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1、路面设计原理与方法第七章 无机结合料稳定材料1 概述定义：在粉碎的或原来松散的土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰或工业废渣等)和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定的要求的材料称为无机结合料稳定材料。以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。特点：无机结合料稳定路面具有稳定性好、抗冻性能好、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差。因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。 （1）具有一定的抗拉强度，且各种材料的抗拉强度有明显的不同。（2）环境温度对半刚性材料强度有很大的影响； （3）强度和刚度都随龄期增长； （4）刚度较柔性路面大，但比刚性路面小； （5）承载能力和分布荷载
2、能力大于柔性路面； （6）容许弯沉小于柔性路面； （7）容易产生收缩裂缝。土种类：粉碎的或原来松散的土按照土中单个颗粒(指碎石、砾石和砂颗粒)的粒径的大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。细粒土：颗粒的最大粒径小于10mm，且其中大于2mm的颗粒不少于90%。中粒土：颗粒的最大粒径小于30mm，且其中大于20mm的颗粒不少于85%。粗粒土：颗粒的最大粒径小于50mm，且其中大于40mm的颗粒不少于85%。无机结合料稳定材料种类：不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。例石灰土、水泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石等。无机结合料稳定材料种类较多，其物理、力学性质各有特点，应根据结构要求，掺
3、加剂和原材料的供应情况及施工条件，进行综合技术、经济比较后确定。使用场合：由于无机结合料稳定材料其刚度介于粒料和水泥混凝土之间，常称此为半刚性材料，以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层。2 无机结合料稳定材料的特性无机结合料稳定材料的力学特征包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩特性、温缩特性。21无机结合料稳定材料的应力-应变特征设计龄期无机结合料稳定路面的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐渐具有一定的刚性性质。一般规定水泥稳定类材料设计龄期为三个月，石灰或二灰稳定类材料设计龄期六个月。试验方法：半刚性材料应力-应变特征试验方法有顶面法、粘贴法，夹具法和承载板法等。顶面法：直接
4、在试件顶面用千分表测量回弹变形；粘贴法：在柱体壁上两端各1/6高度处粘贴支架，用千分表测量中间2/3柱体的回弹变形；夹具法：在柱体壁上两端各1/6高度处套一箍，在箍上伸出支架，用千分表测量中间2/3柱体的回弹变形；承载板法：用小承载板在试件中间模拟野外测定方法。 试验结果表明：顶面法较合理。试件有圆柱体试件和梁式试件。试验内容有抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度和劈裂模量、抗弯拉强度和抗弯拉模量。圆柱体试件：抗压、劈裂试验; 梁式试件：抗弯拉试验【1】细粒土（最大粒径不大于10mm）： 试模直径*高=50*50mm【2】中粒土（最大粒径不大于25mm）： 试模直径*高=100*100mm【3】粗
5、粒土（最大粒径不大于40mm）： 试模直径*高=150*150mm表9梁式试件名称矿料最大粒径(mm)试件尺寸(cm)大梁253515*15*55中梁152510*10*40小梁稳定粒料土稳定粒料;对稳定细粒土，三类半刚性材料的干缩量的大小次序为：石灰稳定土水泥或水泥石灰土石灰粉煤灰土;对稳定粒料土，三类半刚性材料的干缩量的大小次序为：石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类;例如二灰(石灰+粉煤灰)：碎石=15:5(重量比)与二灰(石灰+粉煤灰)：碎石=20：80时，7天龄期的最大干缩应变和平均干缩系数为233、和6、。2半刚性材料的温度收缩特性定义：半刚性材料是由固相(组成其空间骨架的原材料的
6、颗粒和其间的胶结构)、液相(存在于固相表面与空隙中的水和水溶液)和气相(存在于空隙中的气体)组成。半刚性材料的外观胀缩性是三相在降温过程中相互作用，使半刚性材料产生体积收缩，即为温度收缩。概念：温度应变(t)是温度变化引起的试件单位长度的变化量()；平均温度收缩系数t是某温度时，试件的温度应变与试件的温度变化之比(/)一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小；粉粒以下的颗粒温度收缩性较大。影响因素：【1】封闭状态下的温缩试验封闭状态：保持含水量不变。试验状态：饱水；最佳含水量；半风干状态（1/2最佳含水量）；风干状态（1/5最佳含水量）。
7、结论：（1）对烘干的试件，温度收缩系数随龄期的增大而增大，初期较大，后期较慢，但各种材料差别不大。 （2）含水量对温度收缩系数影响极大，饱水；风干状态最小，约在最佳含水量最大。 （3）温度收缩的不利状态是：接近最佳含水量和0-10温度区间。【2】自由状态下的温缩试验说明随着粒料含量的增加干缩+温度收缩系数减少。【4】评价方法抗裂系数表征半刚性材料对于温度或湿度变化时不致开裂的承受能力。对于温缩抗裂：二灰砂砾石灰粉煤灰灰土砂砾水泥砂粒石灰土对于干缩抗裂： 石灰粉煤灰二灰砂砾水泥砂粒灰土砂砾石灰土25半刚性材料收缩机理分析温度收缩机理半刚性材料是由固相（组成其空间骨架结构的原材料的颗粒和其间的胶结
8、构）、液相（存在与固相表面与空隙中的水和水溶液）和气相（存在与空隙中的气体）组成。所以半刚性材料的外观胀缩性是由其基本体的固相、气相和液相的不同温度收缩性的综合效应结果。一般气相与大气相通，在综合效应中影响较小。半刚性材料的外观胀缩性是由固相、液相胀缩和两者的综合作用组成。干燥收缩机理干燥收缩时半刚性材料因内部含水量变化而引起的体积收缩现象。干燥收缩的基本原理是由于水分蒸发而发生的“毛细管张力作用”、“吸附水及分子间力作用”，“矿物晶体或胶凝体的层间水作用”；“炭化脱水作用”而引起的整体的宏观体积的变化。三半刚性路面面层1概述半刚性路面是介于柔性路面与刚性路面之间的特殊路面形式，它最早出现于法
9、国。早在1954年，法国就研制成功了“灌水泥浆开级配沥青混凝土路面施工法”(Salaiacim Paoement)，并在科涅克(Cognac)机场跑道上作为耐热用的道面进行了的试验铺装。七十年代初，英国、美国，苏前联等国，也相继对这一课题进行了研究。英国是在摊铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树脂水泥灰浆。前苏联则把水泥砂浆作为第二结合料加入沥青混凝土中进行了拌和压实，结果证明能提高这种材料的温度稳定性。科威特的H.R.Guirguis的研究表明，用水泥和置后的集料铺筑的沥青路面的强度和稳定性大大提高，路面泛油和抗水性能也有相当大的改善。美国切夫隆研究公司的R.J.SCHMIDT和 L.E.SANTUCCI为提高乳化沥青的早期强度，在混合料中加入1.3%的波特兰水泥，结果发现，在空气中养生一天后，材料的回弹模量比未加水泥的增加了大约五倍，养生60天后，回弹模量仍比未加水泥的度件提高两倍。但掺加水泥后材料的疲劳性能有所降低。RWHead对冷拌沥青混凝土的研究表明，当加入1%的水泥时，混合料的马歇尔稳定度能提高25-30倍。半刚性路面于1961年传至日本，次年2月由日本道路公团在箱根新道上的立交枢纽部分铺筑了一千平方米的试验性路面。此后
