)構(gòu)與柔性路面相比，具有強度高﹑穩(wěn)定性好﹑剛度大﹑整體性好等優(yōu)點。其不足之處是脆性大﹑抗變形能力差。當(dāng)我們在半剛性基層上鋪筑較薄的瀝青面層時，由于瀝青對溫度的敏感性，以及在疲勞荷載作用下，半剛性基層裂縫便反應(yīng)到面層上形成反射裂縫。
2半剛性基層裂縫機(jī)理
半剛性基層材料的裂縫主要產(chǎn)生于其溫度收縮﹑干燥收縮和疲勞荷載作用。
2.1溫度收縮機(jī)理
溫度收縮機(jī)理半剛性基層的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定料是由固相（組成其空間骨架的原材料的顆粒和其間的膠結(jié)料）﹑液相（存在于固相表面與空隙中的水和水溶液）和氣相（存在空隙中的氣體）組成。無機(jī)結(jié)合料溫度材料的外觀脹縮性是三相在降溫過程中相互作用，使無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料產(chǎn)生體積收縮即溫度收縮。一般氣相大部分與大氣貫通，在綜合效應(yīng)中影響較小，可以忽略；原材料中砂礫以上顆粒的溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫度收縮性較大。
無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料固相大部分為結(jié)晶和部分非結(jié)晶體，其熱學(xué)性質(zhì)有質(zhì)點間的鍵性和熱運動以及結(jié)構(gòu)組成所決定。
組成晶體的質(zhì)點間的鍵性一般較強，質(zhì)點的勢運動只能在其平衡位置附近熱震蕩。晶體的勢能曲線是不嚴(yán)格對稱的左陡﹑右緩的復(fù)雜曲線。在一定溫度下，晶體質(zhì)點有一定的動能，質(zhì)點在r′和r″間作震蕩，平均間距為r0=（r′+ r″）/2。因此勢能曲線在最低點不對稱，熱振動趨向于勢能增加小的方向移動更大的距離。當(dāng)材料系統(tǒng)在環(huán)境中得到熱能時，平均間距r0右移，質(zhì)點間距離溫度升高而增大。
無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定料內(nèi)部廣泛分布有大空隙、毛細(xì)孔和膠凝孔。自由水存在于大空隙中，毛細(xì)水存在于毛細(xì)孔和膠凝孔中，結(jié)合水存于一切固體表面，層間水存在于晶胞和凝膠物層間，結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水存在礦物晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部。
無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料溫縮性受組成礦物單元的含量比例﹑結(jié)構(gòu)強度及各組成礦物單元的影響。水是影響此材料溫度收縮的主要因素，特別是在非飽水狀態(tài)時影響較大。水對無機(jī)結(jié)合料的影響主要通過擴(kuò)張作用﹑毛細(xì)管張力和冰凍作用實現(xiàn)。相對而言，對石灰影響最大，對二灰影響次之，對水泥類影響最小。
2.2干燥收縮機(jī)理
干燥收縮是無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料內(nèi)部含水量變化而引起體積收縮的現(xiàn)象。其基本原理是由于水分蒸發(fā)而發(fā)生的毛細(xì)管張力作用﹑吸附水及分子間力作用﹑礦物晶體或凝膠體的層間水作用﹑碳化脫水作用而引起的整體的宏觀體變化。
半剛性基層材料毛細(xì)管中水的彎液面存在毛細(xì)管張力，以壓力的形式作用于毛細(xì)管壁，其大小與毛細(xì)管的半徑成反比。當(dāng)水分蒸發(fā)時，毛細(xì)管水面下降，彎液面的曲率半徑變小，致使毛細(xì)管壓力增大，從而產(chǎn)生收縮。
毛細(xì)水蒸發(fā)完結(jié)后，隨著相對濕度的繼續(xù)減小，半剛性基層材料的吸附水開始蒸發(fā)，使顆粒表面水膜變薄，顆粒間距離變小，分子力增大，導(dǎo)致其宏觀體積進(jìn)一步收縮。其收縮量要比毛細(xì)管作用的影響大得多。當(dāng)吸附水膜減薄到一定程度后，收縮量逐漸減小，直至終止收縮。
半剛性基層材料中有大量層狀結(jié)構(gòu)晶體或非晶體，如粘土礦物﹑C-S-H凝膠﹑C-A-H結(jié)晶體等，其層間夾有大量的層間水與水化離子。隨著相對濕度的進(jìn)一步下降，層間水蒸發(fā)，致使晶格間距減小，從而引起整體收縮。
半剛性材料中Ca(OH)2和CO2反應(yīng)生成Ca-Co2析出水而引起體積收縮。
因此，無機(jī)結(jié)合料（指灰土﹑二灰﹑水泥）的礦物成分對分散影響最大；集料增加對水的作用減小；齡期增加，強度增高，可是干縮降低。可見初期養(yǎng)生不良或非含水量太大，必將導(dǎo)致很大干縮。
2.3疲勞破壞機(jī)理
在正常使用情況下，由于半剛性基層材料的抗拉強度遠(yuǎn)小于其抗壓強度，在車輛荷載﹑溫濕應(yīng)力的重復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)層低的彎拉應(yīng)力（應(yīng)變）超過其疲勞強度（它較一次荷載作用的極限小得多）時，基層底便產(chǎn)生裂縫，并逐漸向表面發(fā)展。這種裂縫開始大都是細(xì)而短的橫向開裂，以后逐漸擴(kuò)展成網(wǎng)狀，其開裂程度和范圍也逐漸擴(kuò)大，甚至導(dǎo)致面層破壞。
結(jié)構(gòu)層達(dá)到臨界疲勞狀態(tài)時所承受的荷載重復(fù)作用次數(shù)為疲勞壽命。其大小主要取決于所受到的重復(fù)應(yīng)力（應(yīng)變）的大小，同時與結(jié)構(gòu)層的環(huán)境因素有關(guān)。
3裂縫的開裂模式
橫向裂縫是半剛性基層瀝青面層破壞的主要形式，它包括瀝青面層本身的低溫收縮裂縫﹑溫度疲勞裂縫﹑半剛性基層收縮反射性開裂及土基土壤收縮引起的開裂等許多復(fù)雜情況，是多種因素綜合的結(jié)果。這些裂縫主要發(fā)生在降溫過程中，而溫度應(yīng)力是最直接的原因。
非荷載性模式主要考慮溫度的變化對結(jié)構(gòu)開裂產(chǎn)生的影響。其基本假定為：
（1）路面為雙層無限長狹條結(jié)構(gòu)，瀝青面層為h，半剛性基層厚度為H；
（2）面層和基層內(nèi)的溫度分別用平均溫度來表示，基層平均溫度與面層平均溫度之差為△T；
（3）基層與面層相互傳遞的力矩不計。
材料的抗裂性能用抗裂指數(shù)R表示。
R面=[σ面]/｛∫T0T1a瀝(T)•S瀝(T)dT｝
R基 =[σ半]/ ｛∫T0T1+△T a半(T)•S半(T)dT｝
式中：a瀝(T)﹑a半(T)分別為瀝青面層混合料和半剛性基層的溫縮系數(shù)，1/℃；S瀝(T)﹑[σ面]分別為瀝青面層混合料的勁度模量和抗拉斷裂強度，MPa；S半(T)﹑[σ半]分別為半剛性基層材料的抗拉模量和抗拉極限強度，MPa；T0﹑T1為各結(jié)構(gòu)層平均溫度的起止值。
當(dāng)R<1時，結(jié)構(gòu)層抗拉不足而開裂；當(dāng)R=1時，結(jié)構(gòu)層處于抗拉極限狀態(tài)；R>1時結(jié)構(gòu)層能抵抗溫度應(yīng)力而不開裂。
繪制R-T曲線，確定面層及基層開裂時的初始溫度T面和T基，由T面與T基的相互關(guān)系即可確定半剛性基層路面3種不同開裂模式。即若T面﹤T基，則基層先裂；T面=T基，則基層與面層同時開裂；T面﹥T基，則面層先開裂。
各種不同因素對路面結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理、效果不同，但其應(yīng)力可以疊加。對路面產(chǎn)生的裂縫模式仍然與溫度收縮作用相同。
4防止措施
綜合以上分析，半剛性基層瀝青路面的反射裂縫形成有復(fù)雜的原因，與材料性能﹑結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計﹑溫濕循環(huán)﹑車輛荷載疲勞作用以及施工工藝有關(guān)。其防治是一項復(fù)雜的工作，必須根據(jù)相關(guān)因素做出全面考慮，采取切實可行的措施才能取得預(yù)期的效果。
（1）選擇合理面層材料。面層瀝青應(yīng)選用勁度模量大﹑溫度敏感性能低的瀝青或改性瀝青，采用一定級配的集料，必要時可在瀝青混合料中加土工合成材料以提高其韌性，減少瀝青面層自身溫濕效應(yīng)并增強對基層可能形成反射裂縫的預(yù)防。
（2）選擇合理基層材料。對半剛性基層無機(jī)結(jié)合料，應(yīng)通過試驗確定其最佳組成，以便使其抗裂性能盡量符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的要求，必要時可加入早強劑以提高早期強度，增大其彎拉強度而使彎拉模量變化不大，減弱溫濕效應(yīng)，提高耐用性，增強拉裂性能，減少基層自身裂縫或使其不產(chǎn)生裂縫。
（3）進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計。在路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計方面，可通過修路試路段的方法提出適合地區(qū)特征的典型路面結(jié)構(gòu)模式，確定最佳瀝青面層厚度。使結(jié)構(gòu)組合在力學(xué)上合理，所選用的瀝青面層厚度不至太薄而足以抵抗基層裂縫反射對面層的影響，又不至于太厚而失去經(jīng)濟(jì)上的意義。設(shè)置10～15cm處治碎石上基層對吸收和消弱半剛性基層裂縫尖端應(yīng)力和應(yīng)變，減少和延緩反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展具有較好的效益。
（4）保持面層功能完備。面層施工中，對于多層瀝青層結(jié)構(gòu)，在多面層之間鋪設(shè)土工織物等進(jìn)行面層整體強度補強，增強面層自身的抗裂能力，保持瀝青路面面層本身功能的完備性以減弱基層反射裂縫影響也是一種行之有效的方法。
（5）防止基層開裂。在基層施工中，應(yīng)注意濕治養(yǎng)生并及時做封層處理以防止基層初期破壞和干縮裂縫產(chǎn)生，在基層采用預(yù)留縫(縫深不小于1/2板厚)，在縫處鋪設(shè)土工織物防止不規(guī)則裂縫產(chǎn)生。確定基層的壓實度并充分注意其壓實的均勻性，防止基層不均勻沉陷而導(dǎo)致開裂。對于已發(fā)生初期裂縫的基層應(yīng)全面而詳細(xì)地調(diào)查，如果裂縫較嚴(yán)重，則應(yīng)采取切割﹑開挖的辦法并利用合適的材料重新鋪設(shè)基層；如果裂縫輕微則可采用在基層頂面沿路幅全幅鋪設(shè)土工織物或瀝青橡膠應(yīng)力吸收薄膜的措施。當(dāng)基層不預(yù)留縫時，可以采取與裂縫輕微的相同辦法進(jìn)行防治。
（6）施工注意事項。作為防治半剛性基層瀝青路面反裂縫重要措施的土工織物的應(yīng)用，在施工中應(yīng)注意清除鋪設(shè)層面的雜物，并使其鋪設(shè)牢固﹑順直﹑搭接合理(一般10～20cm為宜)﹑粘層油溫度適中，避免人為或施工機(jī)具對其損壞而達(dá)不到預(yù)期效果。而對瀝青橡膠，在施工中應(yīng)重視瀝青的稠度，橡膠粉的品種﹑細(xì)度和含量，攪拌溫度與時間，并與施工方法密切結(jié)合，切忌在潮濕的半剛性基層上直接鋪瀝青橡膠應(yīng)力吸收薄膜，應(yīng)在基層鋪一層下封層并使其干燥以保證其質(zhì)量。
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