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1、携手十一 通过市政 群：136816564,1,第4章 无机结合料稳定材料,携手十一 通过市政 群：136816564,3,课前提问,为什么无机结合料稳定材料又称为“半刚性材料” ？ 为什么CTB和LFTB会成为无机结合料稳定材料中的两大“主力”？,携手十一 通过市政 群：136816564,4,两个基本概念,无机结合料稳定材料 在破碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的水泥、石灰或工业废渣材料和水，经拌和得到的混合料，在压实和养生后，抗压强度符合规定要求的混合料。,半刚性材料 用水泥、石灰或水硬性结合料等无机结合料处治的土或碎（砾），前期具有柔性的性质，后期强度和刚度有大
2、幅度的增长，但仍远小于水泥混凝土。这样的混合料称为半刚性材料。,强度来源,强度特征,携手十一 通过市政 群：136816564,5,“半刚性”的由来,沥青混合料、级配碎石,无机结合料稳定材料,水泥混凝土,25000 刚性材料,由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性材料和刚性材料之间，因此也被称为“半刚性材料”。,携手十一 通过市政 群：136816564,6,结构定位,大多用做沥青路面或水泥路面的基层或底基层。,最适合这两个层次的工作！,携手十一 通过市政 群：136816564,7,沥青路面主要病害：反射裂缝,路面裂缝,基层开裂,在荷载和温度的反复作用下，无机结合料基层上的裂缝逐渐向上反射，形
3、成沥青路面的裂缝。,携手十一 通过市政 群：136816564,8,沥青路面主要病害：水损害,在沥青路面上产生反射裂缝后，水沿裂缝面逐渐渗入基层顶面，在高速车载的作用下，高压水流不断冲刷无机结合料稳定材料基层上的细小颗粒，逐渐泵吸到路面，形成唧泥。,路面唧泥,携手十一 通过市政 群：136816564,9,结构功能及设计,承受车辆荷载的作用，起主要承重层的作用； 优化材料设计，尽量减小路面的反射裂缝； 优化材料设计，增强抵抗水损害的能力。,携手十一 通过市政 群：136816564,10,本章内容要点,一、使用状况和分类 二、力学性能 三、收缩性能 四、水稳定性 五、疲劳性能 七、配合比设计
4、八、施工工艺及控制,六、综合性能,携手十一 通过市政 群：136816564,11,一、使用状况和分类,1.使用状况：国内（七五期间）,携手十一 通过市政 群：136816564,12,一、使用状况和分类,1.使用状况：国内（七五以后）,携手十一 通过市政 群：136816564,13,一、使用状况和分类,1.使用状况：国外 从1980年代中期开始，国外在高速公路中很少使用无机结合料稳定材料，即使使用，也是采用较厚的沥青层、较薄半刚性材料作底基层的“混合结构”。 国外最常用的基层材料是级配碎石（Unbound material 或Granular material）。 与我国的使用状况存在很大
5、差别（薄沥青层、厚半刚性材料）。,携手十一 通过市政 群：136816564,14,一、使用状况和分类,按结合料类型分： 水泥稳定材料 （水泥稳定碎石等） 石灰稳定材料 （石灰土等） 石灰工业废渣稳定材料 （石灰粉煤灰碎石，简称二灰碎石）,按土的颗粒组成分： 稳定粗粒土 （二灰稳定碎石等，常用做基层） 稳定中粒土 （水泥稳定砂砾等，常用做基层） 稳定细粒土 （二灰稳定土等，常用做底基层）,2.分类：,携手十一 通过市政 群：136816564,15,二、力学性能,1.强度作用原理a（水泥稳定材料） （1）水泥水化作用 （2）离子交换作用 （3）化学激发作用 （4）碳酸化作用,携手十一 通过市政
6、 群：136816564,16,二、力学性能 ,1.强度作用原理a（水泥稳定材料） （1）水泥水化作用硅酸三钙 3CaOSiO2 （C3S）硅酸二钙 2CaOSiO2 （C2S）铝酸三钙 3CaOAl2O3 （C3A）铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 （C4AF）,强度形成的主要来源。,水泥成分,携手十一 通过市政 群：136816564,17,二、力学性能,携手十一 通过市政 群：136816564,18,二、力学性能,1.强度作用原理a（水泥稳定材料）两种水泥水化作用的区别（水泥稳定土 VS 水泥混凝土） 土（水泥稳定土）具有非常高的比表面积和亲水性； 水泥稳定土中的水泥含量较少（
7、6%）； 土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性； 在一些土中常存在酸性介质环境。,携手十一 通过市政 群：136816564,19,二、力学性能,1.强度作用原理a（水泥稳定材料） （2）离子交换作用 水泥水化产物中的Ca(OH)2含量很高，易形成富含Ca2+的碱性溶液环境； 当溶液中富含Ca2+时，因为Ca2+的电价高于K+、Na+等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从而取代了K+、Na+，成为反离子，同时Ca2+使双电层电位的降低速度加快。 Ca2+ K+、Na+,增加强度和稳定性。,携手十一 通过市政 群：136816564,20,二、力学性能,1.强度作用原理a（水泥稳定材料） （3）化
8、学激发作用 Ca2+的化学激发作用当粘土颗粒周围介质的pH值增加到一定程度时，粘土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如4CaO5SiO25H2O、4CaOAl2O319H2O、3CaOAl2O316H2O、CaOAl2O310H2O等。,增加强度和水稳定性。,携手十一 通过市政 群：136816564,21,二、力学性能,1.强度作用原理a（水泥稳定材料） （4）碳酸化作用 水泥水化生成的Ca(OH)2，除了可与粘土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。,反应缓
9、慢，作用较弱。,携手十一 通过市政 群：136816564,22,二、力学性能,1.强度作用原理b（石灰稳定材料） 生石灰的主要成分： 有效氧化钙CaO和氧化镁MgO 生石灰的熟化和硬化： 熟化：（消石灰或熟石灰） CaOH2OCa(OH)265.9kJ/mol硬化： 结晶和碳酸化,携手十一 通过市政 群：136816564,23,石灰的技术指标(JTJ 034-2000,表4.2.2),携手十一 通过市政 群：136816564,24,化学激发作用,二、力学性能 ,1.强度作用原理b（石灰稳定材料） （1）离子交换作用（初期强度） （2）碳酸化反应（后期强度） （3）火山灰反应（中后期强度）
10、（4）氢氧化钙的结晶反应,强度主要来源。,携手十一 通过市政 群：136816564,25,二、力学性能,1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （1）常用材料：粉煤灰 （2）粉煤灰的相关参数：密 度：19002400kg/m3（普通） 25002800kg/m3（高钙15）比表面积：27003500cm2/g 最佳粒径：530m湿排灰、干排灰,携手十一 通过市政 群：136816564,26,二、力学性能 ,1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （3）粉煤灰的化学组成氧化物含量：前三种氧化物含量应大于70； 三种粉煤灰（CaO含量）：低钙（15） 烧失量：应小于8（未燃煤的含量）,携手十一
11、 通过市政 群：136816564,27,二、力学性能,1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （4）石灰粉煤灰的水化活性 粉煤灰中的CaO含量较少，所以通常不能自行水化； 水化激发条件包括生石灰、熟石灰、水泥水化生成的Ca(OH)2、石膏、碱性物质等，特别是Ca(OH)2。,携手十一 通过市政 群：136816564,28,二、力学性能,1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （4）石灰粉煤灰的水化活性 相关化学反应： （a）CaO+H2OCa(OH)2 （b）Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O （c）Ca(OH)2+SiO2+H2OxCaOySiO2zH2O （c）Ca(OH)2+A
12、l2O3+H2OxCaOyAl2O3zH2O （d）Ca(OH)2+SiO2+Al2O3+H2OxCaOyAl2O3zSiO2wH2O （e）Ca(OH)2+SO42-+Al2O3+H2OxCaOyAl2O3zCaSO4wH2O,携手十一 通过市政 群：136816564,29,二、力学性能,1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （5）粉煤灰的技术要求 烧失量：小于8； 氧化物含量： SiO2、Al2O3、Fe2O3 ，应大于70； 细度：比表面积宜大于2500m2/g； 含水量：不宜超过35。,携手十一 通过市政 群：136816564,30,2.温度和时间对强度的影响 ,二灰稳定材料,5
13、,0,携手十一 通过市政 群：136816564,31,3.力学性能的特点,3.无机结合料稳定材料力学性能特点 具有较大的抗压强度和一定的抗拉强度 强度随龄期逐渐增长，但后期增加幅度较小 环境温度对半刚性材料强度的形成和发展有很大影响 无机结合料稳定材料强度的时-温转换特性,携手十一 通过市政 群：136816564,32,4.小结,（1）强度作用原理 水泥稳定材料：水泥水化作用、离子交换作用、化学激发作用和碳酸化作用 石灰稳定材料：离子交换作用、碳酸化反应、火山灰反应和氢氧化钙的结晶反应 工业废渣稳定材料（粉煤灰）：与石灰稳定材料类似，但不能自行水化,携手十一 通过市政 群：13681656
14、4,33,4.小结,（2）温度和时间对强度的影响 在环境温度达到5以上时，随着养护时间（龄期）的增加，无机结合料稳定材料的强度逐渐增长，但后期增幅较小。 （3）力学性能的特点 温度和时间对无机结合料的力学性能影响很大； 无机结合料稳定材料的时温转换特性。,携手十一 通过市政 群：136816564,34,三、收缩性能,1.两种主要收缩类型 干缩： 干燥收缩是无机结合料稳定材料因内部含水量变化而引起的体积收缩现象。 温缩： 由于温度的交替而引起的无机结合料稳定材料收缩的现象。 关系： 通常干缩是主要的收缩类型，干缩可达到温缩的410倍以上。,携手十一 通过市政 群：136816564,35,2.
15、收缩的测试,（1）干缩的测试 百分表测试应变片测试,（2）温缩的测试 应变片测试,在被测试件的适宜位置粘贴应变片，采用专用仪器测试应变片电阻的变化。,携手十一 通过市政 群：136816564,36,3.收缩指标,（1）干缩指标 干缩应变： 失水率： 干缩系数：平均干缩系数：,（2）温缩指标 温缩应变： 平均温缩系数：,携手十一 通过市政 群：136816564,37,4.干缩特性,4.1干缩特性 表现形式：常为横向裂缝，间距310m； 常用材料的干缩应变： 石灰土：（12001500）10-6 （失水量2.5%） 将引起基层裂缝，导致“反射裂缝的产生”。 水泥砂砾： （1318）10-6 （50最大失水量） 密实式二灰砂砾： （2537）10-6 （失水量2.5%） 如果处理得当，将大大延缓裂缝的产生。,携手十一 通过市政 群：136816564,38,4.干缩特性,4.2干缩特性影响因素 （1）结合料含量,存在最佳水泥用量，一般为5左右；二灰剂量一般为1525。,携手十一 通过市政 群：136816564,39,4.干缩特性,4.2干缩特性影响因素 （2）细料含量,随着粘粒含量的增加，干缩应变显著增加。在实际应用中应尽量减少粘粒含量。,
