无机结合料稳定材料课件

无机结合料稳定材料

无机结合料稳定材料常用作路面基层材料，是在粉碎或原状的土（或砂砾）中掺入一定量的无机胶结材料和适量的水，经拌和、压实与养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的材料。

根据基层材料的不同无机结合料稳定材料分为稳定土和稳定砂砾，由于采用不同的无机胶结材料，其又可分为水泥稳定类、石灰稳定类、综合稳定类、工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰稳定类）。由于无机结合料稳定材料耐磨性差，具有较大的变形能力，刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，故常将这类材料称为半刚性材料，以此修筑的基层或底基层亦称半刚性基层（或底基层）。第一节无机结合稳定材料的组成无机结合稳定材料是指通过无机胶结材料将松散的集料粘结成为具有一定强度的整体材料。即在粉碎或原状松散的集料（土、碎石或砂砾）中，掺入一定量的无机结合材料（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。无机结合稳定材料具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体，但耐磨性差，因此被广泛用于路面结构的基层或底基层。一、无机结合稳定材料的分类1．根据无机结合稳定材料组成的集料将其分为两大类：①稳定土类；②稳定粒料类。在粉碎或原状松散的土中掺入一定量的无机结合材料形成的称为稳定土类（如：水泥稳定土、等），在松散的碎石或砂砾中掺入一定量的无机结合材料形成的称为稳定粒料类（如：水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾等）。2．按无机胶结材料的种类可分为四大类：①用水泥稳定的混合料称为水泥稳定类（如：水泥稳定土、水泥稳定砂砾等）；②用石灰稳定的混合料称为石灰稳定类（如：石灰稳定土等）；③同时用水泥和石灰稳定的混合料称为综合稳定类（如：综合稳定土、综合稳定砂砾等）；④用一定量的石灰和工业废渣稳定的混合料称为石灰工业废渣稳定类。二、无机结合料稳定土组成材料及要求（一）土1．水泥稳定土⑴二级或二级以下公路①底基层：单个颗粒的最大粒径不超过50mm，颗粒组成满足规范要求。土的均匀系数应大于5，细粒土液限不超过40，塑性指数不超过17；宜采用均匀系数大于10，塑性指数小于12的土，对于塑性指数大于17的土，宜采用石灰稳定类或用水泥和石灰综合稳定。②基层：单个颗粒的最大粒径不超过40mm。

⑵高速公路和一级公路①底基层：单个颗粒的最大粒径不超过40mm，颗粒组成应满足规范要求。土的均匀系数应大于5，细粒土的液限不应超过25，塑性指数不应超过6；对中粒土和粗粒土，如小于0.5mm的颗粒含量在30%以下，塑性指数可稍大。

②基层：单个颗粒最大粒径不应超过30mm，土的均匀系数应大于5，细粒土的液限不应超过25，塑性指数不应超过6，颗粒组成应满足规范要求。2．石灰稳定土：砂性土、粉性土、粘性土都可以用石灰来稳定，一般说来：粘土颗粒的活性强，表面积大，表面能量也较大，故适当的增大土的塑性指数对强度有利。宜采用塑性指数为15～20粘土以及含有一定数量粘性土中粒土或粗粒土用作石灰稳定土。对于硫酸盐含量超过0.8%或腐殖质含量超过10%的土，对强度有明显影响的不宜直接采用。⑴石灰稳定土用做高速公路和一级公路的底基层时，颗粒的最大粒径不应超过40mm；用做其它等级公路时，颗粒的最大粒径不应超过50mm。⑵石灰稳定土用做基层时，颗粒的最大粒径不应超过40mm。石灰稳定土不宜作为高等级公路的基层。3．石灰工业废渣稳定土：宜采用塑性指数为15～20的粘土（亚粘土），有机质含量不超过10%，最大粒径不应大于15mm。（二）无机结合料1．水泥2．石灰3.工业废渣⑴粉煤灰⑵煤渣（三）水水分是稳定土的一个重要组成部分，一般饮用水均满足要求，其技术指标符合水泥混凝土用水标准。第二节无机结合稳定材料的技术性质

一、无机结合稳定材料的强度形成原理石灰与土之间的物理与化学作用大致可分为四个方面：离子交换作用、结晶作用、碳酸化作用和火山灰作用。水泥与土之间产生的物理与化学作用也可分为四个方面：硬凝反应、离子交换作用、化学激发作用、碳酸化作用。（一）石灰稳定土强度形成原理（二）水泥稳定土强度形成原理（三）影响无机结合料稳定材料强度的因素1．离子交换作用2．结晶3．火山灰作用4．碳酸化作用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，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增大和最大密实度减少等，后要表现为结晶结构的形成，从而提高其整体性、强度和稳定性。①化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，以及水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等。②物理-化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化产生物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等。③物理作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等。1．硬凝反应2．离子交换作用3．化学激发作用4．碳酸化作用1、土质：用与石灰稳定土的土，其塑性指数为10%～20%的粘性土较适宜，而不适宜使用塑性指数10以下的低塑性土。2、稳定剂品种及用量3、含水量4、密实度：密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高，受水影响的可能性减少。5、施工时间长短的影响6、养生条件：稳定土的强度发展需要适当的温度，湿度。二、无机结合稳定材料的技术性质和技术标准无机结合稳定材料应用广泛，由于其耐磨性差，在路面工程中一般不用于路面面层，主要作为路面基层材料。为满足行车、气候和水文地质的要求，稳定材料必须具备一定的强度，抗变形能力和水稳定性。（一）强度（二）密度（三）力学特性（四）水稳定性和抗冻稳定性

在柔性路面结构中要求无机结合稳定材料具有足够的强度。水泥混凝土路面要求基层材料具有适当的强度，而最重要的是要求材料强度均匀、整体性好，表面密实平整，透水性小。无机结合稳定材料的抗压强度采用的是饱水状态下的无侧抗压强度。1．试件尺寸：无机结合稳定材料的抗压强度试件采用的都是高∶直径=1∶1的圆柱体，不同颗粒大小的土应采用不同的试件尺寸。试件制备时，尽可能用静力压实法制备等干密度的试件。

2．强度标准：不同的公路等级、稳定剂类型和路面结构层次无机结合稳土的抗压强度标准也不一样。密度是材料单位体积的质量，是衡量材料内部紧密程度的指标。密度愈大材料愈致密，其空隙愈小、耐久性和强度就愈高。无机结合稳定材料的密度往往用压实度来表示。1．压实度：土或其它筑路材料在施加外力作用下，能获得的密实程度。它等于材料干密度与最大干密度的比值。2．含水量：材料中所含水分的质量与干燥材料质量的比值。用等量的机械功去压实无机结合稳定材料，可以得到的最大密度，此时的含水量值称为最佳含水量。1、无机结合稳定材料的应力—应变特性：与原材料的性质、结合料的性质和剂量及密实度、含水量、龄期、温度等有关。2、无机结合料稳定材料疲劳特性3、无机结合料稳定材料的干缩特性4、半刚性材料的温度收缩特性5、裂缝防治措施⑴改善土质。⑵控制含水量及压实度。⑶掺加粗粒料。

稳定类基层材料除具有适当的强度，能承受设计荷载以外，还应具备一定的水稳定性和冰冻稳定性。评价材料的水稳定性和抗冻性可用浸水强度和冻融循环试验。影响水稳定性和冰冻稳定性的主要因素如下：①土类：细土含量多，塑性指数大的土，水稳定性抗冻性能差。②稳定剂种类和剂量：当稳定剂剂量不足时，胶结作强用弱，透水性大，强度达不到要求，其稳定性也差③密实度：密实度大时透水能力降低水稳定性增强。④龄期由于某些稳定剂如水泥、石灰或二灰的强度形成需要一定的时间，因此这类稳定土其水稳定性随龄期的增长而增长。第三节无机结合稳定材料的组成设计稳定类材料组成设计，也称混合料设计，即根据对某种稳定材料规定的技术要求，选择合适的原材料、掺配用料（需要时），确定结合料的种类和剂量及混合料的最佳含水量。混合料组成设计所要求达到的目标是：满足设计强度要求，抗裂性达到最优且便于施工。混合料组成设计的基本原则是：结合料剂量合理、尽可能采用综合稳定以及集料应有一定级配。结合料剂量太低不能形成半刚性材料，剂量太高则刚度太大，容易脆裂。（一）设计依据与标准稳定土设计目前的依据有强度、耐久性。（二）原材料试验⑴颗粒分析；⑵液限和塑性指数；⑶相对密度；⑷击实试验；⑸压碎值；⑹有机质含量（必要时做）；⑺硫酸盐含量（必要时做）。⑻稳定剂性质试验。（三）混合料配合比设计步骤1．选定不同的石灰或水泥剂量，制备同一种土样的混合料试件若干。2．确定各种混合料的最佳含水量和最大干（压实）密度，至少应做三个不同剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。3．按规定压实度分别计算不同石灰或水泥剂量的试件应有的干密度。4．按最佳含水量和计算得的干密度制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的最少试件数量应不小于规范的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定的值，则应重做试验，并找出原因，加以解决，如不能降低偏差系数，则应增加试件数量。5．试件在规定温度下保温养生6d，浸水24h后，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行无侧限抗压强度试验。并计算试验结果的平均值和偏差系数。6．选定石灰或水泥的剂量根据试验结果和表5-6(课本P156)的强度标准，选定合适的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符合公式5-8的要求：（5-8）

式中：Rd───设计抗压强度（MPa）；

Cv───试验结果的偏差系数（以小数计）；Za───保证率系数，高速公路和一级公路应取保证率95%，此时即=1.645；一般公路应取保证率90%，即=1.282。7．工地实际采用水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%。采用集中厂拌法施工时，可只增加0.5%；采用路拌法施工时，宜增加1%。8．水泥的最小剂量应符合规范的规定。9．综合稳定土和其它无机稳定类材料的组成设计与上述步骤相同。

[例1]某新建二级公路，因地处潮湿地带类型，选用石灰土作为底基层。设计强度要求7天龄期的饱水强度为0.7MPa，试设计石灰剂量。解题过程如下：解：根据现场采集的土样筛分和试验得WL=33.34%、IP=12.31,确定为中液限土。通过击实试验求得石灰剂量分别为8%、10%、11%、12%、14%的最佳含水量及对应的最大干密度见下表。石灰剂量（%）最佳含水量（%）最大干密度（g/cm3）810.911.8391011.381.851111.841.8541212.561.8481413.351.818在按所求得的最佳含水量W0、最大干密度ρd制备满足施工压实度的石灰剂量分别为8%、10%、11%、12%、14%的试件，每组6个，并按规范要求进行保湿养生6天，浸水1天，然后进行抗压试验，并将计算结果列于下表。8910111210.6160.6420.7580.6980.59020.5880.6520.7280.7080.57230.6320.6900.7530.6690.56640.6260.6720.7820.6560.61850.5900.6640.7470.6930.60760.5680.6240.7690.6320.584平均值0.6030.6570.7560.6760.589石灰剂量(%)试件编号由表列计算结果知：当石灰剂量为11%时的平均抗压强度最高。故验算该