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HPU第十二章无机结合料稳定路面123概述无机结合料稳定材料的力学特性石灰稳定类基层（底基层）4水泥稳定类基层5工业废渣稳定基层6半刚性路面面层目录（contents）§12-1概述定义：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其稳定性好，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。应用：主要用于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。12无机结合料稳定路面石灰(水泥)稳定类材料特点：1.具有一定的抗拉强度；2.环境温度对半刚性材料强度的形成和发展有很大影响；3.强度和刚性都随龄期增长，刚性为柔性材料的数倍，但又明显小于水泥混凝土；4.干缩性和温缩性大；5.稳定细粒土时，抗冲刷能力差；6.耐磨性差。12无机结合料稳定路面§12-2无机结合料稳定材料的力学特性一无机结合料稳定材料的应力-应变特性1)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。2)试验方法：有顶面法、粘贴法、夹具法和承载板法等。试件：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。12无机结合料稳定路面3)无机结合料稳定材料的应力-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。4)应力-应变关系也呈现出非线性状，模量是应力(偏应力和侧限应力)函数；在应力级位低于极限荷载的50%~60%时，应力应变曲线可近似为线性的一无机结合料稳定材料的应力-应变特性12无机结合料稳定路面二、无机结合料稳定材料的疲劳特性疲劳规律：(1)随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次数Nf降低；(2)重复应力级位相同时，Nf的变动幅度较大，表明试验结果离散，但其概率分布基本符合对数正态分布；(3)通过回归分析，可得到描述应力比和作用次数关系的疲劳方程；(4)当应力比为0.55时，重复作用次数达到107时尚未发现有疲劳现象；(5)当应力比＜0.75时，重复应力施加的频率对试验结果(即疲劳方程)的影响很微小。12无机结合料稳定路面三、无机结合料稳定材料的干缩特性干燥收缩--无机结合料稳定材料因内部含水量变化而引起的体积收缩现象。干燥收缩的基本原理：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。干缩特性的指标：干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率和平均干缩系数。干缩性的影响因素：有结合料的类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、小于0.5mm的细颗粒的含量、试件含水量和龄期等有关。12无机结合料稳定路面通过大量试验，不同材料的干缩系数排列次序：1.同一类无机结合料稳定材料：稳定细粒土＞稳定粒料土＞稳定粒料2.对稳定粒料类：石灰稳定类＞水泥稳定类＞石灰粉煤灰稳定类。3.对于稳定细粒土：石灰土＞水泥土或水泥石灰土＞石灰粉煤灰土。12无机结合料稳定路面四、半刚性材料的温度收缩特性温度收缩--组成半刚性材料的三个相，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。固相：原材料中砂砾以上颗粒的温度收缩系数较小；粉粒以下颗粒，特别是粘土矿物的温度收缩性较大。液相：通过扩张作用、表面张力作用和冰冻作用三个作用过程，对温度收缩性产生影响。温度收缩试验指标：温缩应变、温缩系数、温缩量和平均温度收缩系数影响因素：结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关。12无机结合料稳定路面§12-3石灰稳定类基层(底基层)石灰稳定类基层--在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层。一、石灰稳定土强度形成原理1)离子交换作用--石灰在溶液中电离出来的钙离子(Ca2+)就与土中的钠、氢、钾离子产生离子交换作用。使土发生初期变化的主要原因。2)结晶作用--生成氢氧化钙结晶网格，具有水硬性。12无机结合料稳定路面3)火山灰作用--熟石灰的游离Ca2+与土中的活性氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应，是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因。4)碳酸化作用--在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用，大大提高了土的强度和整体性。初期，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减少等。后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。12无机结合料稳定路面二.石灰对土性质的影响1)塑性：由于离子交换作用，形成团粒结构，土的塑性指数可下降很多。2)压实性：石灰的掺加，使土的最佳含水量增加而最大密实度降低。3)强度：石灰对土的影响，最主要的是提高强度。12无机结合料稳定路面三.影响强度的因素1)土质2)灰质3)石灰剂量4)含水量5)密实度6)石灰土的龄期四.石灰土基层的应用石灰稳定土一般可以用于各类路面的基层或底基层。石灰土因其水稳定性较差不应做高速公路或一级公路的基层，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层。12无机结合料稳定路面五.石灰稳定土基层缩裂防治1)控制压实含水量；2)严格控制压实标准；3)温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，而且温度在0～-10oC时；4)干缩的最不利情况是石灰稳定土成型初期；5)石灰稳定土施工结束后要及早铺筑面层，使石灰土基层含水量不发生大变化，可减轻干缩裂隙；6)在石灰稳定土中掺加集料(砂砾、碎石等)；7)为了防止基层裂缝的反射，国内外常采取以下措施：(1)设置联结层；(2)铺筑碎石隔离过渡层。12无机结合料稳定路面六.石灰土混合料设计组成设计--根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定必需的或最佳的石灰剂量和混合料的最佳含水量。强度标准：根据公路等级及层位确定7d无侧限抗压强度。混合料的设计步骤：(1)制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料；(2)确定混合料的最佳含水量和最大干压实密度；(3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试验时，做平行试验的试件数量应符合规定；(4)试件在规定温度下保湿养生6d，浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。12无机结合料稳定路面二灰碎石混合料拌合七．石灰土底基层的施工施工包括：放样、清底、备料、配料、拌和、摊铺、整型、碾压和养生等工序。施工方法：路拌法和场拌法八．碎(砾)石灰土底基层用石灰稳定碎(砾)石土，简称碎(砾)石灰土。将拌和均匀的碎(砾)石灰土经摊铺、整型、碾压、养生后成型的底基层，称碎(砾)石灰土底基层12无机结合料稳定路面§12-4水泥稳定类基层一.概述在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。当用水泥稳定细粒土(砂性土、粉性土或粘性土)时，简称水泥土。不能作为高速公路或一级公路的基层，只能用做底基层。在高等级的水泥混凝土路面板下，水泥土不能做基层。12无机结合料稳定路面二.强度形成原理1)水泥的水化作用在水泥稳定土中，首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度主要来源。硅酸三钙：2C3S十6H20→C3S2H3十3CH硅酸二钙：2C3S十4H2O→C3S2H3十CH铝酸三钙：C3A十6H2O→C3AH6铁铝酸四钙：C4AF十7H2O→C4AFH7水泥水化生成的水化产物，在土的孔隙中相互交织搭接，将土颗粒包覆连接起来，使土逐渐丧失了原有的塑性等性质，并且随着水化产物的增加，混合料也逐渐坚固起来。12无机结合料稳定路面2)离子交换作用Ca2+的电价高于K+、Na+等离子，从而取代了K+、Na+，同时Ca2+也因双电层电位的降低，速度加快，因而使电动电位减小、双电层的厚度降低，使粘土颗粒之间的距离减小，相互靠拢，导致土的凝聚，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定度。3)化学激发作用氢氧化钙对粘土矿物的激发作用，将进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性。4)碳酸化作用Ca(OH)2十CO2十nH2O＝CaCO3十(n十1)H2O碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，也可以对土的基体起到填充和加固作用。12无机结合料稳定路面三.影响强度的因素1)土质(1)强度随土中的粘粒含量增加和塑性指数增大而降低，特别是对干缩和温缩变形大。(2)强度随土中的CaCO3含量增大而增大的趋势。(3)强度随土中的有机质含量增多而减小。(4)稳定级配良好的集料效果优于稳定级配不好的集料。(5)小于0.075mm的颗粒含量愈多，水泥稳定混合料的强度愈小。土的类别和性质是影响水泥稳定土强度的重要因素，各类砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定，但稳定效果不同。一般要求土的塑性指数不大于17。12无机结合料稳定路面2)水泥的成分和剂量水泥成分：(1)各种类型的水泥都可以用于稳定土。(2)水泥矿物成分是决定水泥土强度的主导因素。通常情况下硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差。(3)随水泥分散度的增大，其化学活性程度和硬化能力也有所增长，使水泥土的强度得到提高。(4)一般不采用快硬水泥或早强水泥（施工的时间要求）12无机结合料稳定路面水泥剂量：(1)水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长。(2)但过多的水泥用量，虽获得强度的增加，在经济上却不一定合理，存在一个经济用量。应该注意，过多的水泥，在效果上不一定显著，且容易开裂。试验和研究证明，水泥剂量为4％～8％较为合理。(3)水泥剂量应根据技术和经济两个方面的因素综合确定。12无机结合料稳定路面3)含水量(1)含水量对水泥稳定土强度影响很大。(2)水泥土的含水量与密实度关系同素土一样，对于一定的压实功能，存在一个能达到最大密实度的最佳含水量。(3)相应于最大密实度的最佳含水量不是相应于强度最高的含水量。对于砂性土，最高强度含水量较最佳密实度的含水量小；而对于粘性土，则相反。12无机结合料稳定路面4)施工工艺过程(1)拌和愈均匀，强度愈高。(2)从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水泥土的密实度和强度有很大的影响。(3)需要湿法养生。温度愈高，强度增长愈快。12无机结合料稳定路面四.材料要求及混合料组成设计1)材料要求土：压碎值、颗粒最大粒径及级配、细粒土的塑性指数等符合规范要求。水泥：宜选用终凝时间(宜大于6h)较长的硅酸盐水泥，并且标号较低。2)混合料组成设计同石灰混合料的方法。五.水泥稳定粒料施工施工包括：放样、清底、备料、配料、拌和、摊铺、整型、碾压和养生等工序。施工方法：路拌法和场拌法。12无机结合料稳定路面水泥稳定碎石拌和场水泥稳定碎石拌和场远境拌和场冷料仓出料口拌和场水泥罐湖南醴潭路施工现场12无机结合料稳定路面水泥稳定碎石混合料运输水泥稳定碎石混合料摊铺水泥稳定碎石混合料摊铺水泥稳定碎石混合料摊铺湖南醴潭路施工现场12无机结合料稳定路面水泥稳定碎石混合料基层碾压水泥稳定碎石混合料基层碾压水泥稳定碎石混合料基层碾压水泥稳定碎石混合料基层养生湖南醴潭路施工现场12无机结合料稳定路面§12-5工业废渣稳定基层一.概述意义：各城市的工矿单位常有大量废渣需要处理。利用这些废渣修路，既可解决城市中筑路材料来源的困难，又可为工厂解决废渣的堆放和处理问题，具有较大的经济意义。常用的工业废渣主要有：(1)各种石灰下脚；(2)电石渣；(3)漂白粉下脚；(4)飞灰和炉底灰；(5)水淬渣；(6)各种煤渣；各种工业废渣的主要成分：二氧化硅、氧化铝或氧化钙；活性二氧化硅和氧化铝特性：本身在水中不会结硬，但在饱和的Ca(