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1、稳定土材料稳定土材料一、概述一、概述1.1.定义：定义：稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺稳定土是在粉碎的或原来松散的土中，掺入足量的石灰、水泥、工业废渣及其它材料后，经入足量的石灰、水泥、工业废渣及其它材料后，经拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，拌合、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的一种材料。整体性和水稳定性均较好的一种材料。2.2.特点特点：耐磨性较差，不宜作路面面层，常用作路面的基：耐磨性较差，不宜作路面面层，常用作路面的基 层和底基层。层和底基层。稳定土材料具有较大的抗变形能力，称为半刚性基稳定土材料具有较大的抗变形能力，称为半刚性基层稳定土材
2、料。层稳定土材料。.稳定土材料包括：稳定土材料包括：石灰稳定土、水泥稳定土石灰工业废石灰稳定土、水泥稳定土石灰工业废 渣稳定土和综合稳定土。渣稳定土和综合稳定土。二、稳定土的组成二、稳定土的组成（一）稳定土的基本材料（一）稳定土的基本材料土土土的矿物成分对稳定土性质具有重要影响，除有机质土的矿物成分对稳定土性质具有重要影响，除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各类砂砾土、砂土、粉土和粘或硫酸盐含量高的土以外，各类砂砾土、砂土、粉土和粘土都可以用作无机结合稳定材料。一般规定土的液限不大土都可以用作无机结合稳定材料。一般规定土的液限不大于于4040，塑性指数不大于，塑性指数不大于2020。、级配良好的
3、土用无机结合料稳定时，可节约无机、级配良好的土用无机结合料稳定时，可节约无机结合料用量，可取得满意效果；结合料用量，可取得满意效果；、重粘土中粘土颗粒含量多，不易粉碎和拌和；、重粘土中粘土颗粒含量多，不易粉碎和拌和；、粉质粘土的稳定效果最佳；、粉质粘土的稳定效果最佳；我国规范按照土中单个颗粒的粒径大小和组成，将土分我国规范按照土中单个颗粒的粒径大小和组成，将土分为：粗粒土、中粒土和细粒土。为：粗粒土、中粒土和细粒土。 根据土粒大小及土的塑性指数，又把地基土（岩）分为根据土粒大小及土的塑性指数，又把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土。岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土。 液限液限(W
4、(WL L):):粘性土由可塑状态转变成流动状态时的分界含粘性土由可塑状态转变成流动状态时的分界含水量。水量。 塑限（塑限（W WP P）：土由半固态转到可塑状态的界限含水量。）：土由半固态转到可塑状态的界限含水量。 （二）稳定土的外掺材料（二）稳定土的外掺材料.石灰石灰作用：石灰可使土粒胶结成为整体，密实性提高，水稳作用：石灰可使土粒胶结成为整体，密实性提高，水稳性提高，强度提高。性提高，强度提高。各种化学组成的石灰均可用于稳定土，在剂量不大的情各种化学组成的石灰均可用于稳定土，在剂量不大的情况下，钙质石灰比镁质石灰稳定土的初期强度大。镁质石灰况下，钙质石灰比镁质石灰稳定土的初期强度大。镁质
5、石灰稳定土在剂量较大时，后期强度优于钙质石灰稳定土。石灰稳定土在剂量较大时，后期强度优于钙质石灰稳定土。石灰的最佳剂量，对粘性土和粉性土为干土重的的最佳剂量，对粘性土和粉性土为干土重的8%16%，对砂，对砂性土为干土重的性土为干土重的10%18%。.水泥水泥各种类型的水泥都可以用于稳定土。同一种土，硅酸盐各种类型的水泥都可以用于稳定土。同一种土，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥稳定效果好。在水泥矿物成分相同、硬化水泥比铝酸盐水泥稳定效果好。在水泥矿物成分相同、硬化条件相似的情况下，其强度随水泥比表面积和活性的增大而条件相似的情况下，其强度随水泥比表面积和活性的增大而提高。稳定土的强度还与水泥用量有关，但
6、水泥用量不存在提高。稳定土的强度还与水泥用量有关，但水泥用量不存在最佳水泥用量，而存在一个经济用量。通常在保证土的性质最佳水泥用量，而存在一个经济用量。通常在保证土的性质能起根本变化，且能保证稳定土达到所规定的强度和稳定性能起根本变化，且能保证稳定土达到所规定的强度和稳定性的前提下，取尽可能低的水泥用量。的前提下，取尽可能低的水泥用量。.粉煤灰粉煤灰石灰粉煤灰可用来稳定各种粒料和土，又称二灰土。石灰粉煤灰可用来稳定各种粒料和土，又称二灰土。 干和湿粉煤灰都可以应用。本身不具有或有很小的粘结干和湿粉煤灰都可以应用。本身不具有或有很小的粘结性，但它以细分散状态与水和消石灰混合，可以发生反应形性，但
7、它以细分散状态与水和消石灰混合，可以发生反应形成具有粘结性的化合物。成具有粘结性的化合物。作用：加入土中起填充作用，与石灰反应的产物也起胶作用：加入土中起填充作用，与石灰反应的产物也起胶结作用。由此改善稳定土的水稳定性，提高强度与密实度。结作用。由此改善稳定土的水稳定性，提高强度与密实度。4.含水量含水量水分是稳定土的一个重要组成部分。所用水分应能满足水分是稳定土的一个重要组成部分。所用水分应能满足稳定土形成强度的需要，同时使稳定土在压实时具有一定的稳定土形成强度的需要，同时使稳定土在压实时具有一定的塑性，达到所需要的塑性，达到所需要的压实度压实度。水分还可使稳定土在养生时具。水分还可使稳定土
8、在养生时具有一定的湿度，有一定的湿度，最佳含水量最佳含水量用重型击实试验法确定。用重型击实试验法确定。压实度：压实度：工地上实际达到的干密度与室内标准击实试验所得工地上实际达到的干密度与室内标准击实试验所得到的最大干密度的比值，到的最大干密度的比值， 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。控制填土工程的施工质量。 压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征现场压实后的密度状况，压实度越高，密度越大，材料整体现场压实后的密度状况，压实度越高，密度越大，材料整体性
9、能越好。性能越好。 最佳含水量：最佳含水量：当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大，而当干密度增大至某一值后，含水率继续增加增加而增大，而当干密度增大至某一值后，含水率继续增加反而招致干密度的减小，干密度的这一最大值称为该击数下反而招致干密度的减小，干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量即为最佳含水量。的最大干密度，与它对应的含水量即为最佳含水量。三、稳定土的性质三、稳定土的性质（一）强度（一）强度.强度形成原理强度形成原理）离子交换作用）离子交换作用离子交换作用指稳定剂中高价阳离子在一定条件下替换离子交换作用指稳定剂中
10、高价阳离子在一定条件下替换土中某些低价金属离子的作用（通过离子交换作用使土粒凝土中某些低价金属离子的作用（通过离子交换作用使土粒凝聚而增强粘聚力，并使水稳性提高）。聚而增强粘聚力，并使水稳性提高）。）碳酸化作用）碳酸化作用碳酸化作用指消解石灰或水泥水化产物氢氧化钙吸碳酸化作用指消解石灰或水泥水化产物氢氧化钙吸附空气中的气体，生成碳酸钙的过程。附空气中的气体，生成碳酸钙的过程。 CaCO3是坚硬的结晶体，它和其生成的复杂盐类把是坚硬的结晶体，它和其生成的复杂盐类把土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。）结晶作用）结晶作用土中氢氧化钙浓度达到一
11、定时，氢氧化钙即会由饱土中氢氧化钙浓度达到一定时，氢氧化钙即会由饱和溶液转变成为过饱和溶液，形成晶体。（由此土的密和溶液转变成为过饱和溶液，形成晶体。（由此土的密实度得以改善，强度提高，水稳性也因晶体氢氧化钙溶实度得以改善，强度提高，水稳性也因晶体氢氧化钙溶解质比氢氧化钙小而改善）。解质比氢氧化钙小而改善）。）火山灰作用）火山灰作用由和在氢氧化钙激发下产生的化学反应，生成类似由和在氢氧化钙激发下产生的化学反应，生成类似水泥的水化产物水泥的水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙。火山灰作用的水水化硅酸钙和水化铝酸钙。火山灰作用的水化产物和结晶氢氧化钙在团粒外围形成一层稳定的保护膜，具有化产物和结晶氢氧化
12、钙在团粒外围形成一层稳定的保护膜，具有很强的粘结力，并阻止水分进入，使土的水稳定性提高。很强的粘结力，并阻止水分进入，使土的水稳定性提高。 ）硬凝反应）硬凝反应硬凝反应就是水泥水化反应生成胶结性很强的各种物质。硬凝反应就是水泥水化反应生成胶结性很强的各种物质。 ）吸附作用）吸附作用某些稳定剂加入土中后能吸附于土颗粒表面，使土颗粒表面某些稳定剂加入土中后能吸附于土颗粒表面，使土颗粒表面具有憎水性或使土颗粒表面黏结性增加。具有憎水性或使土颗粒表面黏结性增加。石灰土强度的形成原理：离子交换作用；结晶作用；碳酸化石灰土强度的形成原理：离子交换作用；结晶作用；碳酸化 作用及火山灰作用。作用及火山灰作用。
13、水泥稳定土强度的形成原理：离子交换作用；硬凝反应及碳水泥稳定土强度的形成原理：离子交换作用；硬凝反应及碳 酸化作用。酸化作用。. .影响土强度的因素影响土强度的因素）土质）土质）稳定剂品种及其用量）稳定剂品种及其用量用石灰作稳定剂时，须测定石灰中有效和的含量。用石灰作稳定剂时，须测定石灰中有效和的含量。用水泥作稳定剂时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好，且不用水泥作稳定剂时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好，且不宜采用快硬和早强水泥。宜采用快硬和早强水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加（石灰稳定土的强水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加（石灰稳定土的强度一般存在最佳剂量，超过或低于此值石灰稳定土
14、强度降低）。度一般存在最佳剂量，超过或低于此值石灰稳定土强度降低）。）含水量）含水量一般在最佳含水量下压实的干密度较大的试件强度也高。一般在最佳含水量下压实的干密度较大的试件强度也高。）密实度）密实度密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高。密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高。 ）施工时间长短）施工时间长短施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土而言，水泥稳施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土而言，水泥稳定土开始加水拌和到完全压实的时间要尽可能短，一般不超定土开始加水拌和到完全压实的时间要尽可能短，一般不超过小时。若碾压时间或湿拌时间过长，水泥会部分结硬，过小时。若碾压时间或湿拌时间过长
15、，水泥会部分结硬，影响水泥稳定土的压实度。影响水泥稳定土的压实度。）养生条件）养生条件稳定土强度发展需适当的温度湿度。对于水泥稳定土在稳定土强度发展需适当的温度湿度。对于水泥稳定土在开始养护的三天必须施以充足的洒水养护。开始养护的三天必须施以充足的洒水养护。（二）稳定土材料的变形性能（二）稳定土材料的变形性能. .缩裂特性缩裂特性）干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，水）干缩：随着无机结合料稳定土强度的不断形成，水分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变形受到约束时，分逐渐消耗以及蒸发，体积发生收缩，收缩变形受到约束时，逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。逐渐产生裂缝，即为干缩裂缝。 ）温缩：无
16、机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随着）温缩：无机结合料稳定土具有热胀冷缩性质，随着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂缝。束时，逐渐形成裂缝，即为温缩裂缝。. .裂缝防治措施裂缝防治措施改善土质；控制含水量及压实度；掺入一定量的粗粒料。改善土质；控制含水量及压实度；掺入一定量的粗粒料。（三）稳定土材料的疲劳特性（三）稳定土材料的疲劳特性 石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，但水石灰粉煤灰稳定材料的抗疲劳性能优于水泥砂砾，但水泥稳定土的强度因素对提高疲劳寿命也有利。泥稳定土的强度因素对提高疲
17、劳寿命也有利。 （四）稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性（四）稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性 用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。用浸水强度试验和冻融循环试验来评价。 影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：土类、稳影响稳定土材料水稳定性和冰冻稳定性的因素有：土类、稳定剂种类及剂量、密实度及龄期。定剂种类及剂量、密实度及龄期。四、稳定类材料组成设计四、稳定类材料组成设计（一）（一） 设计标准：主要考虑强度和耐久性设计标准：主要考虑强度和耐久性 我国公路路面基层施工技术规范规定：混合料进行我国公路路面基层施工技术规范规定：混合料进行设计时，仅采用一个设计标准，即无侧限抗压强度。设计时，仅采用一个
18、设计标准，即无侧限抗压强度。 组成设计的基本原则：组成设计的基本原则：结合料剂量合理，结合料剂量太结合料剂量合理，结合料剂量太低不能成为半刚性材料，剂量太高则刚度太大，容易脆裂。低不能成为半刚性材料，剂量太高则刚度太大，容易脆裂。集料的级配以集料的数量达到靠拢而不紧密为原则，其空隙集料的级配以集料的数量达到靠拢而不紧密为原则，其空隙让无机结合料填充，形成各自发挥优势的稳定结构。因此，让无机结合料填充，形成各自发挥优势的稳定结构。因此，较为理想的基层材料应是石灰、粉煤灰、水泥综合稳定粒料较为理想的基层材料应是石灰、粉煤灰、水泥综合稳定粒料类半刚性材料。采用综合稳定时，水泥可提高早期强度，石类半刚
19、性材料。采用综合稳定时，水泥可提高早期强度，石灰可使刚度不会太大，掺入一定粉煤灰可以降低收缩系数。灰可使刚度不会太大，掺入一定粉煤灰可以降低收缩系数。（二）（二） 材料组成设计步骤材料组成设计步骤 .原材料试验原材料试验 原材料试验主要包括基础材料和稳定剂性质试验原材料试验主要包括基础材料和稳定剂性质试验 。（1）土的筛分试验或压碎值试验，液限和塑性指数，相对密）土的筛分试验或压碎值试验，液限和塑性指数，相对密 度及击实试验；度及击实试验；（2）石灰的钙、镁含量；）石灰的钙、镁含量；（3）水泥的胶砂强度及凝结时间。）水泥的胶砂强度及凝结时间。 .拟定混合料配合比拟定混合料配合比（1）选定不同的
20、稳定料剂量，制备同一种土样的混合料试）选定不同的稳定料剂量，制备同一种土样的混合料试 件若干个（建议的剂量见规范）；件若干个（建议的剂量见规范）；（2）按工地预定达到的压实度，确定混合料的最佳含水量和）按工地预定达到的压实度，确定混合料的最佳含水量和 最大干密度。最大干密度。（3）按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行强度试）按最佳含水量和计算得的干密度制备试件，进行强度试 验。验。.试件的强度试验试件的强度试验：试件在规定温度下保湿养生：试件在规定温度下保湿养生6d，浸水一天，浸水一天 后，按公路工程无机结合料稳定材料试验规程进行无侧后，按公路工程无机结合料稳定材料试验规程进行无侧 限抗
21、压强度试验。并计算试验结果的平均值和偏差系数。选限抗压强度试验。并计算试验结果的平均值和偏差系数。选 定最适宜于用水泥或石灰稳定的材料（包括土），规定施工中定最适宜于用水泥或石灰稳定的材料（包括土），规定施工中 所用的结合料剂量，为工地提供质量评定标准。所用的结合料剂量，为工地提供质量评定标准。 如试验结果的偏差系数大于表中规定的值，则应重作试如试验结果的偏差系数大于表中规定的值，则应重作试验，并找出原因，加以解决。如不能降低偏差系数，则应验，并找出原因，加以解决。如不能降低偏差系数，则应增加试验数量。增加试验数量。注意：注意： 工地实际采用水泥剂量应比室内试验确定的剂量多工地实际采用水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%0.5%1.0%1.0%。采用集中厂拌法施工时，可只增加。采用集中厂拌法施工时，可只增加0.5%0.5%；采用路拌法施；采用路拌法施工时，宜增加工时，宜增加1%1%。水泥的最小剂量应符合规范的规定。水泥的最小剂量应符合规范的规定。.选定石灰或水泥剂量选定石灰或水泥剂量此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度应满足：此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度应满足：
