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1、第十二章 无机结合料稳定路面第一第一节 概述概述第二第二节 无机无机结合料合料稳定材料的物理力学特性定材料的物理力学特性第三第三节 石灰石灰稳定定类基基层（底基（底基层）第四第四节 水泥水泥稳定定类基基层第五第五节 工工业废渣渣稳定基定基层1第一节 概述1.无机无机结合料合料稳定路面定定路面定义 在粉碎的或原状松散的土中，在粉碎的或原状松散的土中，掺入一定量的无入一定量的无机机结合料合料(包括水泥、石灰或工包括水泥、石灰或工业废渣等渣等)和水，和水，经拌和得到的混合料拌和得到的混合料经压实、养生后，其抗、养生后，其抗压强度符合度符合规定要求的材料称定要求的材料称为无机无机结合料合料稳定材料，定
2、材料，以此修筑的路面称以此修筑的路面称为无机无机结合料合料稳定路面。定路面。2. 特点特点稳定性好，抗定性好，抗冻性性强、板体性好，具有一定的抗、板体性好，具有一定的抗拉拉强度，度，强度和度和刚度随着度随着龄期而增期而增长，经济性好；性好；干干缩温温缩大，耐磨性差；多用于基大，耐磨性差；多用于基层与底基与底基层2按按结结合料合料类类型分：型分：水泥水泥稳稳定材料定材料（水泥（水泥稳稳定碎石等）定碎石等）石灰石灰稳稳定材料定材料（石灰土等）（石灰土等）石灰工石灰工业废业废渣渣稳稳定材定材料料（石灰粉煤灰碎石，（石灰粉煤灰碎石，简简称二灰碎石）称二灰碎石）按土的按土的颗颗粒粒组组成分：成分：稳稳定
3、粗粒土定粗粒土（二灰（二灰稳稳定碎石等，常定碎石等，常用做基用做基层层）稳稳定中粒土定中粒土（水泥（水泥稳稳定砂定砂砾砾等，常等，常用做基用做基层层）稳稳定定细细粒土粒土（二灰（二灰稳稳定土等，常用定土等，常用做底基做底基层层）n分分类类：3第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性 1. 应力力应变特性特性 强度和模量随度和模量随龄期的增期的增长而不断增而不断增长，逐，逐渐具有具有一定的一定的刚性性性性质。对于水泥于水泥稳定定类材料，材料，设计龄期期为3个月，个月，对于于石灰或者石灰粉煤灰石灰或者石灰粉煤灰( (简称二灰称二灰) )稳定定类，设计龄期期为6个月。个月。4沥青混合料、级配碎石无机
4、结合料稳定材料水泥混凝土25000刚性由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性和刚性之间，因此也被称为“半刚性材料”。n“半刚性半刚性”的由来的由来5力学参数（MPa)28天90天180天28天180天90天180天R4.495.576.330.710.88Ep2093309738720.540.80sp0.4130.6340.8130.510.78Esp53392612870.410.72水泥水泥稳定碎石的力学特性指定碎石的力学特性指标与与龄期的关系期的关系 石灰粉煤灰石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指定碎石的力学特性指标与与龄期关系期关系 力学参数（MPa)28天90天180天28天180天90天
5、180天R3.105.758.360.370.69Ep1086199328590.380.70sp0.2190.5360.9130.410.59Esp35996017200.370.5662. 无机无机结合料合料稳定材料的疲定材料的疲劳特性特性 材料的抗材料的抗压强度是材料度是材料组成成设计的主要指的主要指标，由于无机由于无机结合料合料稳定材料的抗拉定材料的抗拉强度度远小于其抗小于其抗压强度，材料的抗拉度，材料的抗拉强度是路面度是路面结构构设计的主要的主要指指标。抗拉抗拉强度的度的测试方法：直接抗拉方法：直接抗拉试验、间接抗拉接抗拉试验、弯拉、弯拉试验。常用疲常用疲劳试验：弯拉疲：弯拉疲劳试验
6、和劈裂疲和劈裂疲劳试验。7无无侧限抗限抗压强度度试验间接拉伸接拉伸（劈裂）（劈裂）试验抗弯拉抗弯拉强度度试验8 室内疲室内疲劳试验设备（三分点加（三分点加载） 图示是弯拉疲示是弯拉疲劳试验，由于半，由于半刚性材料的性材料的变异性异性较大，大，用小梁做弯拉疲用小梁做弯拉疲劳不易成功，因此不易成功，因此实际常采用劈裂疲常采用劈裂疲劳试验。9二灰砂二灰砂砾( (小梁小梁) )应力力强度比疲度比疲劳寿命曲寿命曲线 散点概散点概率分布率分布曲线曲线回归的对数疲回归的对数疲劳曲线劳曲线 在一定的在一定的应力条件下，整体性材料的疲力条件下，整体性材料的疲劳寿命取决于材料的寿命取决于材料的强度和度和刚度。度。
7、强度愈大度愈大刚度愈小，其疲度愈小，其疲劳寿命就愈寿命就愈长。103. 干干缩特性特性1) 定定义 无机无机结合料拌和合料拌和压实后，由于水分后，由于水分挥发及其内部的水及其内部的水化作用，混合料水分不断减少。由此引起的毛化作用，混合料水分不断减少。由此引起的毛细作用、吸作用、吸附作用、分子附作用、分子间作用力、作用力、结晶、凝胶、碳化作用等会引起晶、凝胶、碳化作用等会引起无机无机结合料合料稳定材料体定材料体积收收缩。2) 主要主要评价指价指标:干干缩应变和干和干缩系数系数其中其中w是是试件件总失水量；失水量；l是是试件整体收件整体收缩量；量；l是是试件件长度度113) 收收缩量大小次序量大小
8、次序稳定粒料定粒料类：石灰：石灰稳定定类 水泥水泥稳定定类 石灰粉煤灰石灰粉煤灰稳定定类 稳定定细粒土：石灰土粒土：石灰土 水泥土和水泥石灰土水泥土和水泥石灰土 石灰粉煤灰土石灰粉煤灰土4. 温温缩特性特性 半半刚性材料由固相、液相和气相性材料由固相、液相和气相组成，其温成，其温缩是三是三相不同的温度收相不同的温度收缩性的性的综合效合效应的的结果。原材料中砂粒果。原材料中砂粒以上以上颗粒的温度收粒的温度收缩系数系数较小，粉粒以下的小，粉粒以下的颗粒温度收粒温度收缩性性较大。大。1) 定定义2) 主要主要评价指价指标:温温缩应变和温和温缩系数系数12其中其中C是收是收缩时温差；温差；l是是试件整
9、体收件整体收缩量；量；l是是试件件长度度3) 收收缩量大小次序量大小次序石灰土砂石灰土砂砾悬浮二灰碎石密浮二灰碎石密实型二灰碎石、水泥砂型二灰碎石、水泥砂砾5. 不同不同阶段半段半刚性材料的收性材料的收缩1) 修建初期修建初期 半半刚性基性基层同同时受到干燥收受到干燥收缩和温度收和温度收缩的的综合作用，合作用，必必须注意养生保注意养生保护，但此，但此时以以干燥收干燥收缩为主。主。132) 铺筑筑沥青面青面层后后 基基层内相内相对湿度略有增大，使材料的含水量由回升湿度略有增大，使材料的含水量由回升趋于于平衡，平衡，这时半半刚性基性基层的的变形以形以温度收温度收缩为主。主。6. 应用局限性用局限性
10、稳定定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等用作高等级沥青路面的基青路面的基层，宜用于底基，宜用于底基层。1. 稳定定细粒土的干粒土的干缩和温和温缩性均性均较稳定粗粒土的干定粗粒土的干缩和温和温缩性大很多，因此性大很多，因此稳定定细粒土基粒土基层可能会可能会产生相生相对更加更加严重的收重的收缩裂裂缝，并反射到，并反射到沥青面青面层上形成反射裂上形成反射裂缝。2. 裂裂缝产生后，雨水的生后，雨水的进入会加入会加剧沥青路面的病害。青路面的病害。3. 稳定定细粒土基粒土基层对施工施工环境和工序的要求更加境和工序的要求更加严格，会格，会导致施
11、工致施工污染或者施工染或者施工质量差等不利情况。量差等不利情况。14第三节 石灰稳定类基层石灰石灰剂量量= =石灰石灰质量量/ /干土干土质量量一、一、强度形成原理度形成原理1. 离子交离子交换作用作用土具有胶体性土具有胶体性质，表面，表面带负电荷，并吸附荷，并吸附Na+，H+，K+ ，石灰中的，石灰中的Ca2+会与其会与其发生离子交生离子交换作用，形成作用，形成钙土，土，减小了土减小了土颗粒表面水膜厚度，形成粒表面水膜厚度，形成稳定定结构。构。2. 结晶作用晶作用Ca(OH)2+nH2OCa(OH)2.nH2O3. 火山灰作用火山灰作用15熟石灰中的游离熟石灰中的游离Ca2+与土中的与土中的
12、SiO2和和Al2O3作用生成含作用生成含水的硅酸水的硅酸钙和和铝酸酸钙的化学反的化学反应就是火山灰作用。生成的就是火山灰作用。生成的两种物两种物质均均为胶凝物胶凝物质，具有水硬性。，具有水硬性。4. 碳酸化作用碳酸化作用 Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O小小结：四种作用中，离子交：四种作用中，离子交换作用与火山灰作用是主要作用与火山灰作用是主要的，是构成石灰土早期的，是构成石灰土早期强度的主要因素，后期度的主要因素，后期强度靠碳度靠碳酸化作用和酸化作用和结晶作用。晶作用。 由于石灰与土由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土生了一系列的相互作用，从而使土的性的性质发生根本的改生根
13、本的改变。在初期，主要表。在初期，主要表现为土的土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减少等。后期度减少等。后期主要表主要表现为结晶晶结构的形成，从而提高其板体性、构的形成，从而提高其板体性、强度度和和稳定性。定性。16三、影响三、影响强度因素度因素1. 土土质各种成因土都可用石灰各种成因土都可用石灰稳定，更适宜于定，更适宜于稳定粘性土，尤定粘性土，尤其是塑性指数其是塑性指数为1520的粘性土。的粘性土。2. 灰灰质 石灰石灰应用消石灰粉或生石灰粉，用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一高速公路或一级公路公路宜用磨宜用磨细生石灰粉。并要尽量生石灰粉。并要尽
14、量缩短石灰的存放短石灰的存放时间。3. 石灰石灰剂量量常用最佳常用最佳剂量范量范围，对于粘性土及粉性土于粘性土及粉性土为814；对砂性土砂性土则为916。最。最终根据根据结构构层技技术要求要求进行混行混合料合料组成成设计。174. 含水量含水量 水促使石灰土水促使石灰土发生物理化学生物理化学变化，形成化，形成强度；便于土的粉碎度；便于土的粉碎、拌和与、拌和与压实，并且有利于养生。不同土，并且有利于养生。不同土质的石灰土有不同的的石灰土有不同的最佳含水量，通最佳含水量，通过击实试验确定。确定。5. 密密实度度 石灰土的石灰土的强度随密度随密实度的增加而增度的增加而增长。实践践证明，石灰土明，石灰
15、土的密的密实度每增减度每增减1%，强度度约增减增减4%左右。而密左右。而密实的石灰土，的石灰土，其抗其抗冻性、水性、水稳定性也好，定性也好，缩裂裂现象也少象也少 。6. 石灰土的石灰土的龄期期 石灰土石灰土强度具有随度具有随龄期增期增长的特点。一般石灰土初期的特点。一般石灰土初期强度度低，前期低，前期( (12个月个月) )增增长速率速率较后期后期为快。快。1个月抗个月抗压强度度达到达到30 ，3个月达到个月达到60，设计龄期期为6个月。个月。187. 养生条件养生条件 温度温度温度高温度高时，物理化学反，物理化学反应、硬化、硬化、强度增度增长快，反之快，反之强度增度增长慢慢 ；湿度湿度一定潮
16、湿条件下养生一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生度的形成比在一般空气中养生要好。要好。三、石灰土的三、石灰土的应用用 1.1.低低剂量（量（34%）用于地基）用于地基处理，高理，高剂量用于二量用于二级以下公以下公路基路基层或底基或底基层. .2.2.石灰石灰稳定定细粒土吸水性、透水性和水粒土吸水性、透水性和水稳定性定性较差，不宜直差，不宜直接用作接用作沥青路面的基青路面的基层; ;3.3.冰冰冻地区的潮湿路段或其他地区的地区的潮湿路段或其他地区的过湿路段，不宜采用石湿路段，不宜采用石灰土做基灰土做基层；4.4.不宜用作水泥路面的基不宜用作水泥路面的基层。19四、石灰四、石灰稳定土基定
17、土基层缩裂防治裂防治1）严格控制格控制压实含水量：石灰含水量：石灰稳定土含水量定土含水量过多多产生的生的干干缩裂裂缝显著，著，压实时含水量略小于最佳含水量。含水量略小于最佳含水量。2）严格控制格控制压实标准：准：压实度小度小时产生的干生的干缩比比压实度度大大时严重，重，应尽可能达到最大尽可能达到最大压实度。度。3）干干缩发生在成型初期，要重生在成型初期，要重视初期养初期养护，保，保证石灰土石灰土表面表面处于潮湿状况，禁防干晒。于潮湿状况，禁防干晒。4）石灰石灰稳定土施工定土施工结束后可及早束后可及早铺筑面筑面层，使石灰土基，使石灰土基层含水量不含水量不发生大大生大大变化，可减化，可减轻干干缩裂
18、隙。裂隙。5）温温缩的最不利季的最不利季节是材料是材料处于最佳含水量附近，而且于最佳含水量附近，而且温度在温度在0-10时。因此施工要在当地气温。因此施工要在当地气温进入入0前一前一个月个月结束，以防在不利季束，以防在不利季节产生生严重温重温缩。206) 在在满足足强度要求情况下，尽可能度要求情况下，尽可能选择较低低剂量的无机料；量的无机料；在石灰在石灰稳定土中定土中掺加加606070%70%的集料，可提高的集料，可提高强度、度、稳定定性、抗裂性。性、抗裂性。7) 反射裂反射裂缝防治防治(1)(1)设置置沥青碎石、青碎石、沥青青贯入式入式联结层；(2)(2)铺筑碎石隔离筑碎石隔离过渡渡层或玻璃
19、或玻璃纤维网格；网格；(3)(3)提高提高沥青下面青下面层抗裂性能。抗裂性能。五、石灰五、石灰稳定土混合料定土混合料设计 根据根据强度度标准，通准，通过试验选取合适的土，确定最佳的取合适的土，确定最佳的石灰石灰剂量和混合料的最佳含水量。量和混合料的最佳含水量。石灰土的石灰土的强度度标准根据相准根据相应的公路等的公路等级和在路面和在路面结构构中的中的层位而定。在位而定。在规定温度保湿养生定温度保湿养生6d、浸水、浸水1d后无后无侧限抗限抗压强度度1. 石灰土的石灰土的强度度标准准212. 混合料的混合料的设计步步骤1）制制备试样（同一种土（同一种土样，不同石灰，不同石灰剂量量 ）2）重型重型击实
20、试验（确定最佳含水量、最大密（确定最佳含水量、最大密实度）度）3）制制备强度度试件（按最佳含水量与工地件（按最佳含水量与工地预期达到的期达到的压实密密度）度） 4）在在规定温度下养定温度下养护（保湿（保湿6天，浸水一天）天，浸水一天）5）强度度试验6）选择剂量量7）工地工地实际采用石灰采用石灰剂量（多量（多）6. 石灰土基石灰土基层的施工的施工备料料确定配比确定配比摊铺土料土料整平，整平，调整含水量整含水量铺石灰石灰拌和拌和整平整平压实整型整型养养护22第四节 水泥稳定类基层一、一、强度形成原理度形成原理 1.水泥的水化作用；水泥的水化作用；2.离子交离子交换作用；作用；3.化学激化学激发作用
21、；作用；4.碳酸化作用。碳酸化作用。二、影响二、影响强度的因素度的因素 1. 土土质1 1）稳定定级配良好的碎配良好的碎( (砾) )石和砂石和砂砾，效果最好，不但，效果最好，不但强度高，度高，而且水泥用量少；而且水泥用量少；2 2）其次是砂性土，再次之是粉性土和粘性土；）其次是砂性土，再次之是粉性土和粘性土；3 3）重粘土）重粘土难于粉碎和拌和，不宜于粉碎和拌和，不宜单独用水泥来独用水泥来稳定，一般要求定，一般要求土的塑性指数不大于土的塑性指数不大于1717232. 水泥的成分和水泥的成分和剂量量 1 1）硅酸）硅酸盐水泥的水泥的稳定效果好，而定效果好，而铝酸酸盐水泥水泥较差；差；2 2）不
22、宜用快硬水泥、早）不宜用快硬水泥、早强水泥、禁用受潮水泥、禁用受潮变质的水泥，不需的水泥，不需要使用高要使用高标号水泥；号水泥；3 3）高）高剂量成本高、干量成本高、干缩大，大，48较为合理；合理；4 4）稳定粒料的水泥定粒料的水泥剂量低于量低于稳定定细粒土的粒土的剂量。量。 3. 含水量含水量 水泥正常水化所需的水量水泥正常水化所需的水量约为水泥重的水泥重的20%，对于砂性土，于砂性土，完全水化达到最高完全水化达到最高强度的含水量度的含水量较最佳密度的含水量最佳密度的含水量为小；小；而而对于粘性土于粘性土则相反相反。 4. 施工工施工工艺过程程241 1）水泥土从开始加水拌和到完成）水泥土从
23、开始加水拌和到完成压实的延的延迟时间要尽可能要尽可能最短，一般要在最短，一般要在6h以内；以内；2 2）尽量使用低）尽量使用低标号水泥，有号水泥，有时可以使用可以使用缓凝凝剂；3 3）需湿法养生）需湿法养生 ；4 4）养生温度愈高，）养生温度愈高，强度增度增长的愈快。的愈快。 25第五节 工业废渣类基层n公路工程中公路工程中应用的工用的工业废渣主要是指工渣主要是指工业生生产过程中程中产生生的具有一定水硬性特点的无机工的具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰、煤料，如：粉煤灰、煤渣、渣、钢渣、高炉渣、渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料的无机工渣及各种下脚料的无机工业废料，料，如：粉煤灰、煤渣、如：粉煤灰、煤渣、钢渣、高炉渣、渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。渣及各种下脚料。n工工业废渣材料主要用渣材料主要用石灰石灰与之与之综合合稳定，形成石灰工定，形成石灰工业废渣材料或石灰粉煤灰渣材料或石灰粉煤灰废渣材料。渣材料。26
