半刚性基层材料温缩性能对比试验研究
1引言
我国高等级沥青路面的基层或底基层多采用半刚性基层材料，强度高、稳定性好、抗冲刷能力强是半刚性基层的突出优点。但是，半刚性基层对于温度和湿度变化较为敏感，极易产生温缩和干缩裂缝，而且这些裂缝会扩展到沥青面层，产生反射裂缝。反射裂缝的存在不仅会影响路面的整体性和连续性，降低道路服务水平；而且会导致路表水进入路面结构内部不能排除，使路面产生结构性破坏，缩短路面使用寿命。相关研究已表明：高速公路沥青路面半刚性基层的裂缝主要是温缩裂缝，因此，研究半刚性基层的温缩性能对防止沥青路面早期反射裂缝具有重要的意义。
我国目前半刚性基层种类较多，但缺乏对不同半刚性基层温缩性能系统的研究分析。本文对水泥稳定碎石、二灰稳定碎石、三灰稳定碎石及水泥粉煤灰稳定碎石等四种常用半刚性基层混合料的温缩性能进行了系统的对比研究，对路面结构半刚性基层类型选择和温缩裂缝的防治具有一定的指导意义。
半刚性基层材料温缩性能对比试验
研究
冯平均
（石家庄市公路桥梁建设集团，河北石家庄050025）
摘要；半刚性基层的温缩裂缝会导致路面产生反射裂缝，严重影响路面结构的性能。不同类型的半刚性基层，若组成材
料不同，则温缩性能也存在差异。通过对四种不同的半刚性基层材料90d的温缩系数进行量测和分析，结果表明：水泥用量
是影响半刚性基层温缩性能的主要因素，四种材料抗温缩性能优劣排序为：二灰碎石>三灰碎石>水泥粉煤灰稳定碎石>水泥
稳定碎石。
关键词：半刚性基层；温缩裂缝；温缩系数
中图分类号：U416.1文献标识码：A文章编号：1002-4786（2011）07-0043-03
DOI：10.3869/j.issn.1002-4786.2011.07.011
Contrast Test for Temperature Shrinkage Property of
Semi-Rigid Base Materials
FENG Ping-jun
（Shijiazhuang Road&Bridge Construction Group，Shijiazhuang050025，China）
Abstract：The temperature shrinkage crack of semi-rigid base will cause reflection crack in pavement and affect the performance of pavement structure seriously.The temperature shrinkage properties
of different semi-rigid bases differ from each other because of material composition.By measuring and analyzing the90day temperature shrinkage coefficient of four semi-rigid base materials，the result shows that the content of cement is the main influencing factor of temperature shrinkage property of
semi-rigid base，and the preferential order of these materials is that lime-fly ash macadam>lime-ce-
ment-fly ash macadam>cement and fly ash stabilized macadam>cement stabilized macadam.
Key words：semi-rigid base；temperature shrinkage crack；temperature shrinkage coefficient
43
表5
不同半刚性基层碎石级配
筛孔尺寸（mm ）
31.5
19.09.5 4.75 2.36 1.180.60.75级配上限（%）采用级配（%）级配下限（%）100100100
9889.581
706152
504030
382818
2718.510
20136
73.50
表6
四种基层材料配合比
基层材料名称
配合比水泥稳定碎石
二灰稳定碎石水泥粉煤灰稳定碎石
三灰稳定碎石
水泥∶碎石=5∶95石灰∶粉煤灰∶碎石=6∶14∶80水泥∶粉煤灰∶碎石=4∶8∶88水泥∶石灰∶粉煤灰=2∶6∶14∶88
表1
石灰物理化学性质
CaO （%）
MgO （%）筛余量（%）
0.75mm 筛余
0.125mm 筛余
钙质消石灰
60.1
3.2
0.32
11.08
项目
材料项目
3d 强度（MPa ）28强度（MPa ）初凝时间
（h ）
终凝时间（h ）
安定性细度（%）
抗折
抗压
抗折
抗压
测定值
5.522.79.343.2 5.42
6.67合格
5.4
表2
水泥各项指标
表3
粉煤灰物理化学性质
SiO 2（%）Al 2O 3（%）
Fe 2O 3（%）
烧失量（%）
细度（%）
0.3mm 筛余
0.075mm 筛余
粉煤灰
49.127.2 6.5 5.9 2.725
表4
碎石技术指标
矿料
压碎值（%）
含泥量（%）
表观密度（g/cm 3）
10mm ～30mm 5mm ～10mm 0～5mm
18.1--0.2150.283- 2.7432.7012.779
2原材料及级配2.1
原材料
本文试验所用的原材料包括有：石灰、水泥、
粉煤灰和集料等，所采用的原材料各项技术性能指标均满足《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—
2000）的要求。各原材料的技术指标如下。2.1.1石灰
石灰是三灰稳定碎石和二灰稳定碎石的主要稳定材料。本试验的石灰为赞皇县生产的Ⅱ级优质钙质消石灰，其各项物理化学性质指标如表1所示。
2.1.2水泥
本试验的水泥取自工地现场，为鹿泉东方鼎鑫
水泥有限公司生产的“鼎新牌”32.5普通硅酸盐水泥，各项指标如表2所示。
2.1.3粉煤灰
粉煤灰是三灰稳定碎石、二灰稳定碎石以及水泥粉煤灰稳定碎石中主要的稳定材料，试验用粉煤灰是取自西柏坡热电厂的干粉煤灰，粉煤灰的各项物理化学性质指标如表3所示。
2.1.4集料
本试验所用的石灰岩碎石取自施工工地，共有
三种规格，分别为：10mm ～30mm 、5mm ～10mm 和
0～5mm ，各项技术指标见表4。2.2级配
2.2.1四种基层材料碎石级配
为增加不同半刚性基层混合料的可比性，本试验中各种半刚性基层材料级配均采用级配中值，均通过筛分逐级回配得到，具体级配如表5所示。
2.2.2不同基层材料配合比
本试验的四种半刚性基层的材料配合比根据规
范确定，结果如表6所示。
3试验及分析
3.1试验方法3.1.1制备试件
采用重型击实试验确定四种半刚性基层混合料的最佳含水量、最大干密度，依此计算混合料的装模质量，称取各集料质量，拌和均匀后，装入钢模并在压力机上静力压实成型，钢模尺寸为400mm ×
100mm ×100mm ；成型5h ～6h 后在脱模机上脱模，然
后放入标准养护室养护至规定龄期。
3.1.2温缩试验方法
试件标准养生至90d ，养生期前一天饱水24h 。
本试验用电阻应变片测试试件的温缩系数，测试时先将两侧烘干，贴上应变片，接到电路中，将环境箱先升到最高温度（30℃），然后恒温2h ，以后每2h 降温10℃，当各温度段应变片的数据稳定后（每2h 后），读取相应的数据，直到最终温度（-30℃）。
半刚性基层的温缩性能常采用温缩系数αT 指标表示，温缩系数指的是降低单位温度时材料的线收
项目
材料44
表7
半刚性基层温缩试验结果
材料类型代号各温度区段评价收缩系数（×10-6/℃）
123456
最大值
平均值
30℃～20℃
20℃～10℃10℃～0℃0℃～-10℃-10℃～-20℃-20℃～-30℃
水泥稳定碎石二灰稳定碎石水泥粉煤灰稳定碎石
三灰稳定碎石
A B C D
15.998.5813.2610.27
13.525.2012.747.41
11.917.0210.928.19
21.8413.2620.1816.77
9.595.338.977.54
16.648.1914.5612.61
21.8413.2620.1816.77
14.957.9313.9110.53
※
※
※
※
※
※
※
A C D B
25
201510500
1
2
3456
7
温度区段
温缩系数（×10-6/℃）
图1
温缩系数曲线
最大温缩系数平均温缩系数
25
20151050
温缩系数（×10-6/℃）
A
B
C
D
半刚性基层类型
图2四种半刚性基层温缩系数柱状图
缩系数。例如当温度从T 1变到T 2时，测定材料的温度收缩应变为Δε，该温度段的平均温度收缩系数αT 为：
αT =ΔεΔT
+βS
式中：ΔT ———温度变化值；
Δε———
对应于ΔT 时应变的变化值；βS ———
温度补偿片的线膨胀系数。3.2试验结果及分析
3.2.1试验结果
四种半刚性基层90d 温缩试验结果如表7、图1和图2所示。
3.2.2结果分析
3.2.2.1
四种半刚性材料温缩系数随着温度变化
的趋势较为相似：在30℃～10℃温度区间内温缩系数缓慢变小，在10℃～0℃温度区间内温缩系数迅速增大，达到峰值，在0℃～-10℃温度区间内，温缩系数突然迅速降低，且达到了谷底，当温度继续降低时，温缩系数又开始上升。
半刚性基层材料的温缩是固、液、气三相热学性质综合作用的外观表现。其中气相部分和固相部分在综合作用中影响较小，可忽略不计。故半刚性材料中的液相水是影响混合料温缩效应的最主要因
素。混合料中的水通过扩张、毛细管张力和冰冻等三种作用对混合料的温缩产生影响。随着温度的下降，混合料的毛细管中弯曲液面内外压力差和弯曲液面表面张力增大，当这种作用力超过毛细管壁颗粒内部的连接力时，温缩系数减小。在0℃～10℃之间部分重力水和自由水（自由水冰点一般在4℃左
右）开始结冰膨胀，冰冻作用加强，表现在为温缩系数上升；温度低于0℃后，毛细管张力大于颗粒的连接力，使温缩系数陡然变大，出现峰值。温度低于-10℃后，温缩系数又开始出现减小的趋势，这可能是因为毛细管中水的冰点一般在-10℃～-
20℃，当温度达到该区间时，大部分空隙水积聚冻
结，使整体体积发生膨胀，从而表现为温缩系数在
该区间内陡然减小。
3.2.2.2各类半刚性基层材料的温缩系数无论是
最大值还是平均值，均呈以下大小排列顺序：水泥稳定碎石>水泥粉煤灰稳定碎石>三灰碎石>二灰碎石。
Ca （OH ）2、CaCO 3、C-S-H 是水泥稳定碎石的
主要胶结物，随着养生龄期的增长和水泥水化硬化反应的深入进行，这些成分在整个混合材料中所占的比例逐渐增大，而它们又具有很高的温缩系数，所以水泥稳定碎石材料90d 龄期时的温缩系数非常大。水泥粉煤灰稳定碎石和三灰碎石材料均含有粉煤灰，粉煤灰属于一种活性较低的材料，它的掺加在一定程度上能抑制混合材料中水泥的水化反应，减低收缩量，故这两种同时掺加粉煤灰和水泥的半刚性混合料的温缩系数比水泥稳定碎石材料要小，
45
但由于三灰碎石中水泥含量比较小，因此其温缩系数比水泥粉煤灰稳定碎石材料更小。二灰稳定碎石中的石灰和粉煤灰的活性均远低于水泥，故二灰稳定碎石的温缩性能最好。
4结语
在常用的四种半刚性基层中，二灰稳定碎石基
层的温缩系数最小，水泥稳定碎石基层的温缩系数最大，水泥的掺加是影响半刚性基层温缩性能的最重要因素，各类材料抗温缩性能优劣排序为：二灰碎石>三灰碎石>水泥粉煤灰稳定碎石>水泥稳定碎石。参考文献
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作者简介：冯平均（1974—），现就职于石家庄公路桥梁建设集团，主要从事路桥施工管理相关工作。收稿日期：2010-08-23
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论高速公路路面
大修结构组合设计
樊朝向
（长安大学工程设计研究院，陕西西安710064）
摘要：以陕西省铜黄高速公路路面大修为例，通过对其路面结构组合设计思路的阐述，说明选择高等级公路沥青路面大修结构组合时，应建立在对原有沥青路面的现状和病害进行详细调查分析的基础上。针对道路现状、主要病害和养护大、中修工程的特点进行设计，提出科学、经济、合理的路面结构，对相关工程项目具有一定的参考价值。
关键词：沥青路面；大修；结构组合；设计中图分类号：U418.6
文献标识码：A
文章编号：1002-4786（2011）07-0046-03
DOI ：10.3869/j.issn.1002-4786.2011.07.012
Design for Structure Composition in Overhauling
Expressway Pavement
FAN Chao-xiang
（Engineering Design Institute of Chang ′an University ，Xi ′an 710064，China ）
Abstract ：Taking the pavement overhaul of Tongchuan-Huangling Expressway in Shaanxi Province as an example ，by describing the design concept of pavement structure composition ，it is illustrated that the choice of structure composition in overhauling expressway asphalt pavement should be based 46