公路工程无机结合料稳定基层(精讲)

1、重庆交通大学Chongqing Jiaotong University路面工程路面工程第第10章章 无机结合料稳定基层无机结合料稳定基层 http:/ Jiaotong University第第10章章 无机结合料稳定基层无机结合料稳定基层 10.1 概述概述10.2 无机结合料稳定材料的力学性质无机结合料稳定材料的力学性质10.3 石灰稳定类基层石灰稳定类基层10.4 水泥稳定类基层水泥稳定类基层10.5 工业废渣稳定类基层工业废渣稳定类基层10.6 半刚性路面面层半刚性路面面层第10章 无机结合料稳定基层重庆交通大学Chongqing Jiaotong University10.1 概述概

2、述第10章 无机结合料稳定基层 在各种粉碎或原状松散的土、碎（砾）石、工业废渣中，掺入适当数量的无机结合料(如水泥、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类混合料，以此修筑的路面基层称为无机结合料稳定基层。 优点：稳定性好，抗冻性能强，结构本身自成板体。缺点：耐磨性差，干缩，温缩，养生期长。 无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，常称之为半刚性材料。以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层或半刚性底基层。在我国已建成的高速公路和一级公路中，大多数路面采用了这种基层。 重庆交通大学Chongqing Jiaot

3、ong University10.2 无机结合料稳定材料的力学性质无机结合料稳定材料的力学性质第10章 无机结合料稳定基层p 强度特征p 应力-应变特性 p 疲劳特征 p 干缩特性 p 温度收缩特性 重庆交通大学Chongqing Jiaotong University强度特征第10章 无机结合料稳定基层抗拉强度：小梁弯拉试验抗弯拉强度直接拉伸试验直接抗拉强度间接拉伸（劈裂）试验间接拉伸强度（劈裂强度）抗压强度：无侧限抗压试验7d无侧限抗压强度 88. 051. 0RS S无机结合料稳定类混合料的抗弯拉强度，MPa；R无机结合料稳定类混合料的无侧限抗压强度，MPa；龄期重庆交通大学Chongq

4、ing Jiaotong University应力-应变特性第10章 无机结合料稳定基层无机结合料稳定类材料的回弹模量值主要同土类土类、结合结合料剂量料剂量及龄期龄期、侧限应力侧限应力有关，在较大范围内变动。三轴压缩试验三轴压缩试验应力-应变关系曲线非线性；在应力水平较低时，应力-应变曲线近似线性回弹模量。 室内承载板试验室内承载板试验 )1(42lpDEr重庆交通大学Chongqing Jiaotong University疲劳特征第10章 无机结合料稳定基层疲劳试验方法疲劳试验方法：弯拉疲劳试验、劈裂疲劳试验。疲劳破坏：是在小于材料极限强度的应力反复作用下所产生的累积破坏。耐疲劳性能：是指

5、某种材料对不同水平应力的反复作用的反应，它以不同应力水平达到破坏时的荷载反复作用次数（疲劳寿命）来表示。fsfN/曲线对数坐标直线拟合疲劳试验结果：疲劳试验结果：重庆交通大学Chongqing Jiaotong University干缩特征第10章 无机结合料稳定基层影响因素影响因素：结合料的类型和剂量、被稳定（或处治）土的类别（细粒土，中粒土或粗粒土）、粒料的含量、小于0.5mm的细土含量、塑性指数、小于0.002mm的粘粒含量和矿物成分、制作（室内试件）含水量和龄期等。稳定粒料类稳定粒料类：石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类。稳定细粒土稳定细粒土：石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土。同

6、一类半刚性材料同一类半刚性材料：稳定细粒土稳定粒料土稳定粒料。干缩：干缩：无机结合料稳定类材料经拌和压实后，由于水分挥发和混合料内部的水化作用，混合料的水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等引起材料体积收缩。指标指标：干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University温缩特征第10章 无机结合料稳定基层影响因素影响因素：含水量、集料或土的含量、土的矿物成分、环境温度、龄期温缩特性温缩特性：石灰土砂砾（16.710-6）悬浮式石灰粉煤灰粒料（15.310-6

7、）密实式石灰粉煤灰粒料（12.410-6）和水泥砂砾（5%7%水泥剂量为1010-61510-6）。温缩：温缩：组成半刚性材料的三个相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相（水）和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚性材料产生体积收缩，即温度收缩。修建初期修建初期：温缩+干缩养生保护重庆交通大学Chongqing Jiaotong University10.3 石灰稳定类基层石灰稳定类基层第10章 无机结合料稳定基层p 石灰稳定土强度形成原理p 影响石灰土强度的因素p 石灰稳定土基层缩裂防治p 石灰稳定土混合料设计p 石灰稳定土层的施工概念：概念：在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)

8、中掺入适量消解后的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和后，在最佳含水量时摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。分类：分类：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土强度形成原理第10章 无机结合料稳定基层离子交换作用结晶作用 火山灰作用 碳酸化作用 Ca2+Na+、H+、K+ 重庆交通大学Chongqing Jiaotong University影响石灰土强度的因素第10章 无机结合料稳定基层（1）土质）土质 塑性指数为1520的粘性土较好;粒料和砂性土不宜;有机质含量大不宜。 （2）灰质）灰质

9、 消石灰粉或生石灰粉，级以上的技术标准，妥善保管 。 （3）石灰剂量）石灰剂量 存在最佳石灰剂量，对于粘性土及粉性土为8%14%；对砂性土则为9%16%。 （4）含水量）含水量 通过标准击实试验确定最佳含水量。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University影响石灰土强度的因素第10章 无机结合料稳定基层（5）拌和及压实）拌和及压实 土的粉碎程度和拌和的均匀性；压实度（每增加2%，抗压强度平均增加14.1%）。 （6）养生条件与龄期）养生条件与龄期 温度高可使反应过程加快，一定的湿度为结晶和火山灰反应提供了必要的水。强度随龄期而缓慢增长，（28d30%强度），强度增长期可

10、达810年以上。tRRit重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土基层缩裂防治第10章 无机结合料稳定基层1)控制压实含水量控制压实含水量2)严格控制压实标准严格控制压实标准3)温缩的最不利季节温缩的最不利季节4)重视初期养护重视初期养护5) 及早铺筑面层及早铺筑面层6) 掺加集料掺加集料(砂砾、碎石等砂砾、碎石等) 7) 为了防止基层裂缝的反射：为了防止基层裂缝的反射：设置沥青碎石或沥青贯入式联结层；铺筑级配碎石过渡层；土工织物夹层；应力吸收层（SAMI）；锯缝；预裂。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土混合

11、料设计第10章 无机结合料稳定基层石灰土的强度标准石灰土的强度标准混合料设计指标混合料设计指标 石灰土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定。在规定温度保湿养生6d、浸水ld后无侧限抗压强度标准见表。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土混合料设计步骤第10章 无机结合料稳定基层1)制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料。制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料。 做基层用：砂砾土和碎石土：5%、6%、7%、8%、9%。塑性指数小于12的粘性土：10%、12%、13%、14%、16%。塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、9%、11

12、%、13%。 做底基层用：塑性指数小于12的粘性土：8%、10%、11%、12%、14%。塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、8%、9%、11%。2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实试验用标准重型击实试验)。 至少做三个不同石灰剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土混合料设计步骤第10章 无机结合料稳定基层3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试按最佳含水量与工地预期达到的压

13、实密度制备试件，进行强度试验，根据强度标准，选定合适的石灰剂量。验，根据强度标准，选定合适的石灰剂量。 试件在规定温度(冰冻地区202，非冰冻地区252)下保湿养生6d，浸水1d，进行无侧限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符合 工地实际采用的石灰剂量应比室内试验确定工地实际采用的石灰剂量应比室内试验确定的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增加加0.5%；路拌法施工时，宜增加；路拌法施工时，宜增加1%。vadCZRR1重庆交通大学Chongqing Jiaotong University石灰稳定土层施工第10章 无机结合料稳定基层路拌法施工路拌法施

14、工准备下承层施工放样摊铺拌和与洒水整型和碾压养生 厂拌法施工厂拌法施工拌和摊铺碾压养生重庆交通大学Chongqing Jiaotong University10.4 水泥稳定类基层水泥稳定类基层第10章 无机结合料稳定基层p 强度形成原理p 影响强度的因素p 混合料组成设计p 水泥稳定土层的施工概念：概念：在粉碎的土或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量下压实及养生成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。分类：分类：水泥土、水泥砂砾、水泥稳定碎石。重庆交通大学Chongqing Jiaotong Uni

15、versity水泥稳定土强度形成原理第10章 无机结合料稳定基层水泥的水化作用离子交换作用 化学激发作用 碳酸化作用 Ca2+Na+、H+、K+ 硅酸三钙：2C3S+6H20C3S2H3+3CH硅酸二钙：2C2S+4H20C3S2H3+CH 铝酸三钙：C3A+6H2OC3AH6 铁铝酸四钙：C4AF+7H20C4AFH7 4CaO5SiO25H2O、4CaOAl2O319H2O、3CaOAl2O316H2O、CaOA12O310H2O重庆交通大学Chongqing Jiaotong University影响水泥稳定土强度的因素第10章 无机结合料稳定基层（1）土质）土质 碎(砾)石和砂砾砂性土

16、粉性土和粘性土。 （2）水泥品种及剂量）水泥品种及剂量 硅酸盐类水泥较好，铝酸盐水泥较差，优先选用终凝时间较长(6h以上)的低强度水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，不经济，易开裂，水泥剂量为4%8%较为合理。 （3）施工及养生）施工及养生 达到最佳密实度的含水量，满足完全水化和水解作用的需要。 混合料须拌和均匀并充分压实。水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能的短，一般要在6h以内。 湿法养生；养生温度愈高，强度增长得愈快。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University水泥稳定土混合料设计第10章 无机结合料稳定基层水泥土的强度标

17、准水泥土的强度标准混合料设计指标混合料设计指标 水泥土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定，7d无侧限抗压强度标准：。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University水泥稳定土混合料设计步骤第10章 无机结合料稳定基层1)制备同一种土样、不同水泥剂量的水泥稳定土混合料。制备同一种土样、不同水泥剂量的水泥稳定土混合料。 做基层用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指数小于12的土：5%、7%、8%、9%、11%其他细粒土：8%、10%、12%、14%、16% 做底基层用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指数小于12的土：4%、5

18、%、6%、7%、9%其他细粒土：6%、8%、9%、10%、12%2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实试验用标准重型击实试验)。 至少做三个不同水泥剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University水泥稳定土混合料设计步骤第10章 无机结合料稳定基层3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试验，根据强度标准，选定合适的水泥剂量。度试验，根据强度标准，选

19、定合适的水泥剂量。进行7d无侧限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符合 工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增加加0.5%；路拌法施工时，宜增加；路拌法施工时，宜增加1%。vadCZRR1重庆交通大学Chongqing Jiaotong University水泥稳定土层施工第10章 无机结合料稳定基层施工工序：施工工序：准备下承层拌和与摊铺整型和碾压接缝处理养生及交通管制宜用厂拌法拌制混合料，并用摊铺机摊铺。施工期的最低气温应在5以上，冰冻地区应在第一次重冰冻(-3-5)到

20、来之前半个月到一个月完成。 重庆交通大学Chongqing Jiaotong University10.5 工业废渣稳定类基层工业废渣稳定类基层第10章 无机结合料稳定基层概念：概念：一定数量的石灰和粉煤灰，或石灰和煤渣与其他集料（土）相配合，加入适量的水(通常为最佳含水量)，经拌和、压实及养生后得到的路面结构层，当其抗压强度符合规定要求时，称为石灰工业废渣基层。分类：分类：粉煤灰、煤渣、矿渣、钢渣、煤矸石等。重庆交通大学Chongqing Jiaotong University材料要求第10章 无机结合料稳定基层（1）石灰）石灰 符合级以上的技术指标，尽量缩短存放时间。有效钙含量在20%以上的等外石灰、贝壳石灰、珊瑚石灰、电石渣等，应通过试验，当混合料的强度符合要求时，方可应用。（2）废渣）废渣 粉煤灰中SiO2、Al203和Fe2O3的总含量应大于70%，烧失量不超过20%，比表面积宜大于2500cm2/g。 煤渣的主要成分是SiO2、Al203 ，松干密度，最大粒径不应大于30mm