第十二章 无机结合料稳定路面(1)

1、l概述概述l物理力学特性物理力学特性l石灰稳定类基层（底基层）石灰稳定类基层（底基层）l水泥稳定类基层水泥稳定类基层l工业废渣稳定基层工业废渣稳定基层1、无机结合料稳定材料及特点、无机结合料稳定材料及特点无机结合料稳定材料定义无机结合料稳定材料定义:在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水泥、或石灰、或工业废渣等无机结合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后，其抗压强度符合规定要求的材料。由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料（如沥青混合料）和刚性材料（如水泥混凝土）之间，所以也称为半刚性半刚性材料材料，由其铺筑的结构层称为半刚性层。 无机结合料稳定材料的特点无机结合料稳定材料的特点:整体性好，

2、具有一定的抗拉强度；稳定性好，抗冻性强；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；干缩温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。2、无机结合料稳定材料的不同种类、无机结合料稳定材料的不同种类 （1）土：细粒土、粗粒土、巨粒土（2）无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等（3）无机结合料稳定种类：1)细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土2)粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂3)无土：二灰、二渣、水泥矿渣等工程实例水泥稳定碎石的摊铺水泥稳定碎石的摊铺水泥稳定碎石的碾压水泥稳定碎石的碾压1、无机结合料稳定材料的应力、无机结合料稳定材料的应力应变特性应变特

3、性（1）强度和模量强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不同；（2）有较好的整体性整体性，具有一定的抗拉性能；（3）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回弹模量、抗弯拉强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温缩等来衡量材料的性能；（4）应力应力应变特性应变特性与原材料和结合料的性质与用量、混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。无机结合料稳定材料的强度随时间而变化，所以要按不不同龄期同龄期（7d、28d、90d、180天等）来测定试件的强度，抗压和劈裂测定圆柱体试件，在材料试验机上进行。无侧限抗压强度试验示意图无侧限抗压强度试验示意图劈裂试验劈裂试验2、无机结合料稳定材料的设计

4、龄期、无机结合料稳定材料的设计龄期l设计龄期：设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期为对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期为90天，对于石灰天，对于石灰或者二灰稳定类的龄期为或者二灰稳定类的龄期为180天，水泥粉煤灰稳定类为天，水泥粉煤灰稳定类为120天。天。l设计指标：设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）是强度，因此

5、抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计路面结构设计的主要指的主要指标，抗压强度是标，抗压强度是材料组成设计材料组成设计的主要指标。的主要指标。3、疲劳特性、疲劳特性所谓疲劳疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强度会随着作用次数的增加而降低的现象；无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳劈裂疲劳；无机结合料的疲劳寿命一般取决于重复应力与重复荷载作用前的一次一次性极限应力的比值。性极限应力的比值。试验证明，用双对数方程双对数方程或单对数方程单对数方程表示较合理,为：双对数方程:单对数方程：有如下结论：有如下结论：（1）通过不同应力比(应变水平)疲劳试验可测绘出疲劳曲线；（2）在一定的应力水平条件下，材

6、料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度，强度愈大刚度愈小，疲劳寿命就愈长；（3）f/s悬浮二灰粒料（悬浮二灰粒料（15.310-6）密实式二灰粒料（密实式二灰粒料（11.410-6）和水泥砂砾（）和水泥砂砾（57水泥剂水泥剂量为量为101510-6）l施工注意事项施工注意事项（1）注意无机结合料稳定材料类型选择；）注意无机结合料稳定材料类型选择； 稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于：用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于：稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温稳定细粒土的干缩和温缩性均

7、较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此缩性大很多，因此稳定细粒土基层稳定细粒土基层可能会产生相对更加严可能会产生相对更加严重的重的收缩裂缝收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成，并反射到沥青面层上形成反射裂缝反射裂缝；裂缝产生后，裂缝产生后，雨水雨水的浸入会加剧沥青路面的病害；的浸入会加剧沥青路面的病害；稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染或者施工质量差等不利情况。导致施工污染或者施工质量差等不利情况。l施工注意事项施工注意事项（1）注意无机结合料稳定材料类型选择；）注意无机结合料稳定材料类型选择；（2）注意施工季节；）注意施工

8、季节；（3）注意材料组成设计；）注意材料组成设计；（4）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围；）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围；（5）注意养生与保湿；）注意养生与保湿；（6）注意减少施工车辆的养生期间的作用。）注意减少施工车辆的养生期间的作用。1、石灰稳定（底）基层、石灰稳定（底）基层在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求抗压强度

9、符合规定要求的路面（底）的路面（底）基层称为石灰稳定类（底）基层。用石灰稳定细粒土得到的混基层称为石灰稳定类（底）基层。用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定的抗弯强石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般可用于低等级公路的一般可用于低等级公路的基层或底基层。基层或底基层。石灰稳定土因其水稳定性较差，石灰稳定土因其水稳定性较差，不应做高速公路或一级公路不应做高速公路或一级公路的基层的

10、基层，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层2、石灰稳定材料的强度形成机理、石灰稳定材料的强度形成机理 1）离子交换作用）离子交换作用 土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离子、钾离子土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离子、钾离子和氢离子，石灰中的钙离子会与其发生离子交换作用，形成钙和氢离子，石灰中的钙离子会与其发生离子交换作用，形成钙土，减小了土颗粒表面水膜厚度，分子引力增加。土，减小了土颗粒表面水膜厚度，分子引力增加。 2）碳酸化作用）碳

11、酸化作用 生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度和水稳性，生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度和水稳性，它对土的胶结作用使土得到了加固。它对土的胶结作用使土得到了加固。 石灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二氧化碳的石灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二氧化碳的进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土后期强度的主要原因。进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土后期强度的主要原因。3）结晶作用）结晶作用 经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体，晶体间能经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体，晶体间能够相互结合，与土形成共晶体，从而使得土粒胶结成整体。够相互结合，与土形成共晶体，从而

12、使得土粒胶结成整体。 4）火山灰作用）火山灰作用 土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，同时必须增土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，同时必须增加土的碱性；加土的碱性； 火山灰作用生成物具有水硬性性质，是构成石灰土早期强火山灰作用生成物具有水硬性性质，是构成石灰土早期强度的主要原因。度的主要原因。2、石灰稳定材料的强度形成机理、石灰稳定材料的强度形成机理 四种作用中，主要是四种作用中，主要是离子交换作用与火山灰作用离子交换作用与火山灰作用，是构，是构成石灰土早期强度的主要因素，后期强度则更多源于碳酸化作成石灰土早期强度的主要因素，后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶作用。用和结晶作用。 由

13、于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。在初期，主要表现为质发生根本的改变。在初期，主要表现为土的结团、塑性降低、土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减小最佳含水量增加和最大密实度减小等。后期主要表现为结晶结等。后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。3、石灰稳定材料的强度影响因素、石灰稳定材料的强度影响因素 1）土质：）土质：各种成因土都可用石灰稳定，但各种成因土都可用石灰稳定，但塑性指数低于塑性指数低于10以下的低塑以下的低塑性土性土（这与水泥稳

14、定土刚好相反）不适宜用石灰稳定，石灰更（这与水泥稳定土刚好相反）不适宜用石灰稳定，石灰更适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在1220的粘性土。的粘性土。原因：原因：粘性颗粒的活性强、比表面积大、表面能大，掺入石粘性颗粒的活性强、比表面积大、表面能大，掺入石灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，因此石灰土强度随灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，因此石灰土强度随土塑性指数的增加而增大。重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是土塑性指数的增加而增大。重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。3、石灰稳定材料的强度影响因

15、素、石灰稳定材料的强度影响因素 2）灰质：）灰质： 石灰应采用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路石灰应采用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，级以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的存放时间。并要尽量缩短石灰的存放时间。3）石灰剂量）石灰剂量 石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率，即：石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率，即： 石灰剂量石灰质量干土质量。石灰剂量石灰质量干土质量。 石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。在石灰剂量石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。在石灰剂

16、量较低时（小于较低时（小于34），起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水），起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强度、和易性等得到改善；随着剂量量减小，使土的密实度、强度、和易性等得到改善；随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围后，强度的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围后，强度反而降低。反而降低。 常用最佳剂量范围：对于粘性土及粉性土为常用最佳剂量范围：对于粘性土及粉性土为814；对；对砂性土则为砂性土则为916。最终根据结构层技术要求进行混合料组。最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。成设计。 4）含水量：）含水量： 最佳含水量及略小于最佳含水量时

17、最易压实达到较高的压最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高的压实度。实度。 石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行确定。经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水量确定。经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水量拌和过程中的蒸发量（约在拌和过程中的蒸发量（约在1.5%左右）石灰反应所需的水左右）石灰反应所需的水（0.2石灰剂量）。石灰剂量）。5）密实度：）密实度： 石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰稳定土的密实度每增减灰稳定土的密实度每增减1%，强度约

18、增减，强度约增减4%左右。而密实的左右。而密实的石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象也少。石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象也少。6）龄期）龄期 石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较低，前期石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较低，前期(12个月个月)的增长速率较后期快。的增长速率较后期快。7）养生条件（温度与湿度）养生条件（温度与湿度） 温度高，物理化学反应快，强度增长快；反之强度增长慢，温度高，物理化学反应快，强度增长快；反之强度增长慢，在负温条件下甚至不增长。因此，要求施工期的最低温度应在在负温条件下甚至不增长。因此，要求施工期的最低温度应在5以上，并在第一次重冰

19、冻以上，并在第一次重冰冻(-35)到来之前到来之前1个月个月1个个半月完成。半月完成。 在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。好。4、石灰稳定类材料的缩裂防治、石灰稳定类材料的缩裂防治1）严格控制压实含水量：）严格控制压实含水量：石灰稳定土含水量过多产生的干缩石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂缝显著，压实时含水量应略小于最佳含水量。裂缝显著，压实时含水量应略小于最佳含水量。2）严格控制压实标准：）严格控制压实标准：压实度小时产生的干缩比压实度大时压实度小时产生的干缩比压实度大时严重，应尽可能达到最大压实度。严重，应尽可能达到最大压

20、实度。3）严格养生条件：）严格养生条件：干缩发生在成型初期，要重视初期的保湿干缩发生在成型初期，要重视初期的保湿养护，保证石灰稳定土表面处于潮湿状况。养护，保证石灰稳定土表面处于潮湿状况。4）禁防干晒：）禁防干晒：石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使石石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使石灰稳定土基层含水量不发生大的变化，从而减轻干缩裂缝。灰稳定土基层含水量不发生大的变化，从而减轻干缩裂缝。5）施工季节：）施工季节：温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，而且温度在近，而且温度在0-10时，因此施工要在当地气温进入时，因此施工要在当地气温进入0前一个

21、月结束，以防在不利季节产生严重温缩。前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。6）控制剂量：）控制剂量：在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂量在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂量的无机结合料；在石灰稳定土中掺加的无机结合料；在石灰稳定土中掺加6070%的集料也可的集料也可提高其强度、稳定性和抗裂性。提高其强度、稳定性和抗裂性。7）反射裂缝的防治：）反射裂缝的防治：（1）设置联结层；（）设置联结层；（2）铺筑碎石隔离）铺筑碎石隔离过渡层；（过渡层；（3）提高沥青下面层抗裂性能）提高沥青下面层抗裂性能5、石灰土基层的应用、石灰土基层的应用 下面是某位同学在毕业设计中给出的路面结构。该道路位于

22、江苏省无锡地区，道路等级为一级公路，路面等级为高速公路，沿线为中液限粘土，路基处于潮湿状态。依据上述条件试分析： 分析该同学的路面结构是否合理？为什么？ 提出你认为合理的路面结构，并说明理由。 细粒式沥青混凝土(AC-16) 3cm 粗粒式沥青混凝土L(AC-25) 6cm 水泥稳定土 15cm 石灰土 10cm 土基6、石灰土混合料设计、石灰土混合料设计7、石灰土（底）基层的施工、石灰土（底）基层的施工7、石灰土（底）基层的施工、石灰土（底）基层的施工在粉碎的土或原状松散的土中掺在粉碎的土或原状松散的土中掺入适量的水泥和水，按照技术要入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和和摊铺，在最佳含水求

23、，经拌和和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求度符合规定要求具有良好的整体性、足够的力具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性学强度、抗水性和耐冻性 禁止作为高速或一级公路路面禁止作为高速或一级公路路面基层，只能是底基层基层，只能是底基层;水泥土水泥土不应该作为高等级公路水泥路不应该作为高等级公路水泥路面板基层面板基层1、水泥稳定类材料的特点和种类、水泥稳定类材料的特点和种类2、强度形成原理、强度形成原理2、强度形成原理、强度形成原理当粘土颗粒周围介质的pH值增加到一定程度时，粘土矿物中的部分值增加到一定程度时，粘土矿物中的部分 SiO

24、2和和A12O3的活性将被激发出来，与溶液中的的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2进行反应，生成新的进行反应，生成新的矿物，这些矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，这些矿物具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。2、强度形成原理、强度形成原理3、影响水泥稳定土强度的因素、影响水泥稳定土强度的因素3、影响水泥稳定土强度的因素、影响水泥稳定土强度的因素4、水泥稳定类材料的混合料设计、水泥稳定类材料的混合料设计5、水泥稳定粒料施工、水泥稳定粒料施工水泥稳定碎石拌合楼水泥稳定碎石拌合楼水泥稳定碎石摊铺水泥稳定碎石摊铺控制摊铺厚度控制摊铺厚

25、度水泥稳定碎石基层压实水泥稳定碎石基层压实水泥稳定碎石基层养生水泥稳定碎石基层养生 撒布透层油撒布透层油1、工业废渣材料、工业废渣材料道路工程中应用的工业废渣主要是指工业生产过程中所产道路工程中应用的工业废渣主要是指工业生产过程中所产生的具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰生的具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰（flyash）、煤渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。）、煤渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱性材料共同作工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱性材料共同作用，产生火山灰反应，稳定各种粒径不同的土。用，产生火山灰反应，稳定各

26、种粒径不同的土。工程应用中一般采用石灰稳定工业废渣或与工业废渣共同工程应用中一般采用石灰稳定工业废渣或与工业废渣共同稳定土，其中最常用的工业废渣为粉煤灰，形成石灰粉煤稳定土，其中最常用的工业废渣为粉煤灰，形成石灰粉煤灰稳定路面基层，简称为二灰稳定类基层。灰稳定路面基层，简称为二灰稳定类基层。2、工业废渣材料及其特点与应用、工业废渣材料及其特点与应用l石灰稳定工业废渣基层具有水硬性、缓凝性、高强度、稳石灰稳定工业废渣基层具有水硬性、缓凝性、高强度、稳定性好等特点，能形成板体且强度随龄期不断增加，抗水、定性好等特点，能形成板体且强度随龄期不断增加，抗水、抗冻、抗裂性能好，且收缩性小，能够适应各种气候环境和抗冻、抗裂性能好，且收缩性小，能够适应各种气候环境和水文地质条件。水文地质条件。 l石灰稳定工业废渣常