无机结合料稳定路面

EngineeringofSubgradeandPavement3/21/20231第十二章无机结合料稳定路面

(stabilizedpavementofinorganicbinder)第一节概述第二节无机结合料稳定材料的力学特性第三节石灰稳定类基层（底基层）第四节水泥稳定类基层第五节工业废渣稳定基层第六节半刚性路面面层3/21/20232第一节概述无机结合料稳定路面：在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料和水，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，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。特点：稳定性好，抗冻性强，结构本身成板体，但耐磨性差。广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。半刚性基层：不同的土和无机结合料拌和得到不同的稳定材料，其刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，故以此修筑的基层或底基层称为半刚性基层。3/21/20233§12-1概述

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，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。无机结合料稳定路面具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差，因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。3/21/202343/21/20235

粉碎的或原状松散的土按照土中单个颗粒(指碎石、砾石、砂和土颗粒)的粒径的大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。例如石灰土、水泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石等。无机结合料稳定材料种类较多，其物理、力学性质各有特点，使用时应根据结构要求、掺加剂和原材料的供应情况及施工条件进行综合技术、经济比较后选定。由于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，常称此为半刚性材料，以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层（底基层）。

3/21/20236第二节无机结合料稳定材料的力学特性无机结合料稳定材料的材料的应力—应变特性无机结合料稳定材料的疲劳特性无机结合料稳定材料的干缩特性和收缩特性3/21/20237§12-2无机结合料稳定材料的力学特性

无机结合料稳定材料的力学特性包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩（温缩和干缩）特性。1．无机结合料稳定材料的应力-应变特性。无机结合料稳定路面的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐渐具有一定的刚性性质。一般规定水泥稳定类材料设计龄期为三个月，石灰或石灰粉煤灰（简称二灰）稳定类材料设计龄期为六个月。半刚性材料应力-应变特性试验方法有顶面法、粘贴法、夹具法和承载板法等。试件有圆柱体试件和梁式(分大、中、小梁)试件。试验内容有抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度和劈裂模量、抗弯拉强度和抗弯拉模量等。3/21/20238§12-2无机结合料稳定材料的力学特性

2无机结合料稳定材料的疲劳特性材料的抗压强度是材料组成设计的主要依据，由于无机结合料稳定材料的抗拉强度远小于其抗压强度，材料的抗拉强度是路面结构设计的控制指标。

抗拉强度试验方法有直接抗拉试验、间接抗拉试验和弯拉试验。常用的疲劳试验有弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。

3/21/20239§12-2无机结合料稳定材料的力学特性3．无机结合料稳定材料的干缩特性无机结合料稳定材料经拌和压实后，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会引起无机结合料稳定材料体积收缩。描述材料干缩特性的指标主要有干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率和平均干缩系数。3/21/202310§12-2无机结合料稳定材材料的力学特性4．半刚性材料的的温度收缩特性半刚性材料是由固固相(组成其空间间骨架的原材料的的颗粒和其间的胶胶结物)、液相(存在于固相表面面与空隙中的水和和水溶液)和气相相(存在于空隙中中的气体)组成。。所以，半刚性材材料的外观胀缩性性是三相的不同的的温度收缩性的综综合效应的结果。。一般气相大部分分与大气贯通，在在综合效应中影响响较小，可以忽略略，原材料中砂粒粒以上颗粒的温度度收缩系数较小，，粉粒以下的颗粒粒温度收缩性较大大。半刚性材料温度收收缩的大小与结合合料类型和剂量、、被稳定材料的类类别、粒料含量、、龄期等有关。3/15/202311§12-3石灰灰稳定类基层（底底基层）在粉碎的土和原状状松散的土(包括括各种粗、中、细细粒土)中、掺入入适量的石灰和水水，按照一定技术术要求，经拌和，，在最佳含水量下下摊铺、压实及养养生，其抗压强度度符合规定要求的的路面基层称为石石灰稳定类基层。。用石灰稳定细粒粒土得到的混合料料简称石灰土，所所做成的基层称石石灰土基层（底基基层）。石灰剂量是石灰灰质量占全部土土颗粒的干质量量的百分率，即即石灰剂量＝石石灰质量／干土土质量。石灰稳定类材料料适用于各级公公路路面的底基基层，可用作二二级和二级以下下公路的基层，，但石灰土不应应用作高等级公公路的基层。3/15/202312§12-3石石灰稳定类基层层（底基层）1．石灰稳定土土强度形成原理理在土中掺入适量量的石灰，并在在最佳含水量下下拌匀压实，使使石灰与土发生生一系列的物理理、化学作用，，从而使土的性性质发生根本的的变化。一般分分四个方面，第第一是离子交换换作用，第二是是结晶硬化作用用，第三是火山山灰作用，第四四是碳酸化作用用3/15/202313§12-3石石灰稳定定类基层层（底基基层）2．影响响强度的的因素1)土质质各种成因因的土都都可以用用石灰来来稳定，，但生产产实践说说明，粘粘性土较较好，其其稳定的的效果显显著，强强度也高高。当采采用高液液限粘土土时施工工不易粉粉碎；采采用粉性性土的石石灰土早早期强度度较低，，但后期期强度也也可满足足行车要要求；采采用低液液限土质质时易拌拌和，但但难以碾碾压成型型，稳定定的效果果不显著著。采用用的土质质，既要要考虑其其强度，，还要考考虑到施施工时易易于粉碎碎便于碾碾压成型型。一般般采用塑塑性指数数12～～18(100g平衡衡锥测液液限，搓搓条法测测塑限)的粘性性土为好好。塑性性指数偏偏大的粘粘性土，，要加强强粉碎，，粉碎后后，土中中15～～25mm的土土块不宜宜超过5%。经经验证明明塑性指指数小于于12的的土不宜宜用石灰灰稳定。。对于硫硫酸盐类类含量超超过0.8%或或腐殖质质含量超超过10%的土土，对强强度有显显著影响响，不宜宜直接采采用。3/15/202314§12-3石灰稳稳定类基层层（底基层层）2)灰质石灰应是消消石灰粉或或生石灰粉粉，对高速速公路或一一级公路宜宜用磨细生生石灰粉。。石灰质量应应符合III级以上上的技术指指标，并要要尽量缩短短石灰的存存放时间。。在同等石石灰剂量下下，质量好好的石灰，，稳定效果果好。如采采用质量差差的石灰，，为了满足足石灰土的的技术要求求，就得适适当增加石石灰剂量。。3/15/202315§12-3石灰稳稳定类基层层（底基层层）3)石灰剂剂量石灰剂量对对石灰土强强度影响显显著，石灰灰剂量较低低(小于3～4％)时，石灰灰主要起稳稳定作用，，土的塑性性、膨胀、、吸水量减减小，使土土的密实度度、强度得得到改善。。随着剂量量的增加，，强度和稳稳定性均提提高，但剂剂量超过一一定范围时时，强度反反而降低。。生产实践践中常用的的最佳剂量量范围，对对于粘性土土及粉性土土为8～14％；对对砂性土则则为9～16％。剂剂量的确定定应根据结结构层技术术要求进行行混合料组组成设计。。3/15/202316§12-3石灰稳稳定类基层层（底基层层）4)含水量量水是石灰土土的重要组组成部分。。它促使石石灰土发生生物理化学学变化，形形成强度；；便于土的的粉碎、拌拌和与压实实，并且有有利于养生生。不同土土质的石灰灰土有不同同的最佳含含水量。需需通过标准准击实试验验确定，并并用以控制制施工中的的实际加水水量，所用用水应是干干净可供饮饮用的水。。3/15/202317§12-3石石灰稳定类类基层（底基基层）5)密实度石灰土的强度度随密实度的的增加而增长长。实践证明明，石灰土的的密实度每增增减1%，强强度约增减4%左右。而而密实的石灰灰土，其抗冻冻性、水稳定定性也好，缩缩裂现象也少少。3/15/202318§12-3石灰灰稳定类基层（底底基层）6)石灰土的龄期期石灰土强度具有随随龄期增长的特点点。一般石灰土初初期强度低，前期期(1～2个月)增长速率较后期期为快。石灰土强强度与龄期关系可可表示为：Rt=Rit（12-2）式中：Ri——一个月龄期抗抗压强度Rt——t个月龄期抗抗压强度β——系数，约为为0.1～0.5。3/15/202319§12-3石石灰稳定类基层层（底基层）7)养生条件养生条件主要指指温度与湿度。。养生条件不同同，其强度也有有差异。当温度度高时，物理化化学反应、硬化化、强度增长快快，反之强度增增长慢，在负温温条件下甚至不不增长，因此，，要求施工期的的最低温度应在在5℃以上，并并在第一次重冰冰冻(-3～－－5℃)到来之之前1个月～1个半月完成。。多年的施工经验验证明，热季施施工的灰土强度度高，质量可以以保证，一般在在使用中很少损损坏。养生的湿度条件件对石灰土的强强度也有很大影影响。实践证明明：在一定潮湿湿条件下养生强强度的形成比在在一般空气中养养生要好。3/15/202320§12-3石石灰稳定类基层层（底基层）3．石灰土基层层的应用石灰稳定土不但但具有较高的抗抗压强度，而且且也具有一定的的抗弯强度，且且强度随龄期逐逐渐增加。因此此，石灰稳定土土一般可以用于于各类路面的基基层或底基层。。但石灰稳定土土因其水稳定性性较差不应做高高速公路或一级级公路的基层，，必要时可以用用作底基层。在在冰冻地区的潮潮湿路段以及其其他地区的过分分潮湿路段，也也不宜采用石灰灰土做基层。3/15/202321§12-3石灰灰稳定类基层（底底基层）4．石灰稳定土基基层缩裂防治石灰稳定土基层防防治缩裂的措施有有：1)控制压实含水水量：石灰稳定土土因含水量过多产产生的干缩裂缝显显著，因而压实时时含水量一定不要要大于最佳含水量量，其含水量应略略小于最佳含水量量。2)严格控制压实实标准，实践证明明，压实度小时产产生的干缩要比压压实度大时严重，，因此，应尽可能能达到最大压实度度。3)温缩的最不利利季节是材料处于于最佳含水量附近近，而且温度在0～-10℃时。。因此施工要在当当地气温进入0℃℃前一个月结束，，以防在不利季节节产生严重温缩。。4)干缩的最不利利情况是石灰稳定定土成型初期，因因此，要重视初期期养护。保证石灰灰土表面处于潮湿湿状况，禁防干晒晒。3/15/202322§12-3石灰灰稳定类基层（底底基层）5)石灰稳定土施施工结束后要及早早铺筑面层，使石石灰土基层含水量量不发生大变化，，可减轻干缩裂隙隙。6)在石灰稳定土土中掺加集料(砂砂砾、碎石等)，，使其集料含量为为60～70%，，使混合料满足最最佳组成要求，不不但提高强度和稳稳定性，而且具有有较好的抗裂性。。7)基层的缩裂会会反射到面层，为为了防止基层裂缝缝的反射，国内外外常采取以下措施施：(1)设置联结层层。设置沥青碎石石或沥青贯入式联联结层，是防止反反射裂缝的有效措措施。(2)铺筑碎石隔隔离过渡层。在石石灰土与沥青面层层间铺筑厚10～～20cm的碎石石层或玻璃纤维网网格，可减轻反射射裂缝出现。3/15/202323§12-4水泥稳定类基层层1．概述在粉碎的或原状状松散的土(包包括各种粗、中中、细粒土)中中，掺入适当水水泥和水，按照照技术要求，经经拌和摊铺，在在最佳含水量时时压实及养护成成型，其抗压强强度符合规定要要求，以此修建建的路面基层称称水泥稳定类基基层。当用水泥泥稳定细粒土(砂性土、粉性性土或粘性土)时，简称水泥泥土。3/15/202324§12-4水泥稳定类基基层水泥是水硬性性结合料，绝绝大多数的土土类(高塑性性粘土和有机机质较多的土土除外)都可可以用水泥来来稳定，改善善其物理力学学性质，适应应各种不同的的气候条件与与水文地质条条件。水泥稳稳定类基层具具有良好的整整体性、足够够的力学强度度、抗水性和和耐冻性。其其初期强度较较高，且随龄龄期增长而增增长，所以应应用范围很广广。近年来，，在我国一些些路面工程中中，水泥稳定定土可用于路路面结构的基基层和底基层层，在保证路路面使用品质质上取得了满满意的效果。。但水泥土禁禁止作为高速速公路或一级级公路路面的的基层，只能能用做底基层层。在高等级级公路的水泥泥混凝土路面面板下，水泥泥土也不应做做基层。3/15/202325§12-4水泥稳定类基基层2．强度形成成原理在利用水泥来来稳定土的过过程中，水泥泥、土和水之之间发生了多多种非常复杂杂的作用，从从而使土的性性能发生了明明显的变化。。这些作用可可以分为：化学作用：如如水泥颗粒的的水化、硬化化作用，有机机物的聚合作作用，以及水水泥水化产物物越粘土矿物物之间的化学学作用等等。。物理－化学作作用：如粘土土颗粒与水泥泥及水泥水化化产物之间的的吸附作用，，微粒的凝聚聚作用，水及及水化产物的的扩散、渗透透作用，水化化产物的溶解解、结晶作用用等等。物理作用：如土块块的机械粉碎作用用，混合料的拌和和、压实作用等等等。3/15/202326§12-4水泥稳定类基层3．影响强度的因因素1)土质土的类别和性质是是影响水泥稳定土土强度的重要因素素，各类砂砾土、、砂土、粉土和粘粘土均可用水泥稳稳定，但稳定效果果不同。试验和生生产实践证明，用用水泥稳定级配良良好的碎(砾)石石和砂砾，效果最最好，不但强度高高，而且水泥用量量少；其次是砂性性土；再次之是粉粉性土和粘性土。。重粘土难于粉碎碎和拌和，不宜单单独用水泥来稳定定，因此，一般要要求土的塑性指数数不大于17。3/15/202327§12-4水泥稳定类类基层2)水泥的的成分和剂剂量各种类型的的水泥都可可以用于稳稳定土。但但试验研究究证明，水水泥的矿物物成分和分分散度对其其稳定效果果有明显影影响。对于于同一种土土，通常情情况下硅酸酸盐水泥的的稳定效果果好，而铝铝酸盐水泥泥较差。在水泥硬化化条件相似似，矿物成成分相同时时，随着水水泥分散度度的增加，，其活性程程度和硬化化能力也有有所增大，，从而水泥泥土的强度度也大大提提高。水泥土的强强度随水泥泥剂量的增增加而增长长，但过多多的水泥用用量，虽获获得强度的的增加，在在经济上却却不一定合合理，在效效果上也不不一定显著著，且容易易开裂。试试验和研究究证明，水水泥剂量为为4～8％％较为合理理。3/15/202328§12-4水泥稳定类基基层3)含水量含水量对水泥泥稳定土强度度影响很大，，当含水量不不足时，水泥泥不能在混合合料中完全水水化和水解，，发挥不了水水泥对土的稳稳定作用，影影响强度形成成。同时，含含水量小，达达不到最佳含含水量也影响响水泥稳定土土的压实度。。因此，使含含水量达到最最佳含水量的的同时，也要要满足水泥完完全水化和水水解作用的需需要为好。水泥正常水化化所需的水量量约为水泥重重的20%，，对于砂性土土，完全水化化达到最高强强度的含水量量较最佳密度度的含水量为为小；而对于于粘性土则相相反。3/15/202329§12-4水泥稳定类基基层4)施工工艺艺过程水泥、土和水水拌和得均匀匀，且在最佳佳含水量下充充分压实，使使之干密度最最大，其强度度和稳定性就就高。水泥土土从开始加水水拌和到完成成压实的延迟迟时间要尽可可能最短，一一般要在6h以内。若时时间过长，则则水泥凝结，，在碾压时，，不但达不到到压实度要求求，而且也会会破坏已结硬硬水泥的胶凝凝作用，反而而使水泥稳定定土强度下降降。在水泥终终凝时间达不不到规定要求求时，可以使使用一定剂量量的缓凝剂，，但缓凝剂的的品种和具体体数量应根据据试验确定。。水泥稳定土需需湿法养生，，以满足水泥泥水化形成强强度的需要。。养生温度愈愈高，强度增增长的愈快。。因此，要保保证水泥稳定定土养生的温温度和湿度条条件。3/15/202330§12-4水泥稳定类类基层养生及交通通管制：(1)每一一段碾压完完成后应立立即开始养养生，不得得延误。(2)在整整个养生期期间都应使使水泥稳定定碎石层保保持潮湿状状态，养生生结束后，，必需将覆覆盖物清物物干净。(3)在养养生期间未未采用复盖盖措施的水水泥稳定碎碎石层上，，除洒水车车外，应封封闭交通，，在采用覆覆盖措施的的水泥稳定定碎石层上上不能封闭闭交交通时时，应限制制重车通行行，其它车车辆车速不不得超过30km/h。(4)水泥泥稳定碎石石层上立即即铺筑沥青青面层时，，不需太长长的养生期期，但应始始终保持表表面湿润，，至少洒水水养生三天天。3/15/202331§12-5工业废渣基基层1．概述随着工业的的发展，工工业废渣逐逐渐增多，，怎样综合合利用工业业废渣引起起了国内外外重视。近近年来，我我国利用工工业废渣铺铺筑路面基基层，取得得显著成效效，不但提提高了路面面使用品质质，而且降降低了工程程造价，““变废为宝宝”，具有有很大的经经济意义。。公路上常用用的工业废废渣有：火火力发电厂厂的粉煤灰灰和煤渣，，钢铁厂的的高炉渣和和钢渣，化化肥厂的电电石渣，以以及煤矿的的煤矸石等等。粉煤灰灰和煤渣中中含有较多多的二氧化化硅、氧化化钙或氧化化铝等活性性物质。用用石灰稳定定工业废渣渣时，石灰灰在水的作作用下形成成饱和的Ca(OH)2溶液。废渣渣的活性氧氧化硅和氧氧化铝在Ca(OH)2溶液中产生生火山灰反反应，生成成水化硅酸酸钙和铝酸酸钙凝胶，，把颗粒胶胶凝在一起起，随水化化物不断产产生而结晶晶硬化，具具有水硬性性。温度较较高时，强强度增长快快，因此，，石灰稳定定工业废渣渣最好在热热季施工，，并加强保保湿养生。。3/15/202332§12-5工业废渣基层石灰稳定工业废废渣基层具有：：水硬性、缓凝凝性、强度高、、稳定性好，成成板体、且强度度随龄期不断增增加，抗水、抗抗冻、抗裂而且且收缩性小，适适应各种气候环环境和水文地质质条件等特点。。所以，近几年年来，修筑高等等级公路，常选选用石灰稳定工工业废渣做高级