关于路用石灰土和二灰碎石

关于路用石灰土和二灰碎石施工图设计审查中心吴祖德提要：2010年前我市道路的基层、底基层材料主要采用二灰碎石和石灰土，是一种强度高、耐久性好、造价低、便于施工、质量易保证，可以就地取材，一方面具有良好的路用性能,另一方面可以充分利用工业废料,减少环境污染,具有重要的经济意义和很大的社会和环保效益。近年来高等级公路、城市道路建设中，得到了越来越广泛的应用。本文主要收集这两种材料的路用性能作分析介绍，供交流参考。2010年后，所用粉煤灰的三氧化硫含量大于3%，所做基层产生膨胀、开裂，不能满足路用要求，已改用水泥稳定碎石基层。但只要控制粉煤灰的三氧化硫含量小于3%，二灰碎石还是可以满足路用要求的。关键词：二灰碎石石灰土路用性能防止半刚性基层收缩裂缝措施1前言由于石灰、水泥在土中的水化、水解和结晶作用，使混合料产生强度和板体性，这类材料完工初期，具有柔性材料的工作特性，随着时间的推移，强度逐渐提高，板体性增加，刚度增大。它的最终强度、弹性模量比不掺石灰或水泥的柔性基层要大几倍，但比水泥混凝土要小得多，二灰碎石和石灰土故称为半刚性基层。半刚性基层具有一定的强度和水稳性，适宜用作高等级路面的基层或底基层。但应注意其干缩和温度收缩的特性，表面出现的裂纹容易反射到路面上来，工程中特别要注意防治。2石灰土2.1石灰土概况石灰土是属于石灰稳定土类，用石灰稳定细粒土（颗粒的最大粒径小于10mm，且其中小于2mm的额粒含量不少于90%）得到混合料简称石灰土。其特点是，具有扳体性．强度比砂石路面要高。有一定的水稳性和抗冻性，初期强度低，但其强度随龄期较长时间增长。其收缩性大，容易开裂。适宜于作二级和二级以下公路与城市道路的基层，也可作各级路面的底基层。石灰土不宜用于潮湿路段。石灰土的7d浸水抗压强度标准（表1）：表1石灰稳定土的抗压强度标准（《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000））公路等级层位二级和二级以下公路高速公路和一级公路基层（MPa）≥0.8①—底基层（MPa）0.5～0.7②≥0.8注：①在低塑性土（塑性指数小于7）地区，石灰稳定砂砾土和碎石土的7d浸水抗压强度应大于0.5MPa（100g平衡锥测液限）。②低液限于塑性指数小于7的粘性土，且低限值仅用于二级以下公路。高限用于塑性指数大于7的粘性土。2.2石灰对土的改善主要是提高强度，而强度的形成与很多因素有关，如土质、灰质、石灰剂量、含水量和密实度。2.2.1土质要求《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）规定土应符合下列要求：1)宜采用塑性指数10～15的粉质土、黏土。2)土中的有机物含量宜小于10%。3)使用旧路的级配砾石、砂石或杂填土等应先进行试验。级配砾石、砂石等材料的最大粒径不宜超过分层厚度的60%，且不应大于250px。土中掺入碎砖等粒料时，粒料掺入含量应经试验确定。《粉煤灰石灰类道路基层施工及验收规程》（CJJ4-97）规定土应符合下列要求：1）土的塑性指数（用100g平衡锥测定）宜为11～25，并不得小于6或大于30。当土的塑性指数小于6或大于30时，应采取压实混合料或粉碎土团粒的措施。2）当温度为700℃时，土中有机质含量应小于8%。硫酸盐含量宜小于0.8％。塑性指数偏大的重粘土，不易粉碎、拌和，石灰难以与其充分反应，对强度形成不利，这种情况下，可采用两次拌和工艺，即：第一次加部分石灰拌和后，闷放1～2d，再加入其余石灰进行第二次拌和。塑性指数10以下的亚砂土和砂土，使用石灰较多，难以碾压成型，施工时应采取适当的措施，或采用水泥稳定。塑性指数为15以上的粘性土更适宜于用石灰和水泥综合稳定。2.2.2石灰质量石灰中氧化钙加氧化镁的含量直接决定了石灰对土的稳定效果，石灰等级愈高，在掺加相同合灰量的情况下，有更多的CaO和MgO起作用，因而稳定效果愈好。《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）规定石灰应符合下列要求：1）宜用1～3级的新石灰，石灰的技术指标应符合表2的规定。表2石灰技术指标类别项目钙质生石灰镁质生石灰钙质消石灰镁质消石灰等级ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ有效钙加氧化镁含量（%）≥85≥80≥70≥80≥75≥65≥65≥60≥55≥60≥55≥50未消化残渣含量5mm圆孔筛的筛余(%)≤7≤11≤17≤10≤14≤20——————含水量(%)——————≤4≤4≤4≤4≤4≤4细度0.71mm方孔筛的筛余(%)——————0≤1≤10≤1≤10.125mm方孔筛的筛余(%)——————≤13≤20—≤13≤20—钙镁石灰的分类界限，氧化镁含量(%)≤5＞5≤4＞4注：硅、铝、镁氧化物含量之和大于5%的生石灰，有效钙加氧化镁含量指标，Ⅰ等≥75%，Ⅱ等≥70%，Ⅲ等≥60%；未消化残渣含量指标均与镁质生石灰指标相同。2）磨细生石灰，可不经消解直接使用；块灰应在使用前2～3d完成消解，未能消解的生石灰块应筛除，消解石灰的粒径不得大于10mm。3）对储存较久或经过雨期的消解石灰应先经过试验，根据活性氧化物的含量决定能否使用和使用方法。一般情况下，石灰质量按原标准应达到Ⅲ级以上（《建筑石灰》（GB1594-1979）已废止）（表3）（同表2），按新标准达到合格品以上（《建筑生石灰》（JC/T479-92））的生石灰的技术指标（表4）。表3生石灰的技术指标(《建筑石灰》（GB1594-1979）已废止)类别钙质石灰镁质石灰等级一等二等三等一等二等三等有效钙加氧化镁含量不小于（%）858070807565未消化残渣含量(5mm圆孔筛余)不大于(%)71117101420表4建筑生石灰技术指标(《建筑生石灰》（JC/T479-92）)类别钙质石灰镁质石灰等级优等品一等品合格品优等品一等品合格品有效钙加氧化镁含量不小于（%）908580858075未消化残渣含量(5mm圆孔筛余)不大于(%)5101551015原设计所规定的石灰等级宜高于Ⅲ级，应注意按建筑生石灰技术指标《建筑生石灰》（JC/T479-92）为合格品时，CaO+MgO含量比原标准高出10%。石灰中CaO+MgO含量随堆放时间(特别是野外的堆放时间)而减少，因此最好能在生产后不迟于三个月内使用完毕。活性CaO+MgO含量如经试验略低于原Ⅲ级标准，可根据活性氧化物的实际含量，适当提高石灰剂量。对于高速公路和一级公路，宜采用磨细生石灰粉。生石灰在土中消解，可放出大量热能，加速灰土的硬化。另外，刚消解的石灰其活性和溶解度均较高，能保证石灰与土中胶粒更好地作用。因此，采用生石灰稳定土的效果优于熟石灰，但施工成本要高些。2.2.3水质量《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）规定水符合下列要求：水应符合国家现行标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。宜使用饮用水及不含油类等杂质的清洁中性水，PH值宜为6～8。总之，遇有可疑水源时，应进行试验鉴定。2.2.4石灰剂量(石灰质量／土质量)石灰剂量对石灰土强度影响显著，石灰剂量较低(3％～4％)时，石灰对土主要起稳定作用，土的塑件、膨胀性、吸水量、聚水量减少，土的密度、强度得到提高。随着剂量的增加，石灰土的强度、水稳性、耐冻性显著提高，但超过一定剂量(＞17％)，过多的石灰在土中以自由灰存在，这时石灰土的强度反而有下降的趋势。这表明石灰稳定土存在最佳石灰剂量。《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）规定石灰土配合比设计应符合下列规定：1）每种土应按5种石灰掺量进行试配，试配石灰含量宜按表5选取：表5石灰土试配石灰用量土壤类别结构部位石灰掺量（%）12345塑性指数≤12的黏性土基层1012131416底基层810111214塑性指数＞12的黏性土基层5791113底基层578911砂砾土、碎石土基层345672）确定混合料的最佳含水量和最大干密度，应做最小、中间和最大3个石灰剂量混合料的击实试验，其余两个石灰剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。3）按规定的压实度，分别计算不同石灰剂量的试块应有的干密度。4）强度试验的平行试验最少试件数量，不应小于表6的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定值，应重做试验。如不能降低偏差系数，则应增加试件数量。表6最少试件数量（件）偏差系数土壤类别＜10%10%～15%15%～20%细粒土69—中粒土6913粗粒土—9135)试件应在规定温度下制作和养护，进行无侧限抗压强度试验，应符合国家现行标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057有关要求。6）石灰剂量应根据设计要求强度值选定。试件试验结果的平均抗压强度应符合下式要求：≥Rd/（1－ZaCV）试中Rd——设计抗压强度CV——试验结果的偏差系数（以小数计）Za——标准正态分布表中随保证率（试置信度α）而改变的系数，城市快速路和城市主干路应取保证率95%，即Za=1.645；其他道路应取保证率90%，即Za=1.282。7）实际采用的石灰剂量应比室内试验确定的剂增加0.5%～1.0%。采用集中厂拌时可增加0.5%。擦参见表5石灰土试配石灰用量。再由混合料组成设计最终确定。2.2.5含水量和密实度石灰稳定土混合料要有足够的水分，以满足土与石灰反应的需要和压实的需要，对于一定剂量的混合料，存在一个能达到最大干容重的最佳含水量，可以通过重型击实试验确定。见2.2.42）确定混合料的最佳含水量和最大干密度，应做最小、中间和最大3个石灰剂量混合料的击实试验，其余两个石灰剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。3）按规定的压实度，分别计算不同石灰剂量的试块应有的干密度。实际工作中，混合料碾压时的含水量应较最佳含水量大1％～2％，以弥补碾压过程中水分的蒸发和保证石灰继续水化的需要。提高石灰土的密实度，有其显著的技术经济效果。研究表明，密实的灰土，不但强度得到提高，而且抗冻性、水稳性变好，缩裂现象可减轻。规范规定，石灰稳定土压实度(工地实测干容重/重型击实试验的最大干容重)应达到表7的要求。表7石灰稳定土压实度要求（《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000））层次高速公路和一级公路①二级及二级以下公路稳定中粒土、粗粒土稳定细粒土稳定中粒土、粗粒土稳定细粒土基层98%98%97%93%底基层97%95%95%93%注：①由于当前有多种能量大的压路机,宜提高压实度1%～2%。2.2.6其他石灰稳定土属于缓凝慢硬性材料，初期强度低，随着时间的增长，强度逐步提高，其强度增长速率及后期强度与环境因素、湿度条件等关系密切。研究表明，在密封的湿气中养生时，石灰稳定土的强度高于在空气中养生的强度，这说明石灰土强度增长需要一定的水分，具有水硬性、在湿度适宜的情况下、温度愈高，强度形成愈快。温度在0°C以下，强度基本停止发展。2.3实例（《公路与城市道路设计手册》1053页）某一级公路底基层石灰土的配合比的设计示例。已知：土为黏性土，塑性指数Ip=11.5；石灰属3级钙石灰；压实度要求96%。采用集中厂拌法施工。试求：石灰土的设计抗压强度Rc,d=1.2MPa时，石灰剂量？最大干密度？最佳含水率？过程：因为土Ip=11.5（接近12），选定石灰剂量范围6%～14%。然后，通过试验确定石灰土的最佳含水量和最大干密度，各种含灰量下的抗压强度（其中石灰剂量8%、12%为通过内插方法得到）。表8击实试验及强度检验结果12345石灰剂量（%）最佳含水量（%）最大干密度（g/cm3）计算干密度（g/cm3）抗压强度（MPa）6.018.71.711.640.248.019.41.681.610.7610.020.11.651.581.2412.020.91.621.561.7014.021.81.581.522.12随石灰剂量的增加而增加随石灰剂量的增加而减小随石灰剂量的增加而减小随石灰剂量的增加而增加（见图1）图1石灰剂量与石灰土的强度关系图强度试验结果的偏差系数CV=12.2%，一级公路应取保证率95%，此时Za=1.645，计算出石灰土的平均抗压强度值应满足：c≥Rc,d/（1-CVZa）=1.20/（1-0.1