04无机结合料稳定材料(十一月收集整理).

携手十一通过市政群：1368165641第4章无机结合料稳定材料高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165643课前提问为什么无机结合料稳定材料又称为“半刚性材料”？为什么CTB和LFTB会成为无机结合料稳定材料中的两大“主力”？高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165644两个基本概念无机结合料稳定材料在破碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的水泥、石灰或工业废渣材料和水，经拌和得到的混合料，在压实和养生后，抗压强度符合规定要求的混合料。半刚性材料用水泥、石灰或水硬性结合料等无机结合料处治的土或碎（砾），前期具有柔性的性质，后期强度和刚度有大幅度的增长，但仍远小于水泥混凝土。这样的混合料称为半刚性材料。☆强度来源☆强度特征高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165645“半刚性”的由来☆沥青混合料、级配碎石无机结合料稳定材料水泥混凝土1200MPa柔性材料1300－1700半刚性25000刚性材料☆由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性材料和刚性材料之间，因此也被称为“半刚性材料”。Pause4-5高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165646结构定位☆大多用做沥青路面或水泥路面的基层或底基层。面层沥青混凝土水泥混凝土基层无机结合料稳定材料底基层无机结合料稳定材料土基压实土改善土最适合这两个层次的工作！高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165647沥青路面主要病害：反射裂缝路面裂缝基层开裂☆在荷载和温度的反复作用下，无机结合料基层上的裂缝逐渐向上反射，形成沥青路面的裂缝。☆无机结合料稳定材料基层为什么会开裂？☆为什么说反射裂缝不可避免？高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165648沥青路面主要病害：水损害☆在沥青路面上产生反射裂缝后，水沿裂缝面逐渐渗入基层顶面，在高速车载的作用下，高压水流不断冲刷无机结合料稳定材料基层上的细小颗粒，逐渐泵吸到路面，形成唧泥。路面唧泥☆为什么无机结合料稳定材料基层沥青路面上的水损害比较严重？☆采取哪些措施可以尽量避免这种破坏的发生？高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：1368165649结构功能及设计☆承受车辆荷载的作用，起主要承重层的作用；☆优化材料设计，尽量减小路面的反射裂缝；☆优化材料设计，增强抵抗水损害的能力。面层沥青混凝土水泥混凝土基层无机结合料稳定材料底基层无机结合料稳定材料土基压实土改善土高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656410本章内容要点一、使用状况和分类二、力学性能☆三、收缩性能☆四、水稳定性☆五、疲劳性能七、配合比设计☆八、施工工艺及控制六、综合性能高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656411一、使用状况和分类1.使用状况：国内（七五期间）道路名称沥青面层厚度(cm)和类型基层厚度(cm)和类型底基层厚度(cm)和类型沪嘉高速公路46石灰粉煤灰碎石20砂砾广佛高速公路4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土同上+6沥青碎石25水泥级配碎石或水泥石屑(31)25~28水泥石屑或水泥土沈大高速公路同上或5+5+520水泥砂砾或水泥矿渣砂砾或矿渣京津塘高速公路20~23中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土和沥青碎石20~25水泥粒料(碎石或砾石)或石灰粉煤灰碎石25~35石灰土或水泥土、水泥石灰土、石灰粉煤灰土高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656412一、使用状况和分类1.使用状况：国内（七五以后）道路名称表面层(cm)中面层(cm)底面层(cm)基层(cm)材料名底基层(cm)材料总厚度(cm)广州-深圳4中AC8密粗AC+10密BM10MB23水泥碎石23级配碎石+22~32未筛分碎石110路肩100济南—青岛5中SAC4中SAC6粗AC5粗AC7BM6BM34水泥砂砾20水泥砂砾20水泥砂砾15石灰土26石灰土26石灰土676461沪宁（江苏段）4AK-16A6粗AC-25I6粗AC-25I28二灰碎石30二灰碎石25二灰碎石33二灰土石家庄—安阳4中SLH5粗SLH6LH-3020水泥碎石+20二灰碎石20～40石灰土75高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656413一、使用状况和分类1.使用状况：国外从1980年代中期开始，国外在高速公路中很少使用无机结合料稳定材料，即使使用，也是采用较厚的沥青层、较薄半刚性材料作底基层的“混合结构”。国外最常用的基层材料是级配碎石（Unboundmaterial或Granularmaterial）。与我国的使用状况存在很大差别（薄沥青层、厚半刚性材料）。高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656414一、使用状况和分类☆按结合料类型分：水泥稳定材料（水泥稳定碎石等）石灰稳定材料（石灰土等）石灰工业废渣稳定材料（石灰粉煤灰碎石，简称二灰碎石）☆按土的颗粒组成分：稳定粗粒土（二灰稳定碎石等，常用做基层）稳定中粒土（水泥稳定砂砾等，常用做基层）稳定细粒土（二灰稳定土等，常用做底基层）2.分类：高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656415二、力学性能1.强度作用原理a（水泥稳定材料）（1）水泥水化作用（2）离子交换作用（3）化学激发作用（4）碳酸化作用高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656416二、力学性能☆1.强度作用原理a（水泥稳定材料）（1）水泥水化作用硅酸三钙3CaO·SiO2（C3S）硅酸二钙2CaO·SiO2（C2S）铝酸三钙3CaO·Al2O3（C3A）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）CHHSCOHSC36232323CHHSCOHSC323224263236AHCOHAC74247AFHCOHAFC☆强度形成的主要来源。水泥成分高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656417二、力学性能硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成硅酸三钙（C3S）硅酸二钙（C2S）铝酸三钙（C3A）铁铝酸四钙（C4AF）与水反应速度中慢快中水化热中低高中对强度的作用早期良差良良后期良优中中耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小大致含量（％）35～6510～400～155～15高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656418二、力学性能1.强度作用原理a（水泥稳定材料）☆两种水泥水化作用的区别（水泥稳定土VS水泥混凝土）土（水泥稳定土）具有非常高的比表面积和亲水性；水泥稳定土中的水泥含量较少（6%）；土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性；在一些土中常存在酸性介质环境。pause4高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656419二、力学性能1.强度作用原理a（水泥稳定材料）（2）离子交换作用水泥水化产物中的Ca(OH)2含量很高，易形成富含Ca2+的碱性溶液环境；当溶液中富含Ca2+时，因为Ca2+的电价高于K+、Na+等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从而取代了K+、Na+，成为反离子，同时Ca2+使双电层电位的降低速度加快。Ca2+K+、Na+☆增加强度和稳定性。高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656420二、力学性能1.强度作用原理a（水泥稳定材料）（3）化学激发作用Ca2+的化学激发作用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SiO2和Al2O3的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如4CaO·5SiO2·5H2O、4CaO·Al2O3·19H2O、3CaO·Al2O3·16H2O、CaO·Al2O3·10H2O等。☆增加强度和水稳定性。高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656421二、力学性能1.强度作用原理a（水泥稳定材料）（4）碳酸化作用水泥水化生成的Ca(OH)2，除了可与粘土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。☆反应缓慢，作用较弱。OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656422二、力学性能1.强度作用原理b（石灰稳定材料）生石灰的主要成分：有效氧化钙CaO和氧化镁MgO生石灰的熟化和硬化：熟化：（消石灰或熟石灰）CaO＋H2O→Ca(OH)2＋65.9kJ/mol硬化：结晶和碳酸化高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656423石灰的技术指标(JTJ034-2000,表4.2.2)类别与指标项目钙质生石灰镁质生石灰钙质消石灰镁质消石灰IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII有效钙加氧化镁（%）858070807565656055605550未消解残渣（5mm圆孔筛的筛余）（%）71117101420含水量（%）444444细度0.71mm方孔筛筛余（%）0110110.125mm方孔筛累计筛余（%）13201320钙镁石灰的分类界限，MgO含量(%)5544高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656424二、力学性能☆1.强度作用原理b（石灰稳定材料）（1）离子交换作用（初期强度）（2）碳酸化反应（后期强度）（3）火山灰反应（中后期强度）（4）氢氧化钙的结晶反应OnHSiOCaOOmHOHxCaSiO22222OnHOAlCaOOmHOHxCaOAl2322232OnHOHCaOnHOHCa2222)(☆强度主要来源。高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656425二、力学性能1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料）（1）常用材料：粉煤灰（2）粉煤灰的相关参数：密度：1900～2400kg/m3（普通）2500～2800kg/m3（高钙15％）比表面积：2700～3500cm2/g最佳粒径：5～30μm[湿排灰、干排灰]高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656426二、力学性能☆1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料）（3）粉煤灰的化学组成氧化物含量：前三种氧化物含量应大于70％；三种粉煤灰（CaO含量）：低钙（5％），中钙（5-15％），高钙（15％）烧失量：应小于8％（未燃煤的含量）成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量含量(%)40~6015~403~102~50.5~2.521～20高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656427二、力学性能1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料）（4）石灰粉煤灰的水化活性粉煤灰中的CaO含量较少，所以通常不能自行水化；水化激发条件包括生石灰、熟石灰、水泥水化生成的Ca(OH)2、石膏、碱性物质等，特别是Ca(OH)2。高等筑路材料无机结合料稳定材料携手十一通过市政群：13681656428二、力学性能1.强度作用原理c（工业废渣稳定材料）（4）石灰粉煤灰的水化活性相关化学反应：（a）CaO+H2OCa(OH)2（b）Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O（c）Ca(OH)2+SiO2+H2OxCaO·ySiO2·zH2O（c）Ca(OH)2+Al2O3+H2OxCaO·yAl2O3·zH2O（d）Ca(OH)2+SiO2+Al2O3+H2OxCaO·yAl2O3·zSiO2·wH2O（e）Ca(OH)2+SO42-+Al2O3+H2OxCaO·yAl2O3·zCaSO4·wH2O高等筑路材料无机结