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半刚性基层材料组成设计.pdf
半刚性基层材料组成设计与优化长安大学长安大学沙爱民沙爱民内容?水泥稳定类基层技术要点?二灰稳定类基层技术要点?水泥稳定碎石基层抗裂性问题?二灰稳定类基层早强问题?稳定类基层抗冲刷问题?稳定集料基层配合比体积设计法路面基层一般要求?应具有足够的强度和稳定性?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。路面基层类型?材料组成水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥混凝土类、沥青稳定类、无结合料粒料类?力学行为半刚性、柔性、刚性?结构组成骨架密实结构、骨架孔隙结构、悬浮密实结构、均匀密实结构。各结构类型基层的特点?悬浮密实型混合料中的粗集料用量一般在50％左右，细集料含量较多，抗弯拉性能较好，适用于各等级公路的基层和底基层。?骨架密实型混合料中的粗集料用量一般在75％以上，细集料含量较少，压实混合料的嵌挤强度较高，抗裂性、抗冲刷性较好，宜用于高速公路和一级公路的基层。?骨架孔隙结构型混合料与骨架密实型混合料相比具有较高的孔隙率，适用于有较高路面内部排水要求的基层。?均匀密实型混合料建筑费用较低，可用作二级及二级以下公路路面的基层或底基层，不能用作高速公路和一级公路的基层。水泥稳定类基层技术要点水泥稳定类基层技术要点?概念与分类水泥土水泥砂水泥砂砾水泥碎石水泥稳定类基层技术要点?原材料及其技术要求水泥－种类、终凝时间、标号集料－最大粒径、级配土－塑性指数水泥　?种类　普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥以及火山灰质硅酸盐水泥均可用于水泥稳定土。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不宜使用。　?终凝时间　宜选用终凝时间在6小时以上的水泥，以适应工艺要求。　?标号　宜选用低标号或一般标号如325、425水泥。集料最大粒径要求　集料最大粒径要求　?集料颗粒径愈大，拌和机、平地机和摊铺机等施工机械愈易磨集料颗粒径愈大，拌和机、平地机和摊铺机等施工机械愈易磨损，粗细集料愈易产生离析，铺筑层的平整度也愈难达到要求。损，粗细集料愈易产生离析，铺筑层的平整度也愈难达到要求。施工中应尽可能采用最大粒径较小的集料，以适应机械施工。施工中应尽可能采用最大粒径较小的集料，以适应机械施工。?最大粒径要求愈小，石料的加工量愈大。最大粒径要求愈小，石料的加工量愈大。?我国目前对公路路面所用集料的最大粒我国目前对公路路面所用集料的最大粒径规定得较宽。径规定得较宽。集料级配要求　集料级配要求　?级配状况愈好，愈有利于取得好的稳定效果，且节约水泥。级配状况愈好，愈有利于取得好的稳定效果，且节约水泥。?土的均匀系数应大于土的均匀系数应大于5。。土的塑性要求　土的塑性要求　?适宜用水泥稳定的土的范围应当是相当宽，砾石、砂、粉砂、细适宜用水泥稳定的土的范围应当是相当宽，砾石、砂、粉砂、细砂土、粉质细砂土、粉土、贫粘土、直到重粘土，都可以用水泥砂土、粉质细砂土、粉土、贫粘土、直到重粘土，都可以用水泥稳定。稳定。?但是，要达到规定的强度，水泥剂量随粉粒和粘粒含量的增加而但是，要达到规定的强度，水泥剂量随粉粒和粘粒含量的增加而增大。土质过粘情况下，因相应稳定要求所用水泥的剂量过高而增大。土质过粘情况下，因相应稳定要求所用水泥的剂量过高而不经济。因此，对于二级及其以下等级的公路用水泥稳定的土，不经济。因此，对于二级及其以下等级的公路用水泥稳定的土，液限宜不大于液限宜不大于40，塑性指数宜不大于，塑性指数宜不大于17对于高级、一级公路，对于高级、一级公路，液限宜不大于液限宜不大于25，塑性指数宜不大于，塑性指数宜不大于6。　。　?水泥稳定粒径较均匀的砂时，难于碾压密实。宜在砂中添加少量水泥稳定粒径较均匀的砂时，难于碾压密实。宜在砂中添加少量塑性指数小于塑性指数小于12的粘性土的粘性土亚砂土亚砂土、或石灰土、或石灰土土的塑性指数较大土的塑性指数较大量量、或添加、或添加20～～40的粉煤灰以改善土的颗粒分布。的粉煤灰以改善土的颗粒分布。?塑性指数大于塑性指数大于17的土，宜采用石灰稳定，或用水泥和石灰综合稳的土，宜采用石灰稳定，或用水泥和石灰综合稳定。　定。　水泥稳定类基层技术要点?混合料组成设计方法（一）强度标准确定半刚性、刚性（二）原材料检验（三）室内试验步骤水泥稳定类基层技术要点?结构形成过程水泥自身的凝结硬化作用水泥水化产物与土之间的作用水泥稳定类基层技术要点?路用性能及技术参数（一）强度（二）变形特性（三）体积变化（四）压实特性影响水泥土强度的因素有土质、水泥成分和剂量、成型影响水泥土强度的因素有土质、水泥成分和剂量、成型含水量、工艺过程、养生条件等含水量、工艺过程、质的影响　?土的矿物成分对水泥稳定土的性质具有重要的影响。土的矿物成分对水泥稳定土的性质具有重要的影响。除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各种砂砾土、砂除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定，但是稳定效果不土、粉土和粘土均可用水泥稳定，但是稳定效果不同。同。?要达到规定的强度，稳定土所需水泥剂量随粉粒和粘要达到规定的强度，稳定土所需水泥剂量随粉粒和粘粒含量的增加而增高。粒含量的增加而增高。?稳定重粘土水泥用量过高而不经济，并且难于粉碎和稳定重粘土水泥用量过高而不经济，并且难于粉碎和拌和。级配良好的土用水泥稳定时，水泥用量低，并拌和。级配良好的土用水泥稳定时，水泥用量低，并可取得满意和稳定效果。可取得满意和稳定效果。?一般限定适用范围为土的液限不大于一般限定适用范围为土的液限不大于40，塑性指数不，塑性指数不大于大于20。　。　泥的影响　?对于同一种土，水泥矿物成分是决定水泥土强度的主对于同一种土，水泥矿物成分是决定水泥土强度的主导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。　好，而铝酸盐水泥则较差。　?当水泥的矿物成分相同时，水泥土的强度随着水泥比当水泥的矿物成分相同时，水泥土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。　表面和活性的增大而提高。　?水泥土的强度一般地随着水泥剂量的增加，水泥土的水泥土的强度一般地随着水泥剂量的增加，水泥土的强度增加，不存在最佳水泥剂量。存在一个经济用强度增加，不存在最佳水泥剂量。存在一个经济用量量。水量的影响　?当水泥稳定土混合料中含水不足时，水泥就要与土争当水泥稳定土混合料中含水不足时，水泥就要与土争水。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的水。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20。。?水泥土的含水量不适宜时，也不能保证大土团被粉碎水泥土的含水量不适宜时，也不能保证大土团被粉碎和水泥在土中的均匀分布，更不能保证达到最大压实和水泥在土中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。　度的要求。　?水泥土的含水量水泥土的含水量于一定的密实度关系与素土一样，对于一定的压实功能，存在一个能达到最大密实度的最佳含水压实功能，存在一个能达到最大密实度的最佳含水量。但相应于最大密实度的最佳含水量不一定就是相量。但相应于最大密实度的最佳含水量不一定就是相应于强度最高的含水量。应于强度最高的含水量。?一般对于砂性土，最高强度的含水量较最佳密实度的一般对于砂性土，最高强度的含水量较最佳密实度的含水量为小而对于粘性土，则相反。含水量为小而对于粘性土，则相反。型工艺影响　?水泥、土和水拌和得愈均匀，水泥土的强度和水泥、土和水拌和得愈均匀，水泥土的强度和稳定性愈高。拌和不均匀会使在水泥剂量少的稳定性愈高。拌和不均匀会使在水泥剂量少的地方强度不能满足设计要求，而在水泥剂量多地方强度不能满足设计要求，而在水泥剂量多的地方则裂缝增加。　的地方则裂缝增加。　?从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水泥土的密实度和强度有很大的影响。湿拌时间泥土的密实度和强度有很大的影响。湿拌时间或湿拌结束后延迟压实前的闷料时间过长，水或湿拌结束后延迟压实前的闷料时间过长，水泥就会产生部分结硬作用。这一方面影响到水泥就会产生部分结硬作用。这一方面影响到水泥土的压实度，从而影响到强度。规定水泥土泥土的压实度，从而影响到强度。规定水泥土必须在加水拌和后必须在加水拌和后2小时内压实完毕。小时内压实完毕。生条件影响　?水泥稳定土需要湿治养生，使在混合料中能维持足够水泥稳定土需要湿治养生，使在混合料中能维持足够的水分，以满足水泥水化的需要。养生温度愈高，水的水分，以满足水泥水化的需要。养生温度愈高，水泥土的强度增长得愈快。　泥土的强度增长得愈快。　?水泥土的强度随龄期而增长。在初期水泥土的强度随龄期而增长。在初期1～～2个月期间个月期间内，水泥土的抗压强度与龄期的对数间大致呈直线关内，水泥土的抗压强度与龄期的对数间大致呈直线关系。直线的斜率取决于水泥剂量、养生温度、密实度系。直线的斜率取决于水泥剂量、养生温度、密实度及压实时的含水量。及压实时的含水量。　水泥稳定土混合料延迟成型时间对干密度影响水泥稳定土不同延迟时间成型的最佳含水量、最大水泥稳定土不同延迟时间成型的最佳含水量、最大干密度试验结果表明干密度试验结果表明（（1）在不同水泥剂量下均随着延迟时间的增加，水泥）在不同水泥剂量下均随着延迟时间的增加，水泥稳定土的最佳含水量在增大，最大干密度在降低。并且稳定土的最佳含水量在增大，最大干密度在降低。并且，随着延迟时间的增加，最大干密度的降低幅度在增大，随着延迟时间的增加，最大干密度的降低幅度在增大。。（（2）同一种土，相同延迟时间条件下，随着水泥剂量）同一种土，相同延迟时间条件下，随着水泥剂量的增加，最大干密度降低幅度减小。的增加，最大干密度降低幅度减小。延迟时间对水泥稳定土（土－1）的最佳含水量、最大干密度影响试验结果12％水泥剂量14％水泥剂量延迟时间（小时）最佳含水量（％）最大干密度g/相对于不延迟的降低幅度最佳含水量（％）最大干密度g/相对于不延迟的降低幅度0246延迟时间对水泥稳定土（土－2）的最佳含水量、最大干密度影响结果12水泥剂量14水泥剂量延迟时间（小时）最佳含水量最大干密度g/相对于不延迟的降低幅度最佳含水量最大干密度g/相对于不延迟的降低幅度024％6％水泥稳定土（土－1）7天龄期抗压强度延迟成型时间12％水泥剂量14％水泥剂量抗压强度相对于延迟成型2小时的强度损失抗压强度相对于延迟成型2小时的强度损失2小时4小时7％4％6小时6％3％水泥稳定土（土－2）7天龄期抗压强度（MPa）12水泥剂量14水泥剂量混合料延迟成型时间对抗压强度的影响延迟成型时间抗压强度相对于延迟2小时的强度损失抗压强度相对于延迟2小时的强度损失2小时4小时％6小时8％1）两种土质在不同水泥剂量下均随延迟成型时间）两种土质在不同水泥剂量下均随延迟成型时间的加长，的加长，7天龄期的抗压强度降低，并且，强度损失天龄期的抗压强度降低，并且，强度损失幅度随延迟成型时间的加长而增大。幅度随延迟成型时间的加长而增大。2）同一种土，相同延迟时间条件下，随水泥剂量）同一种土，相同延迟时间条件下，随水泥剂量的增大，抗压强度仍增大。但随着水泥剂量的增大的增大，抗压强度仍增大。但随着水泥剂量的增大，强度损失幅度减小。，强度损失幅度减小。3）相同水泥剂量和延迟时间条件下，土－）相同水泥剂量和延迟时间条件下，土－2的强的强度损失比土－度损失比土－1小得多。小得多。延迟成型时间对密实度和强度影响的机理分析对密实度影响机理（1）随着延迟时间的增大，水泥的水化程度在加深，所需必须起润滑作用的含水量增大，导致最佳含水量的增大，干密度降低。（2）由于水泥的比重比土大，因此，随着水泥剂量增大，水泥稳定土密度增加。对强度影响机理（1）延迟成型时间后，水泥稳定土中已经形成的水化产物的结构在碾压时遭受到破坏，因而延迟时间损失了水泥稳定土的抗压强度。（2）对于不同水泥剂量的同一种土，延迟相同时间，水泥剂量大的水泥稳定土中的水化产物多，从而具有较高的抗压强度，其强度基数大，所以相对降低幅度小。二灰稳定类基层技术要点二灰稳定类基层技术要点?概念与分类二灰土二灰集料二灰砂砾二灰碎石二灰矿渣二灰稳定类基层技术要点?原材料及其技术要求石灰－种类、等级、保存粉煤灰－种类硅铝型、高钙型干灰、湿灰－技术要求活性成分含量～硅、铝、铁的氧化物含炭量～烧失量细度～比表面积集料－最大粒径、级配土－塑性指数二灰稳定类基层技术要点?混合料组成设计方法（一）强度标准确定（二）原材料检验（三）确定混合料比例原则1。石灰与粉煤灰2。二灰与土（四）室内试验步骤二灰稳定类基层技术要点?结构形成过程石灰的水化解离作用离子交换作用与絮凝团聚作用石灰与粉煤灰和土之间的火山灰作用石灰自身的结晶与碳化作用二灰稳定类基层技术要点?路用性能及技术参数（一）强度（二）疲劳性质（三）体积变化（四）耐久性水泥稳定碎石抗裂性问题水泥稳定碎石材料的收缩性能取决于材料的组成配比，合适的材料配合比可以显著地减少结构层的收缩和增加结构层的抗裂性。水泥稳定碎石的级配和水泥剂量的变化将影响其温缩、干缩性。1、收缩试验研究方案在进行收缩试验研究时，水泥稳定碎石配合比方案采用五种级配、三种水泥剂量。这五种级配是在原规范规定级配范围内的细化，即原级配范围的上限、中限、下限和上顶下底以及下顶上底三种水泥剂量取常用剂量即4％、6％和8％。931筛孔直径（过率（）上限下限中限从上顶到下底从下顶到上底2、水泥稳定碎石温度收缩特性分析温度收缩系数测试结果，可得出以下规律1）各龄期材料的温度收缩系数随温度区间的变化规律无论是短龄期还是长龄期，总体来看，高温区0℃～60℃的温度收缩系数大于低温区0℃的温度收缩系数。并且，随着温度的下降，温缩系数有减小的趋势2）温度收缩系数随集料级配的变化规律龄期相同和水泥剂量相同条件下，根据水泥稳定碎石基层在低温段、高温段和总体上的平均温度收缩系数变化情况，可以得出平均温度收缩系数大小排序如下上限从下顶到上底限从上顶到下底限3）不同龄期而相同配合比的水泥稳定碎石材料的温缩规律从28天龄期到90天，温缩系数增加明显，从90天龄期到180天，温缩系数增加幅度较小。（4）相同配比、不同水泥剂量的水泥稳定碎石材料的温缩规律由水泥剂量与温缩系数的关系曲线可知，6％水泥剂量的温缩系数最小。在相同龄期条件下，随着水泥含量的增加，水泥稳定碎石中的胶结物含量增加有正反两方面效应胶结物含量增加产生的材料颗粒间的约束和牵制作用利于降低材料的温缩系数胶结物含量增加带来的次生矿物含量的增加倾向于增加材料的温缩系数。所以，在某一水泥剂量如6％时温缩系数最小。3、水泥稳定碎石干燥收缩特性分析温度收缩系数测试结果，可得出以下规律1）水泥稳定碎石干燥收缩系数随含水量的变化规律水泥稳定碎石材料的干燥收缩系数随含水量的变化是一近似凸型抛物线，有一最大干燥收缩系数。水泥稳定碎石材料，大约在含水量为1～4％时，干燥收缩系数最大。这一变化趋势也可以从填料的毛细管张力作用，吸附水和分子间力作用以及层间水的收缩力作用的干燥收缩效应得到解释。2）最大干燥收缩系数对应含水量与配合比的变化关系最大干缩系数所对应的含水量随集料变粗逐渐减小。即上限下顶到上底限上顶到下底限）最大累计干缩应变和平均干缩系数随配合比的变化规律累计干缩应变、平均干缩系数按照上限下顶到上底限上顶到下底限顺序在逐渐减小。由上限中限下限缩性与集料的级配类型也有一定的相关性。至于从下顶到上底限上顶到下底）水泥稳定碎石材料干缩系数随龄期增长的变化规律随龄期的增加，同一配合比的水泥稳定碎石材料的干燥收缩值在变小。5）水泥稳定碎石材料干缩系数随水泥剂量的变化规律相同龄期，相同配合比的水泥稳定碎石材料随着水泥剂量的增加，干缩系数增大。二灰稳定类材料早强问题二灰稳定类基层早强技术分析?掺加水泥?掺加粗骨料?预拌闷料?掺加早强剂早强剂原理?碱对粉煤灰的加速溶解作用?碱性介质对强度形成过程的保证作用?早强剂自身的硬凝作用。路面基层冲刷问题路面基层冲刷过程?接缝、裂缝处雨水下渗基层顶面湿软行车荷载作用下唧泥面层底面脱空弯拉应力过大而破坏?唧泥原因动水压力?水泥混凝土路面、沥青混凝土路面、水泥混凝土桥面冲刷破坏?在实现的冲刷试验装置试件水垫板压头a）水泥土02530时间分钟冲刷量克5HZ（b）水泥砂砾作用力相同、作用频率不同条件下的冲刷量随时间的变化时间分钟冲刷量克5a）水泥土作用次数50冲刷量（b）水泥砂砾相同作用力和作用次数条件下冲刷量随频率的变化作用次数1451050试验条件对抗冲刷性能的影响规律（a）水泥土时间分钟差刷量克b）水泥砂砾作用频率相同、作用力不同条件下的冲刷量随时间的变化时间分钟冲刷量克0a）水泥土作用次数（b）水泥砂砾相同作用频率和作用次数条件下冲刷量随作用力大小的变化作用次数?综合路面基层实际冲刷状态和室内试验的可实现性和敏感性，推荐标准冲刷试验条件是用频率为10用总时段为30定细粒土基层材料试验结果与分析（a）石灰土30时间分钟冲刷量克水泥土4水泥土6水泥土8水泥土695（b）水泥土30时间分钟冲刷量克石灰土8石灰土10石灰土12（c）二灰土稳定细粒土的冲刷试验条件时间分钟冲刷量克二灰土103060二灰土104050稳定粗粒土基层材料试验结果与分析（a）水泥砂砾时间分钟冲刷量水泥砂砾4水泥砂砾6水泥砂砾8水泥砂砾695（b）二灰砂砾202530时间分钟冲刷量克二灰砂砾103060二灰砂砾104050（c）水泥碎石（d）二灰碎石时间分钟冲刷量克二灰碎石103060二灰碎石钟冲刷量克水泥碎石4水泥碎石6水泥碎石8结论1．无机结合料（石灰、水泥、二灰）稳定细粒土的冲刷量随冲刷时间的延长而线性增长稳定粗料土的冲刷量随冲刷时间的延长呈曲线增长，早期增长速率大，后期增长速率减缓。2．无机结合料稳定细粒土在相同时段内的冲刷量均随着结合料剂量的增大而减小。常用结合料剂量下，二灰土、水泥土较好，石灰土较差。相同水泥剂量与集料级配条件下，水泥或二灰碎石的抗冲刷性能优于石灰或二灰砂砾。其中，水泥稳定条件下该规律更明显。3．随着压实度降低，半刚性基层材料的抗冲刷能力显著下降。4．透水性基层材料一方面具有良好的抗冲刷能力，另一方面因大孔隙的影响，材料结构强度和整体性降低。5．无机结合料稳定粗粒土的抗冲刷性能与其抗压强度大小的关系不及稳定细粒土密切。稳定集料基层配合比体积设计方法稳定集料基层配合比体积设计法步骤（一）、集料级配的确定骨架密实型混合料的集料级配应按逐级填充方法，通过试验确定。（二）、集料空隙率的确定1、确定集料的配合比根据设计级配范围及各规格集料的级配情况确定集料的配合比。如1号料2号料3号料w1w2掺配合比2、测定各档集料的视密度和吸水率按集料试验规程分别测定各档集料的视密度,如1号料、2号料、3号料的视密度分别记为ρ1、ρ2、ρ3，合成集料的视密度ρ集料1/123按集料试验规程分别测定各档集料的吸水率。如1号料、2号料、3号料的吸水率分别为2、合成集料的吸水率X、测定集料的堆积密度以及压实密度测定按配合比合成的集料润湿时堆积密度实密度算集料的空隙率集料堆积空隙率1集料100集料振实空隙率1集料100（二）、结合料组成与密度的确定对于石灰粉煤灰稳定集料，根据经验或通过不同比例的二灰强度试验确定石灰、粉煤灰之间的比例。通过击实试验测定上述比例条件下的二灰的最大干密度）、混合料重量配合比的确定1、石灰、粉煤灰的用量计算混合料中二灰用量的体积百分率（在集料的堆积空隙率（振实空隙率（间，设计时可按振实空隙率（算，即取拌试铺时若发生离析或摊铺困难时可增大二灰用量，但最大体积百分率不应大于集料的堆积空隙率（1、集料用量计算按振实密度（算单位体积混合料集料的重量。1ρ号料集料002号料集料003号料集料003、混合料的重量配合比按1灰的用量确定其质量百分比。即二灰质量百分率集料）100集料质量百分率集料）100石灰质量百分率集料）100粉煤灰质量百分率集料）1001号料质量百分率集料）1002号料质量百分率集料）1003号料质量百分率集料）100混合料的重量百分比w1w24、混合料的最佳含水量与最大干密度的确定按w1w2确定混合料最大干密度和最佳含水量。再按静压或振动方法制件验证7为校核，混合料最大干密度和最佳含水量也可按下列理论公式计算成集料的振实密度集料体积百分率二灰最大干密度二灰体积百分率ρZ1灰最佳含水量二灰重量百分率集料饱和面干含水量集料重量百分率重型击实试验结果与理论公式计算结果若相差较大，应查找原因。相差不大时由重型击实试验结果确定。（四）、混合料生产配合比的确定根据目标配合比w1w2考虑各种原材料的自然含水率，可计算出生产1吨混合料的各种原材料用量石灰用量1自然含水率）10001自然含水率）1000料用量1自然含水率）1000号料用量1自然含水率）1000号料料用量1自然含水率）1000产含水率应根据天气情况在最佳含水量基础上增加1加水量应扣除各材料的自然含水量后。
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你可能喜欢新型高寒地区半刚性材料养生方式研究
半刚性材料因其强度高、刚性大、利于机械化施工以及能适应重交通发展等特点，被广泛应用于高等级沥青公路的路面基层和底基层，成为路面结构施工中的主要组成材料。然而，半刚性材料抗温变形能力较差，容易形成温缩裂缝，诱发路面产生反射裂缝，缩短道路使用寿命。很多专家针对半刚性基层材料的温缩特性展开了深入的研究，但对于高寒地区半刚性基层材料在养生期间温缩裂缝的预防性养护研究甚少。本文针对高寒地区特殊的自然环境，从半刚性材料基层养生保温的角度出发，提出针对高寒地区半刚性基层的养生保温袋，并分析其保温效果。
新型保温袋设计理念
高寒地区半刚性材料的温缩及干缩特性
高寒地区温度低、日照时间长、昼夜温差大、太阳辐射强烈，即使在正常的施工季节，夜晚温度也会降到0℃以下，这样的自然环境给半刚性基层养生带来很大问题，尤其是由于温差较大而产生的温缩裂缝。高寒地区夜晚温度骤降，半刚性基层结构内温度梯度较大，体积收缩会产生温度收缩应力。当温度收缩应力大于基层材料的极限抗拉强度时，就会产生收缩裂缝，且温差越大，半刚性基层材料越容易开裂。
高寒地区气候普遍干燥、寒冷、少雨，水资源相对匮乏；地形地貌以草原荒漠居多，植被多以耐寒旱生的多年生丛生禾草、根茎苔草和小半灌木为主。而半刚性基层材料干缩现象主要发生在竣工后的初期阶段，水泥与各种细集料和水经拌和、压实后，由于蒸发使混合料内部的水分会不断减少，产生毛细作用、吸附作用、分子间的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和炭化收缩作用等，引起半刚性基层材料毛细孔隙中的自由水丢失而产生体积收缩。所以该地区半刚性材料极易由于养护期间水分保持不当出现干缩裂缝。因此在半刚性材料养护中，水分保持十分重要。而在高寒地区，半刚性材料养护过程中水分易失不易补，所以干缩裂缝在该地区相当普遍，严重影响了道路的使用性能和使用寿命。
传统养护方式的局限性
传统半刚性基层养生方式主要包括：采用湿砂、不透水薄膜、草帘等材料覆盖养生；采用乳化沥青透层油及稀浆封层技术养生；采用人工或洒水车定期洒水养生等。但这些方法用于高寒地区的半刚性基层养生时，很难有效控制温缩裂缝及干缩裂缝的产生。
保温袋基本设计原理
高寒地区太阳能资源丰富，从能量传递和转化的角度出发，利用热传导将保温袋内的部分能量传递给半刚性基层。保温袋材质为高强度透明塑料膜，有利于阳光的穿透。保温袋内注入一定量的水，在水上方充入空气作为隔热层，白天，太阳光穿透保温袋，在水中将光能转化为热能，使袋中水的内能增加，水温升高；夜晚，气温下降，半刚性基层温度也随之降低，在内外温差的作用下保温袋中的水以热传导的方式将部分热量传送给半刚性基层，从而达到保温的效果。空气层的隔热作用也可以有效地减少热量散失。
为了选择保温效果最好的保温袋类型以及验证最优保温袋的保温效果，本文试验的主要内容包括2个方面：一是选择不同类型的保温袋在同等条件下分析保温效果；二是分析在最优保温袋养护下试件的强度及变形性能。
不同类型保温袋保温效果试验
该部分试验共设计了5种不同形式的保温袋，分别为：双面透明充气袋、双面透明未充气袋、双面透明充气黑水袋、底面黑上面透明充气袋、双面黑色未充气袋。试验前，将保温袋试验装置平放于地势平坦处，其两端开口采用玻璃胶密封，防止外界因素的干扰；排挤出保温袋内充入的空气，在保温袋两端采用规格为Φ12的圆滑钢筋裹紧密封并用混凝土砖块压实；在保温袋袋内和袋底分别放置温度传感器，用于采集袋内的水温和袋底的地温。
使用无纸记录仪记录传感器采集的温度，每隔4min自动记录一次数据，可以连续工作以保证数据的连续性和实时性。试验时通过另置的2个温度传感器探头实时采集气温、地温，气温传感器探头裸露于空气中，测地温的探头埋于地表以下。从当年11月至次年1月进行为期3个月的温度数据采集。
最佳保温袋养生效果试验
试验所需材料为32.5普通硅酸盐水泥，细度模数为2.3~3.0；平均粒径在0.25~0.5mm范围内的普通中砂以及自来水等。
试验所需工具：最优保温袋、HBY-40B型水泥恒温恒湿标准养护箱、尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的带底试模及万能试验机等。
(1)制备水泥砂浆试件。通过计算选择合适的水泥砂浆配合比；采用机械搅拌的方式把称量好的水泥、沙料、水搅拌均匀，搅拌时间不少于2min；将拌制好的砂浆一次性装满带底试模，采用人工振捣的方式振实成型；待表面稍干，沿试模面刮平。
(2)置于不同条件下养生。待试件拆模后，将试件分成３组：第一组放于标准养生箱中养护，标准养生箱温度为20℃±1℃，相对湿度不小于90%；第二组洒上充足的水分，覆上薄膜，在室外置于最优保温袋下养护；第三组覆盖毛巾，放于自然环境中并定期洒水养护。
(3)无侧限单轴抗压强度测试。将试件从养护地点按时取出，及时将表面擦拭干净，测量尺寸，并检查其外观，确认合格后进行试验操作。将试件安放在万能试验机下压板上，并使试件中心与试验机下压板中心对准；开动试验机，当上压板与试验机接近时，调整球座，使接触面受力均匀。试验过程中应均匀、连续地施加荷载，施加荷载速度为1.5kN·s-1，当试件迅速变形接近被破坏时，停止调整试验机油门，直至试件完全被破坏，记录破坏荷载。
试验结果分析
最佳保温袋选择
经过长达3个月的测试，得到大量的保温袋袋中水温、袋下地温以及气温的数据。从中挑选了具有代表性的连续3d的水温及地温变化数据。
据所测数据分析可知，该试验设计的5种类型保温袋，在白天尤其是午后水温普遍高于气温；而夜晚来临之后，自然条件下的地温低于在保温袋养护下的地温。这说明，在白天阳光的辐射作用下，保温袋能很好地把太阳能转化成热能并储存起来，而随着夜晚气温的降低，保温袋下的地温明显高于自然条件下的地温，且平均高出约2℃~7℃。由此可见，保温袋在夜间能把白天储存的能量通过热传导方式向地面传送，显著地提高了地温，有着很好的保温作用。由以上分析可知，本文所设计的保温袋具有白天储能、夜间保温的良好性能，在保温袋养护的作用下，地面的昼夜温差大大减小，这将有助于半刚性基层在养生阶段早期强度的形成。
结合所测数据及上图曲线变化的规律，且考虑5种保温袋的储能效果、传热效果、温差大小等因素，分析可知双面透明充气保温袋可以将下覆地温提高约4℃~7℃，将昼夜温差由16℃~26℃左右缩小至10℃~16℃左右，明显优于其他4种保温袋。所以保温性能最优的保温袋为1号双面透明充气保温袋。
不同养护条件下试件抗压强度分析
通过测试不同养生方式下水泥砂浆立方体的抗压强度，得到了试件养生3、5、7、15、21d的强度数据。
可以看出，试件在不同的养生方式下，其抗压强度增长变化规律不尽相同。在养生早期，即养生7d内，保温袋下的试件其抗压强度增长最快，其次为标准养生，自然养生下的试件强度增长最慢。这说明保温袋能显著地促进试件早期强度形成，甚至比标准养生下的试件强度还高。而随着养生时间的延长，各养生条件下的试件强度均继续增长，且在7d以后变化规律基本相同，各养生方式下试件强度之间的差也逐渐减小。这是因为各个试件内水泥的水化反应逐渐基本完成，强度增长梯度逐渐减小。此外，从图中也可发现，养生12d左右时，标准养生方式下的试件强度逐渐超越保温袋下的试件，但两者之间的差值很小。
综合分析保温袋温度监测试验和水泥砂浆无侧限抗压强度试验的结果，可知双面透明充气保温袋用于高寒地区半刚性基层养生时，能显著地提高养生温度、减小昼夜温差，促进半刚性基层早期强度形成，从而有效地抑制温缩裂缝、减少道路病害和维修养护费用，提高道路整体结构的稳定性和服务质量。
针对高寒地区半刚性基层养生期间因温差大而产生的温缩裂缝，从养生保温的角度出发，提出采用保温袋提高基层温度、抑制温缩裂缝的想法，并设计试验进行验证。试验结果表明，保温袋可以有效地吸收太阳能，以热传导的方式显著提高下覆地温，并且以双面透明充气保温袋保温效果最为显著，在高寒地区采用该形式的保温袋可以有效地抑制半刚性基层温缩，提高道路品质。
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