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土木工程材料2011.5第九章无机结合料稳定材料第九章无机结合料稳定材料课题引入：随着我国国民经济的发展，近几年为解决人们交通不便的问题，国家大力投资建设一大批高等级公路、铁路。而高等级公路路面基层、底基层目前采用较广泛的湿无机结合料稳定材料，即半刚性基层、底基层材料。如下图路路面基层、底基层目前采用较广泛的湿无机结合料稳定材料，即半刚性基层、底基层材料。如下图示。图9-1无机结合料稳定土第九章无机结合料稳定材料本章主要内容一、概述无机结合料稳定材料的概念无机结合料稳定材料的分类无机结合料稳定材料的优缺点二、无机结合料稳定材料的组成水泥稳定类组成材料要求本章主要内容石灰稳定类组成材料的要求三、无机结合料稳定材料的技术性质无机结合料稳定材料的压实性无机结合料稳定土的强度无机结合料稳定土材料的缩裂特性第九章无机结合料稳定材料本章主要内容四、无机结合料稳定材料的组成设计无机结合料稳定材料的组成设计步骤无机结合料稳定材料配合比设计例题第九章无机结合料稳定材料一、无机结合料稳定材料的概念无机结合料稳定材料是指采用一定的技术措施，在粉碎的或原来松散的土中，掺入适量的无机结合料（如水泥、石灰、粉煤灰等）和水，经拌合均匀、压实和养生后得到的一种强度和耐久性符合规定要求的复合混合料，又称无机结合料稳定土。一般作为高等级公路路面基层、底基层。第一节概述第九章无机结合料稳定材料工程上用于无机结合料稳定的土，通常按照土中单个颗粒（指碎石、砾石和砂颗粒）的粒径大小和组成，将土分为下列三种：细粒土：颗粒的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不小于90%。中粒土：颗粒的最大粒径小于26.5mm，且其中小于19mm的颗粒含量不小于90%。粗粒土：颗粒的最大粒径小于37.5mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不小于90%。第九章无机结合料稳定材料二、无机结合料稳定材料的分类（一）按无机结合料的种类分1.石灰稳定土类：用石灰稳定各类土而得到的混合料。2.水泥稳定土类：用水泥稳定各类土而得到的混合料。3.综合稳定类土：同时用石灰和水泥稳定某种土得到的混合料。水泥用量占石灰水泥总用量30%以上的，称为水泥综合稳定土；反之称石灰综合稳定土。4.石灰工业废渣稳定土类：用石灰稳定工业废渣或稳定工业废渣与某种土的混合物而得到的混合料。可分为石灰粉煤灰稳定土类和石灰其它废渣稳定土类。第九章无机结合料稳定材料（二）按土的粒径大小和组成分1.无机结合料稳定土：用无机结合料稳定细粒土而得到的混合料，如石灰土、水泥土、石灰粉煤灰土（简称二灰土）等。2.无机结合料稳定粒料：用无机结合料稳定中粒土或粗粒土而得到的混合料。可分为无机结合料稳定砂粒和无机结合料稳定碎石。第九章无机结合料稳定材料三、无机结合料稳定材料的优缺点它具有良好的力学性能，其抗压强度和抗弯强度较高，而且水稳性好，具有抗冻性，在外力作用下变形小；便于就地取材，，易于实现机械化施工，养护费用低；利用工矿企业废渣符合当前节能环保的要求。但最大缺点是干缩或低温收缩容易产生裂缝，耐磨性较差，一般不宜用于路表面。第九章无机结合料稳定材料第二节无机结合料稳定材料的组成一、水泥稳定类组成材料要求（一）水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥都可用于稳定土，但应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的水泥。不得使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。宜采用强度等级为32.5或42.5的水泥。第九章无机结合料稳定材料（二）土1.宜选用均匀系数大于10，塑性指数小于12的土。2.土的压碎值的要求基层：高速公路和一级公路不大于30%二级和二级以下公路不大于35%底基层：高速公路和一级公路不大于30%二级和二级以下公路不大于40%第九章无机结合料稳定材料第九章无机结合料稳定材料3.土的级配要求各级公路均可将悬浮密实型水泥稳定类材料用于基层，底基层。基层材料的颗粒最大粒径不大于31.5mm，底基层颗粒最大粒径不大37.5mm（三）水凡人或牲畜饮用的水源，均可用于无机结合料稳定材料的拌和与养护用水。第九章无机结合料稳定材料二、石灰稳定类组成材料的要求（一)石灰各种化学组成的石灰均可用于稳定土。但其质量必须符合合格品以上的标准。对于高速公路和一级公路，通常采用磨细生石灰粉。（二）粉煤灰干粉煤灰和湿粉煤灰都可以使用。湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。2.土的压碎值的要求（三）煤渣煤渣的最大粒径不应大于30mm，颗粒组成宜有一定级配，且不宜含杂质。第九章无机结合料稳定材料（四）土1.宜采用塑性指数为12～20的粘土（亚粘土）；土块的最大粒径不应大于15mm；有机质含量超过10%土不宜选用。2.土的压碎值要求同水泥稳定类。3.土的级配要求高速公路、一级和二级公路将骨架密实型石灰粉煤灰稳定集料用于上基层或基层时，集料级配宜符合级配范围的要求。混合料中粗集料的用量应控制在75%以上，2.36mm以下细集料含量宜控制在20%左右。基层材料的颗粒最大粒径不大于31.5mm，底基层颗粒最大粒径不大于37.5mm。第九章无机结合料稳定材料第三节无机结合料稳定材料的技术性质一、无机结合料稳定材料的压实性压实性在我国一般采用重型击实试验确定无机结合料稳定材料的最佳含水量和最大干密度。同时，为确定制备无机结合料稳定材料强度试验和耐久性试验的试件应该用的含水量和干密度，以及制备承载比试验试件的材料含水量。二、无机结合料稳定土的强度抗拉强度是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的主要指标。采用无机结合料稳定材料无侧限抗压强度指标来表示稳定土的强度，不同公路等级、稳定剂类型和公路层次的无机结合料稳定材料的抗压强度标准也不一样.第九章无机结合料稳定材料注意：影响无机结合料稳定材料强度的因素：土的类别和性质：一般不同成因的土都可以用石灰来稳定。水泥稳定级配良好的碎（砾）石和砂砾效果最好，既可节约水泥，又可取得满意的稳定效果。含水率：实际施工中尽可能达到最佳含水率，并注意控制养护水分的蒸发，以保证稳定剂的水化。密实度：一般来讲，密实度增加，其强度也会增加，水稳性和抗冻性也会提高，缩裂现象亦会减少。因此要通过选材和施工工艺来控制密实度的大小。第九章无机结合料稳定材料稳定剂的品种和剂量：石灰的剂量对稳定土的强度影响显著，石灰稳定土中石灰存在一个最佳剂量，其最佳剂量随土质不同而异，同时也与养生龄期有关。生产实践中，最佳剂量的选用范围，对于粘性土及粉性土为8%～16%,对于砂性土为10%～18%。当采用水泥做稳定剂时，水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响。水泥剂量控制在5%～10%较为合理。第九章无机结合料稳定材料施工工艺过程：稳定土拌得越均匀，且能在最佳含水率下压实，其密实度越大，密度和强度就高。水泥稳定土从加水拌合到完全压实的时间要尽可能短，一般不要超过6h。养生条件：强度的发展都需要一定的温度和湿度，都要在潮湿的条件下进行养护，强度才会提高。同时也需要一定的温度，养生温度越高，强度增长越快。第九章无机结合料稳定材料三、无机结合料稳定土材料的缩裂特性无机结合料稳定材料的缩裂现象主要有干缩裂缝和温缩裂缝两种。（一）干缩裂缝石灰稳定土比水泥稳定土容易产生干缩裂缝。故应加强初期养护，保证石灰土表面潮湿，减轻稳定土的干缩裂缝（二）温缩裂缝定义：无机结合料稳定土具有热胀冷缩的性质。随着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约束时，逐渐会形成裂缝，称为温缩裂缝。第九章无机结合料稳定材料裂缝防治措施有：1.改善土质土越粘，则缩裂越严重，故应采用粘性较小的土，或在粘性土中掺入砂土、粉煤灰等，以降低土的塑性指数。2.控制压实含水量及压实度压实度小时产生的干缩要比压实度大时严重。稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，因此，稳定土压实时含水率比最佳含水率略小为好，并尽可能达到最佳压实效果。3.掺加粗集料掺入一定数量的粗粒料，使混合料满足最佳组成要求，可以提高其强度和稳定性，减少缩裂产生，同时可以节约结合料和改善碾压时的拥挤现象。4.其它措施加强初期养护，设立隔裂过渡层等。第九章无机结合料稳定材料第四节无机结合料稳定材料的组成设计所谓材料组成设计是指：根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水率。通过设计，在铺筑的路面在技术上可靠，经济上合理。注意：无机结合料稳定材料的组成设计必须遵循以下原则：具有合适的强度和耐久性；用作高等级道路路面基层时，具有小的收缩变形和强抗冲刷能力；就地取材，便于施工；技术可行，经济合理第九章无机结合料稳定材料一、无机结合料稳定材料的组成设计步骤（一）原材料试验原材料主要进行下列试验：颗粒分析；液限和塑性指数；相对密度；击实试验；压碎值稳定剂性质试验(包括测定石灰的钙、镁含量和水泥的强度等级及终凝时间)注意：有机质含量和硫酸盐含量（必要时做）第九章无机结合料稳定材料（二）拟定混合料配合比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石灰粉煤灰稳定土，采用石灰粉煤灰土做基层或底基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1:2～1:4（对于粉土，以1:2为宜）石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30:70～10:90；采用石灰粉煤灰集料做基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1:2～1:4石灰粉煤灰与集料（中粒土和粗粒土）的比应是20:80～15:85。第九章无机结合料稳定材料2.确定各种混合料的最佳含水率和最大干密度，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，其余两个混合料的最佳含水率和最大干密度用内插法确定。3.按规定的压实度，分别计算不同剂量的试件应有的干密度。4.按最佳含水率和计算得到的干密度制备试件。5.试件在规定温度下保温养生6d，浸水24h后，进行无侧限抗压强度试验6.计算试验结果的平均值和偏差系数。7.选定合适的水泥或石灰剂量。8.考虑到室内试验和现场条件的差别，工地实际采用的结合料剂量应较室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%。拌合机械的拌合效果好，可只增加0.5%；如拌合机械的拌合效果较差，则需要增加1.0%。9.水泥的最小剂量第九章无机结合料稳定材料二、无机结合料稳定材料配合比设计例题【例题】某地区一级公路路面底基层设计为石灰稳定土，试按现行技术规范所要求的方法进行石灰稳定土混合料配合比设计。【设计资料】该路面底基层设计为30cm厚石灰稳定土，要求7d无侧限抗压强度为0.8MPa。该路石灰土混合料生产采用集中厂拌法，分两层铺筑，压实度指标按95%控制。第九章无机结合料稳定材料【设计步骤】（一）原材料检验及选定1.石灰材料：该路段沿线盛产钙质石灰，经试验检测该土料的各项技术指标均符合现行有关规范要求。2.土料：该路土场的土质为低塑限粘土，经试验检测该土料的各项技术指标均符合现行有关规范要求。（二）确定石灰剂量的掺配范围参照当地的试验，石灰土的石灰剂量按8%、10%、12%、14%和16%5种比例配制。第九章无机结合料稳定材料第九章无机结合料稳定材料（三）确定最佳含水率和最大干密度用重型击实试验法确定各种不同石灰剂量的石灰土混合料最佳含水率和最大干密度.（四）测定7d无侧限抗压强度1.制作试件：对石灰稳定土路面底基层混合料强度试件的制备，按现行技术规范规定采用Φ50mm×50mmm的圆柱体试件，每种石灰剂量按6个试件配制，工地压实度按95%控制，现将制备试件所需的基本参数计算如下:第九章无机结合料稳定材料(1)制备一个试件需要混合料的数量（以8%剂量为例）(2)配制同种石灰剂量6个试件所需的各种原材料的总量。①首先测定风干土和消石灰粉的原始含水率，分别为3%和2%。②对于细粒土来讲可以一次配制6个试件所需混合料，再按以上每个试件质量分别称取，成型6个试件。2.测定无侧限抗压强度，按规定方法测得7d无侧限抗压强度（五）最佳石灰剂量确定1.比较强度平均值和设计要求值，根据试验结果，石灰剂量为8%、10%2.考虑到试验数据的偏差的施工中的保证率，对石灰剂量8%、10%、12%