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1、第二章 无机结合料稳定（半刚性）基层,第一节 概 述 1、定义：在粉碎的或原状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要求的材料称为无机 结合料稳定材料 半刚性基层 石灰 土 水泥 砂 石灰、粉煤灰（二灰） 集料 2、特点：具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自 成板 体等特点，但其耐磨性差 。由于无 机结合料稳定材料的刚度刚性材料的一半。,第二节(本) 无机结合料稳定材料的应力应变特性 1）强度和模量随龄期增长 逐渐具有定的刚性性质。一般规定水泥稳定类材料设计龄期为3个月，石灰二灰稳定类材料设计龄期为6个月
2、2）试验方法： *抗压试验：（圆柱形试件）确定抗压强度及回弹模 量.抗压试验分为无侧限抗压试验和三轴试 验。 *劈裂试验： （圆柱形试件）确定抗拉强度。 *弯拉试验：（梁）确定弯拉强度， 表I给出了水泥稳定碎石抗压强度(R)、抗压回弹模量(EP)、劈裂强度( SP)利劈裂模量(ESP)与龄期之间的关系，表2则为石灰粉煤灰稳定碎石的测试结果。,2无机结合料稳定材料的疲劳特性 常用的疲劳试验合弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。 疲劳寿命取决于材料的强度和刚度。强度愈大刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。 3无机结合料稳定材料的干缩特性 干缩应变( ) ：是水分损失引起的试件单位 长度的收缩量(10-6 ) 。
3、平均干缩系数 ( d ) : 是某失水量时，试件的干缩 应变与试件的失水量之比,对稳定粒料类：干缩特性次序为： 石灰稳定类水泥稳定类石灰 粉煤灰稳定类。 对于稳定细粒土：石灰土水泥土和水泥石 灰土石灰粉煤灰土。,4半刚性材料的温度收缩特性 *半刚性材料温度收缩的大小与结合料类型 和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、 龄期等 用单位温度梯度的线应变表示 线收缩系数 * 经过一定龄期的养生，半刚性基层上铺筑 沥青面层后，基层内相对湿度略有增大， 使材料的含水量趋于平衡，这时半刚性 基层的变形以温度收缩为主。,第三节 石灰稳定类基层(底基层) （以此为半刚性代表）,石灰土 （石灰不能稳定集料） 1
4、石灰土基层强度的形成原理 1）离子交换作用 熟石灰溶于水以后易于离解成Ca+和(OH)- 离子 土的微小颗粒具有一定的胶体性质，它们表面吸附 着 一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子（土不稳定原因） 拌和后 反应式（式中X+代表Na+、 K+ 、 H+ ）,由于离子反映快，这个作用是初期强度的主要原因,1 2） 结晶作用 消石灰（Ca (OH)2）掺入土中，由于水分较少，只有少部分离解，还有少部分的Ca (OH)2进行化学作用，： Ca (OH)2由胶体逐渐成为晶体。这种晶体能够相互结合，并与土粒结合起来形成共晶体，把土粒胶结成整体。 晶体的Ca (OH)2溶解度几乎小一半，因而石灰土的水稳性得到
5、提高。,Ca (OH)2 + n H2O Ca (OH)2nH2O,3）火山灰作用（水泥反应） 火山灰作用是指石灰与土中活性的氧化硅和氧化铝起化学反应,生成水化硅酸钙和铝酸钙的过程,它们在水分作用 xCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O xCaO.SiO2.（n+1）H2O xCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2OxCaO.Al2O3.（n+1）H2O 式中:x表示1或2,土,Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O,1 4）碳酸化作用 所谓碳酸化作用，就是熟石灰和碳酸气起化学反应,当石灰土的表层碳酸化后则形成一层硬壳，而阻 碍CO2进一步渗入，因而碳化是个相当长的反应过
6、程，也是形成石灰土后期 强度的主要原因之一。,2、影响石灰土强度与稳定性,1)土质 土质，既要考虑其强度，还要考虑到施工时易于粉碎便于碾压成型。一般采用塑性指数1520的粘性土为好。塑性指数偏大的粘性土，要加强粉碎，具体要求 *土块不宜超过15mm。 *塑性指数大于15。 *硫酸盐类含量小于0.8 *腐殖质含量小于10,2）灰质： 石灰应是消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细的生石灰粉。 石灰质量应符合III级以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的存放时间。,3)石灰剂量 石灰剂量对石灰土强度影响显著，根据经验对于粘性土及粉性土为814；对砂性土则为916。剂量的确定应根据结构层技术要
7、求（强度和模量）进行混合料组成设计确定。,4)含水量 水是石灰土的重要组成部分。不同土质的石灰土有不问的最佳含水量，需通过标准击实试验确定，并用以控制施工所用水，水应干净可供饮用的水。,（5）密实度 (压实度) 它是首先通过击实试验（后面讲），确定设计配比下的最大干密度 ，然后在施工现场 通过环刀法、灌砂法、或核子密度仪等方法确定碾压后的干密度 ，即为压实度（或压实系数）K 实践证明，压实度每增加1%，石灰土的强度约增减4左右而且密实的石灰土，其抗冻性、水稳性很好，缩裂现象也少。因此压实度指标施工时控制的最主要指标。,环刀,灌砂筒,核子密度仪,挖 基 坑,（6）时间 一般石灰土初期强度低，前期
8、（12个月）增长速度较后期为快，半年约为一个月的一倍以上，并随时间增长，渐趋稳定。,7)养生条件 养生条件主要指温度与湿度。要求施工期的最低 温度应在5以上，并在第一次重冰陈(-3 -5)到来之前1个月。1个半月完成。 养生手段： 薄膜、草袋，撒水 石灰土应用：低等级公路（二级以下）的基层或任何等级的底基层,撒水养生,3石灰稳定土基层缩裂防治 控制压实：应略小于土的最佳含水量。 4、石灰土混合料设计* 1）确定最佳配比 （最佳石灰剂量） 主要通过击 实 试 验和抗压强度试验,12%,13%,14%,16%,10%,石灰剂量,5%,7%,9%,11%,13%,含水量,。同,分 别 做 击 实 试
9、 验,得最大干密度和最佳含水量,分别做抗压强度试验 得R,石灰土（无机稳定）基层设计流程,( 1) 制备同一种土样及试件 例如:石灰剂 量为：10，12，13，14，16%，五组土样 （2）击实试验： A、 试验目的 ： 确定最佳含水量W（%）和 最大干密度 maxd（g/cm3),做三种以上配比（即石灰剂量）土样，每组按试模再分成57组，分别加入不同剂量的水，在击实筒里击实，成为不同含水量的一组试件，例如：4%、6%、10%、12% 分别通过击实仪测出他们的干密度，绘制干密度曲线，,2 4 6 W 8 10 12 含水量,干密度d g/cm3 1.65 1.60,maxd,击实仪,B、试 验
10、过程,击实演示,反力框架及试模,（3）无侧限抗压强度试验 A、试验目的和仪器 制备抗压强度试件 每组土样分别按最佳含水量再制备6-8组试件,B、无侧限抗压强度试验过程 *每组土样分别按最佳含水量再制备6-8组试件 *试件在规定温度(北方冰冻地区为20 度，南方 非冰冻地区为25 度 )下保湿养生6d，浸水1d进行无侧限抗压强度试验，最后选定最佳的石灰剂量。 该组应结果满足,Rd设计抗压强度； Cv试验结果的偏差系数(小数计)； Za标准正态分布表中随保证率(或量信度)而变的系 数，重交通道路应取保证率95，此时Za = 1.645； 其他道路可取保证率为90，即Za 1.282。,基层抗压强度
11、试验仪,抗压强度试验演示,6 石灰土底基层的施工,1）备料 (1)石灰 a)石灰应符合表123的规定 b)生石灰应在使用前7-10天进行充分消解 成熟石灰粉 快使用，不宜存放过久e)上路摊铺前，应检测混合料中有效CaO+MgO含量，如达不到要求时 （2）土（前面） 2）配比设计 实际石灰剂量比设计值高出0.5-1% 松铺系数 3）施工,下承层准备与施工测量 施工前对下承层处理之后恢复中线，直线段每2025m设一桩，并曲线段每1015m设一桩，并在两侧路边缘外0.30.5m处设指示桩,在指示桩上用红漆标出基层(或底基层)边缘设计标高及松铺厚度的位置。 （1）备料,备料,A、路拌法 （2）摊铺,（
12、3）拌和撒水 a)石灰土拌和应采用拌和机(宝马机）拌和。 b)适当洒水(一般可比最佳含水量大1左右) c)在路基上铺拌时应随时检查拌和深度，严禁在底部 留有“素土”夹层。 e)在两工作段的搭接部分，应在前一段拌和后留5 8m不进行碾压，待后一段施工时 f)拌相机械及其它机械不宜在已压成的石灰土层上“ 调头”，如必须在亡进行“调头”时，应 采取措施保护“调头”部分。,B、场拌法 (4)拌和 a)石灰稳定土应在中心站用强制式拌和机 b) 备料(石灰、土、加水量)可按重量配比加水量要略大 于最佳含水量的2左右 (5)摊铺 a)可用稳定土摊铺机、沥青混凝土摊铺机或水泥混凝土摊饥摊铺混合料； (6)整型
13、 a)平地机刮平。 b) 稳压2遍，再用平地机进行整型再碾压一遍。 c)对局部低洼处，耙松并用新拌的灰土找补平整，再平地机整型一次。,（3）拌和撒水,7)碾压 (拌压间隔时间不得多于2d)。 a)混合料表面整型后应立即开始压实。混合料的压实 含水量应在最佳含水量的大1 b)用1215吨三轮压路机碾压时，每层压实厚度不应 超过15cm 用1820t三轮压路机或滚动压路碾 压时，每层压实厚度不应超过20cm。 c)直线段由两侧路肩向路中心碾压，超高段由内侧肩 向外侧路肩碾压，碾压时后轮应重叠1/2的轮宽， 一般需碾比68遍。压路机碾压速度，头两遍采 用1档(1.5-1.7km/h)为宜，以后用2档
14、(2.0-2.5 7km/h）路面两侧应多压23遍 d)严禁压路机在已完成的或正在碾压的路上“调头”和 急刹车， e) 碾压过程中，保持湿润，蒸发太快，应及时补充 洒水，以防表面开裂。,f)石灰土碾压中如出现 弹簧、松散、起皮等现象，应及时翻开晾晒或换新混合料重新拌和碾压。 g)在碾压结束之前用平地机再终平一次，使其纵向顺适、路洪和超高符合设汁要求。 h)一个作业段完成之后，应按检查压实度。一作业段检查6次，每1Km为610次。 要求： 二级以下： 基层 底基层 石灰稳定粗中粒土 97% 95% 石灰稳定细中粒土 93% 93% 高速或一级 石灰稳定粗中粒土 97% 石灰稳定细中粒土 95%
15、8)养生 ： 洒水,第四节 水泥稳定类基层 1.概述 1）水泥土 当用水泥稳定细粒土(砂性土、粉性土或粘性土)时， 简称水泥土。 适用：二级以下基层和任何等级的底基层 2）水泥稳定集料 适用：任何等级的基层（底基层浪费） 2强度形成原理 1) 水泥的水化作用（见道材主要的强度来源） 2）离子交换（与石灰土同C3S、C2S提供Ca+ ） 3）化学激发 （火山灰反应） 4）碳酸化反应,3影响强度的因素即材料要求 1)土质和集料 用水泥稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少；其次是砂性土再次之是粉性土和粘性土。要求土的塑性指数不大于17。土：凡能被粉碎的土都可用水泥稳定。宜做水泥稳定类基层的有：石渣、石屑、砂砾 对于二级公路以下的一般公路：当用水泥稳定上做底基层时，颗粒最人粒径不应超过37.5m m 高速一级为31.5m m 2)水泥的成分和剂量 水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长但过多的水泥经济不一定合理，水泥剂量为48较为合理。,3)含水量
