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1、(道路工程课件）第十五章无机结合料稳定材料及路面 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 第一节概述第一节概述 第二节无机结合料稳定材料的特性第二节无机结合料稳定材料的特性 第三节石灰稳定类基层第三节石灰稳定类基层/底基层底基层 第四节水泥稳定类基层第四节水泥稳定类基层/底基层底基层 第五节工业废渣稳定类基层第五节工业废渣稳定类基层/底基层底基层 主要内容主要内容第一节概述第一节概述1、无机结合料稳定材料及其特点、无机结合料稳定材料及其特点 定义：定义：在
2、粉碎的或原状松散的土中掺入一在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水泥、或石灰、或工业废渣等无机结定量的水泥、或石灰、或工业废渣等无机结合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后，合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后，得到的抗压强度符合规定的材料。得到的抗压强度符合规定的材料。由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料材料(如沥青混合料如沥青混合料)和刚性材料和刚性材料(如水泥混凝如水泥混凝土土)之间，所以也称为之间，所以也称为半刚性材料半刚性材料，由其铺筑，由其铺筑的结构层称为的结构层称为半刚性层半刚性层。板体性好，具有一定的抗拉强度；板体性好，具有一定的抗拉强
3、度；稳定性好，抗冻性强；稳定性好，抗冻性强；强度和刚度随着龄期而增长；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；经济性好；干缩温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。干缩温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。无机结合料稳定材料的特点无机结合料稳定材料的特点2、无机结合料稳定材料的种类、无机结合料稳定材料的种类1）原材料）原材料土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等2）无机结合料稳定种类：）无机结合料稳定种类：细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土三灰土粗粒土
4、：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂水泥碎石土、水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂无土：二灰、二渣、水泥矿渣等无土：二灰、二渣、水泥矿渣等1、无机结合料稳定材料的应力、无机结合料稳定材料的应力应变特性应变特性1）强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的）强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不同；强度变化规律也不同；2）有较好的板体性，具有一定的抗拉性能；）有较好的板体性，具有一定的抗拉性能；3）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回弹模量、抗
5、弯拉强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温弹模量、抗弯拉强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温缩等来衡量材料的性能；缩等来衡量材料的性能；4）应力）应力应变特性与原材料和结合料的性质与用量、应变特性与原材料和结合料的性质与用量、混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。第二节无机结合料稳定材料的特性第二节无机结合料稳定材料的特性 无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关。所以要按不同龄期（关。所以要按不同龄期（7d、28d、90d、180天等）和不同的温度天等）和不同的温度(淮河以北地区淮河以北地区20、淮、淮河以南地区河以南
6、地区25)来测定试件的强度，抗压和来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用圆柱体试件。劈裂测定用圆柱体试件。2、无机结合料稳定材料的设计龄期、无机结合料稳定材料的设计龄期 设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，构设计时的参数设计龄期，水泥稳定类材料的龄期：水泥稳定类材料的龄期：90天；天；石灰或者二灰稳定类的龄期：石灰或者二灰稳定类的龄期：180天；天；水泥粉煤灰稳定类：水泥粉煤灰稳定类：120天。天。设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远设计指标：由于
7、半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的次要指标。组成设计的次要指标。材料组成设计材料组成设计7天的抗压强度。天的抗压强度。3、无机结合料稳定材料的疲劳特性、无机结合料稳定材料的疲劳特性 所谓疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强所谓疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强度会随着作用次数的增加而降低的现象；一般有度会随着作用次数的增加而降低的现象；一般有劈裂疲劳和小梁疲劳试验。劈裂疲劳和小梁疲劳试验。我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂
8、疲我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳。劳。单对数单对数双对数双对数半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验，但是半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验，但是一般认为其变异性较大。一般认为其变异性较大。室内小梁弯拉疲劳试验设备照片室内小梁弯拉疲劳试验设备照片（三分点加载）（三分点加载）同时由于劈裂试验同时由于劈裂试验更能反映材料在路更能反映材料在路面结构中的受力状面结构中的受力状态，因此实际常采态，因此实际常采用劈裂疲劳试验。用劈裂疲劳试验。劈裂试验示意图劈裂试验示意图1）通过不同应力比）通过不同应力比(应变水平应变水平)疲劳试验可测绘出疲疲劳试验可测绘出疲劳曲线；劳曲线；2）在一定的应力（应变
9、水平）水平条件下，材料的）在一定的应力（应变水平）水平条件下，材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度，强度愈大刚度愈疲劳寿命取决于材料的强度和刚度，强度愈大刚度愈小，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化关系不大。小，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化关系不大。3）f/s 水泥稳定类水泥稳定类石灰粉石灰粉煤灰稳定类煤灰稳定类对于稳定细粒土，三类半刚性材料的收缩性的对于稳定细粒土，三类半刚性材料的收缩性的大小排列为：石灰土大小排列为：石灰土水泥土和水泥石灰土水泥土和水泥石灰土石石灰粉煤灰土灰粉煤灰土4）干缩的发生与预防）干缩的发生与预防 选择稳定剂种类与用量；选择稳定剂种类与用量；控制材料成型时的含水量及
10、成型时机；控制材料成型时的含水量及成型时机；保湿养生。保湿养生。温度收缩温度收缩1）收缩原理：）收缩原理：由固相、液相和气相组成。半刚性材料的外观由固相、液相和气相组成。半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同温度收缩性的综合效应表胀缩性是三相的不同温度收缩性的综合效应表现。现。一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略，原材料中砂粒以上颗粒的响较小，可以忽略，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩较大。较大。2）无机结合料稳定材料的温缩影响因素）无机结合料稳定材料的温缩影响因素无机
11、结合料稳定材料温度收缩的大小与结合料无机结合料稳定材料温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关龄期等有关3）不同材料的温缩比较）不同材料的温缩比较石灰土砂砾（石灰土砂砾（16.710-6）悬浮二灰粒料悬浮二灰粒料（15.310-6）密实式二灰粒料（密实式二灰粒料（11.410-6）和）和水泥砂砾（水泥砂砾（57水泥剂量为水泥剂量为101510-6）4）温缩的发生时节及控制）温缩的发生时节及控制时节：冬季低温时节：冬季低温控制：选择材料种类与配比控制：选择材料种类与配比经过一定龄期的养经过一定龄期的养生，半刚性材料的生，半刚
12、性材料的变形以温度收缩为变形以温度收缩为主。主。半刚性基层修建初半刚性基层修建初期，同时受到干燥期，同时受到干燥收缩和温度收缩的收缩和温度收缩的综合作用。综合作用。8、施工注意事项、施工注意事项（1）注意无机结合料稳定材料类型选择）注意无机结合料稳定材料类型选择稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于：在于：稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基
13、层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝；面层上形成反射裂缝；裂缝产生后，雨水的浸入会加剧稳定细粒土基裂缝产生后，雨水的浸入会加剧稳定细粒土基层及沥青路面的病害；层及沥青路面的病害；（2）注意施工季节；）注意施工季节；（3）注意材料组成设计；）注意材料组成设计；（4）注意施工含水量、压实度、强度等控制）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围；在规定的范围；（5）注意养生与保湿；）注意养生与保湿；（6）注意减少施工车辆的养生期间的作用。）注意减少施工车辆的养生期间的作用。稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求稳定细粒土基层
14、对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染或者施工质量差更加严格，会导致施工污染或者施工质量差等不利情况。等不利情况。第三节石灰稳定类基层第三节石灰稳定类基层/底基层底基层1、石灰稳定（底）基层、石灰稳定（底）基层 在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经中，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，以达到拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，以达到（底）基层抗压强度。用石灰稳定细粒土得到的混（底）基层抗压强度。用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的
15、基层称石灰土基层（底合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。基层）。石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般可用于低等级公路的基层或底基层。可用于低等级公路的基层或底基层。石灰稳定土因其水稳定性较差，不应做高速公路或石灰稳定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
16、基层不宜采用石灰土做基层2、石灰稳定材料的强度形成机理、石灰稳定材料的强度形成机理1）离子交换作用）离子交换作用 土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离子、钾离子和氢离子，石灰中的钙离子会与其发生子、钾离子和氢离子，石灰中的钙离子会与其发生离子交换作用，形成钙土，减小了土颗粒表面水膜离子交换作用，形成钙土，减小了土颗粒表面水膜厚度，分子引力增加。厚度，分子引力增加。2）碳酸化作用）碳酸化作用 生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度和水稳性，对土的胶结作用使土得到了加固。和水稳性，对土的胶结作用使土得到了加固。石
17、灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二石灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二氧化碳的进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土氧化碳的进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土后期强度的主要原因。后期强度的主要原因。3）结晶作用）结晶作用经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体，经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体，晶体间能够相互结合，与土形成共晶体，从而晶体间能够相互结合，与土形成共晶体，从而使得土粒胶结成整体。使得土粒胶结成整体。4）火山灰作用）火山灰作用土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，同时必须增加土的碱性；火山灰作用生成物具同时必须增加土
18、的碱性；火山灰作用生成物具有水硬性性质，是构成石灰土早期强度的主要有水硬性性质，是构成石灰土早期强度的主要原因。原因。离子交换作用与火山灰作用，是构成石灰土离子交换作用与火山灰作用，是构成石灰土早期强度的主要因素；早期强度的主要因素；后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶作用。后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶作用。由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从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。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、在初期，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小等；最佳含水量增加和最大密实度减小等；后期主要表
19、现为结晶结构的形成，从而提高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。其板体性、强度和稳定性。3、石灰稳定材料的强度影响因素、石灰稳定材料的强度影响因素1）土质：）土质：u各种成因土都可用石灰稳定；各种成因土都可用石灰稳定；u塑性指数低于塑性指数低于10以下的低塑性土（这与水泥稳以下的低塑性土（这与水泥稳定土刚好相反）不适宜稳定；定土刚好相反）不适宜稳定；u适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在1220的粘性土。的粘性土。原因：原因：u粘性颗粒的活性强、比表面积及表面能大，掺粘性颗粒的活性强、比表面积及表面能大，掺入石灰稳定材料后，形成的四种作
20、用比较活跃，入石灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，石灰土强度随土塑性指数的增加而增大；石灰土强度随土塑性指数的增加而增大；u重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是不易粉碎和重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。拌和，稳定效果反而不好。2）灰质：）灰质：石灰应采用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一石灰应采用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细的生石灰粉。石灰质量应符合级公路宜用磨细的生石灰粉。石灰质量应符合III级级以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的存放时间。以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的存放时间。石灰剂量：是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百石灰剂量：是石灰
21、质量占全部土颗粒的干质量的百分率。分率。石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。u在石灰剂量较低时（小于在石灰剂量较低时（小于34），起稳定作用，），起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强度、和易性等得到改善；度、和易性等得到改善；u随着剂量的增加，强度和稳定性均提高；随着剂量的增加，强度和稳定性均提高；u但剂量超过一定范围后，强度反而降低。但剂量超过一定范围后，强度反而降低。常用最佳剂量范围：常用最佳剂量范围：u粘性土及粉性土为粘性土及粉性土为814；u砂性土则为砂性土则为916；u最终根据
22、结构层技术要求进行混合料组成设计。最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。3）石灰剂量）石灰剂量4）含水量：）含水量：u最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高的压实度；的压实度；u石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行确定；进行确定；u经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水量拌和过程中的蒸发量（约在量拌和过程中的蒸发量（约在1.5%左右）石灰反应左右）石灰反应所需的水（所需的水（0.2石灰剂量）。石灰剂量）。5）密实度：）密实度：u
23、石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长；石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长；u实践证明，石灰稳定土的密实度每增减实践证明，石灰稳定土的密实度每增减1%，强度约，强度约增减增减4%左右；左右；u密实的石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现密实的石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象也少。象也少。Rt=R 1tR1一个月龄期的抗压强度；一个月龄期的抗压强度；Rtt个月龄期的抗压强度；个月龄期的抗压强度；系数，约系数，约0.10.5。石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较低，前期低，前期(12个月个月)的增长速率较后期快。其强的增长速率较后期快。其
24、强度与龄期的关系可表示为：度与龄期的关系可表示为：6）龄期：）龄期：温度高，物理化学反应快，强度增长快，反之温度高，物理化学反应快，强度增长快，反之则慢；则慢；负温条件下甚至不增长；负温条件下甚至不增长；施工期的最低温度应在施工期的最低温度应在5以上，并在第一次重以上，并在第一次重冰冻冰冻(-35)到来之前到来之前1个月个月1个半月完成；个半月完成；在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。气中养生要好。7）养生条件（温度与湿度）：）养生条件（温度与湿度）：4、石灰稳定类材料的缩裂防治、石灰稳定类材料的缩裂防治1）严格控制压实含水量：石灰稳定
25、土含水量过）严格控制压实含水量：石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂缝显著，压实时含水量应略小于多产生的干缩裂缝显著，压实时含水量应略小于最佳含水量。最佳含水量。2）严格控制压实标准：压实度小时产生的干缩）严格控制压实标准：压实度小时产生的干缩比压实度大时严重，应尽可能达到最大压实度。比压实度大时严重，应尽可能达到最大压实度。3）严格养生条件：干缩发生在成型初期，要重）严格养生条件：干缩发生在成型初期，要重视初期的保湿养护，保证石灰稳定土表面处于潮视初期的保湿养护，保证石灰稳定土表面处于潮湿状况。湿状况。4）禁防干晒：石灰稳定土施工结束后可及早铺）禁防干晒：石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使石
26、灰稳定土基层含水量不发生大的变筑面层，使石灰稳定土基层含水量不发生大的变化，从而减轻干缩裂缝。化，从而减轻干缩裂缝。5）施工季节：温缩的最不利季节是材料处）施工季节：温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，而且温度在于最佳含水量附近，而且温度在0-10时，时，因此施工要在当地气温进入因此施工要在当地气温进入0前一个月结前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。束，以防在不利季节产生严重温缩。6）控制剂量：在满足强度要求情况下，尽）控制剂量：在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂量的无机结合料；在石灰稳可能选择较低剂量的无机结合料；在石灰稳定土中掺加定土中掺加6070%的集料也可提高其强度、的
27、集料也可提高其强度、稳定性和抗裂性。稳定性和抗裂性。7）反射裂缝的防治：）反射裂缝的防治：（1）设置联结层；）设置联结层；（2）铺筑碎石隔离过渡层；）铺筑碎石隔离过渡层；（3）提高沥青下面层抗裂性能）提高沥青下面层抗裂性能5、石灰稳定类材料的混合料设计、石灰稳定类材料的混合料设计 1）混合料的设计步骤）混合料的设计步骤根据强度标准，通过试验选取合适的土根据强度标准，通过试验选取合适的土制备相同土样，不同石灰剂量的混合料制备相同土样，不同石灰剂量的混合料确定最佳含水量及最大干压实密度确定最佳含水量及最大干压实密度按最佳含水量和工地压实密度制备试件按最佳含水量和工地压实密度制备试件无侧限抗压强度，
28、选定合适的石灰剂量无侧限抗压强度，选定合适的石灰剂量 2）石灰稳定土的强度及压实要求）石灰稳定土的强度及压实要求在规定温度在规定温度(北方冰冻地区为北方冰冻地区为202，南方非冰冻地，南方非冰冻地区为区为25土土2)下保湿养生下保湿养生6d（湿度为（湿度为95%）浸水浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。要求试验测定的强度符，进行无侧限抗压强度试验。要求试验测定的强度符合上表规定。合上表规定。工地实际采取的石灰剂量应较室内试验确定的剂量多工地实际采取的石灰剂量应较室内试验确定的剂量多0.51.0。3）石灰稳定土的施工）石灰稳定土的施工石灰土冻坏石灰土冻坏第四节水泥稳定类基层第四节水泥稳定类基层/底
29、基层底基层1、水泥稳定类材料的定义、水泥稳定类材料的定义 在粉碎或原状松散土中，掺入适量水泥和水，按技在粉碎或原状松散土中，掺入适量水泥和水，按技术要求进行拌和、摊铺，在最佳含水量时进行压实和术要求进行拌和、摊铺，在最佳含水量时进行压实和养护成型，抗压强度符合要求的基层称为水泥稳定类养护成型，抗压强度符合要求的基层称为水泥稳定类基层。基层。水泥可用来稳定绝大多数的土类，改善其物理力学水泥可用来稳定绝大多数的土类，改善其物理力学性质（高塑性粘土和有机质较多的土除外性质（高塑性粘土和有机质较多的土除外)。水泥稳定类一般可用于路面结构的基层和底基层。水泥稳定类一般可用于路面结构的基层和底基层。水泥稳
30、定类基层具有良好的整体性、足够的力水泥稳定类基层具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，应用范围很广；随龄期增长而增长，应用范围很广；水泥稳定土包括水泥稳定碎石、砂砾、土等多水泥稳定土包括水泥稳定碎石、砂砾、土等多种材料，是水泥稳定类基层的总称；种材料，是水泥稳定类基层的总称；水泥土是水泥稳定细粒土（粘土、粉土、黄土水泥土是水泥稳定细粒土（粘土、粉土、黄土等）的总称。等）的总称。2、水泥稳定类材料的特点和种类、水泥稳定类材料的特点和种类 水泥稳定过程中，水泥、土和水之间发生了多水泥稳定过程中，水泥、土和水之
31、间发生了多种非常复杂的作用。种非常复杂的作用。化学作用：化学作用：水泥颗粒的水化、硬化作用；有机水泥颗粒的水化、硬化作用；有机物的聚合作用；水泥水化产物与粘土矿物之间物的聚合作用；水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等。的化学作用等。物理化学作用：物理化学作用：粘土颗粒与水泥及水泥水化粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用；微粒的凝聚作用；水及产物之间的吸附作用；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、水化产物的扩散、渗透作用；水化产物的溶解、结晶作用等。结晶作用等。物理作用：物理作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等。拌和
32、、压实作用等。3、水泥稳定类材料的强度形成、水泥稳定类材料的强度形成水泥的水化作用：水泥的水化作用：离子交换作用：离子交换作用：化学激发作用：化学激发作用：当粘土颗粒周围介质的当粘土颗粒周围介质的pH值增加到一定程度时，其值增加到一定程度时，其中的部分中的部分Si02和和A1203的活性将被激发，与溶液中的的活性将被激发，与溶液中的Ca2进行反应，生成新的矿物。这些矿物具有胶凝进行反应，生成新的矿物。这些矿物具有胶凝能力。生成的这些胶结物质与水泥的水化产物一起，能力。生成的这些胶结物质与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒包裹并凝结成一个整体。将粘土颗粒包裹并凝结成一个整体。碳酸化作用：碳酸化作用：
33、1）土质）土质u各类砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。各类砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。u用水泥稳定级配良好的碎用水泥稳定级配良好的碎(砾砾)石和砂砾的效果最石和砂砾的效果最好，强度高、水泥用量少；好，强度高、水泥用量少；u其次是砂性土；其次是砂性土；u再次之是粉性土和粘性土，一般要求土的塑性指再次之是粉性土和粘性土，一般要求土的塑性指数不大于数不大于17。4、影响水泥稳定土强度的因素、影响水泥稳定土强度的因素2）水泥的成分和剂量）水泥的成分和剂量u通常情况下，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝通常情况下，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差；酸盐水泥较差；u水泥分散度增加，其活
34、性程度和硬化能力也有水泥分散度增加，其活性程度和硬化能力也有所增大；所增大；u水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长，水泥水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长，水泥用量过多，经济上不合理，且容易开裂；用量过多，经济上不合理，且容易开裂；u试验和研究证明，水泥剂量为试验和研究证明，水泥剂量为35较为合理。较为合理。3）含水量）含水量4）施工工艺及养生）施工工艺及养生从开始加水拌和到碾压完成一般控制在从开始加水拌和到碾压完成一般控制在6小时小时（最好（最好3小时）之内，最好在小时）之内，最好在3小时之内；小时之内；需湿法养生，保证水泥充分水化形成强度；需湿法养生，保证水泥充分水化形成强度；养生温度愈高，
35、强度增长的愈快。养生温度愈高，强度增长的愈快。水泥正常水化所需水量约为水泥重的水泥正常水化所需水量约为水泥重的20%；砂性土，完全水化达最高强度的含水量较最佳密砂性土，完全水化达最高强度的含水量较最佳密度含水量小，而粘性土则相反。度含水量小，而粘性土则相反。5)、水泥稳定类材料的混合料设计、水泥稳定类材料的混合料设计根据强度标准，通过试验选取合适的土根据强度标准，通过试验选取合适的土制备相同土样、不同水泥剂量的混合料制备相同土样、不同水泥剂量的混合料确定最佳含水量和最大干压实密度确定最佳含水量和最大干压实密度按最佳含水量与最大干压实密度制备试件按最佳含水量与最大干压实密度制备试件无侧限抗压强度
36、试验无侧限抗压强度试验,选定合适的水泥剂量选定合适的水泥剂量工地实际采取的水泥剂量应较实验室内试验确工地实际采取的水泥剂量应较实验室内试验确定的剂量多定的剂量多0.51.0。无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验规定温度：北方冰冻地区为规定温度：北方冰冻地区为202，南方非冰，南方非冰冻地区为冻地区为25土土2。保湿养生：保湿养生：6d（湿度为（湿度为95），浸水），浸水1d。试件尺寸为：试件尺寸为：150mm150mm的圆柱体。的圆柱体。水泥稳定碎石拌合楼水泥稳定碎石拌合楼 6)、水泥稳定土的施工、水泥稳定土的施工摊铺摊铺控制摊铺厚度控制摊铺厚度碾压碾压水泥稳定碎石基层养生水泥稳定碎石基层养生
37、撒布透层油撒布透层油u水稳碎石的干缩和温缩易导致收缩裂缝；水稳碎石的干缩和温缩易导致收缩裂缝；u收缩裂缝反射到沥青面层形成大量反射裂缝；收缩裂缝反射到沥青面层形成大量反射裂缝；u目前水稳碎石基层裂缝解决方法效果欠佳。目前水稳碎石基层裂缝解决方法效果欠佳。水稳碎石基层具有强度高，稳定性好，抗冲刷能力水稳碎石基层具有强度高，稳定性好，抗冲刷能力强等优点，广泛用于我国公路的基层与底基层。强等优点，广泛用于我国公路的基层与底基层。1）存在问题）存在问题2）裂缝处理）裂缝处理 主要从三方面考虑：主要从三方面考虑：u 沥青面层沥青面层高性能改性沥青，厚度，外加高性能改性沥青，厚度，外加剂，级配剂，级配u
38、设置隔离层、应力吸收层或土工类材料夹层设置隔离层、应力吸收层或土工类材料夹层u 水稳基层本身水稳基层本身集料级配，水泥含量，外集料级配，水泥含量，外加剂，施工控制加剂，施工控制u 随着新材料的发展，诸如聚酯玻纤布一类的随着新材料的发展，诸如聚酯玻纤布一类的土工合成防裂材料在工程中初步应用。土工合成防裂材料在工程中初步应用。第五节工业废渣稳定类基层第五节工业废渣稳定类基层/底基层底基层1、工业废渣材料、工业废渣材料u 道路工程中应用的工业废渣主要是指具有一道路工程中应用的工业废渣主要是指具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰、煤定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰、煤渣、钢渣、高炉渣、铜
39、矿渣及各种下脚料。渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。u 工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱性材料共同作用，产生火山灰反应，稳定各种粒性材料共同作用，产生火山灰反应，稳定各种粒径不同的土。径不同的土。u 工程应用中一般采用石灰稳定工业废渣或与工程应用中一般采用石灰稳定工业废渣或与工业废渣共同稳定土，其中最常用的工业废渣为工业废渣共同稳定土，其中最常用的工业废渣为粉煤灰，形成石灰粉煤灰稳定路面基层，简称为粉煤灰，形成石灰粉煤灰稳定路面基层，简称为二灰稳定类基层。二灰稳定类基层。2、工业废渣材料及其特点与应用、工业废渣材料及其特点与应用 石灰稳定工业废渣
40、基层具有水硬性、缓凝性、高石灰稳定工业废渣基层具有水硬性、缓凝性、高强度、稳定性好等特点，能形成板体且强度随龄期强度、稳定性好等特点，能形成板体且强度随龄期不断增加，抗水、抗冻、抗裂性能好，且收缩性小，不断增加，抗水、抗冻、抗裂性能好，且收缩性小，能够适应各种气候环境和水文地质条件。能够适应各种气候环境和水文地质条件。石灰稳定工业废渣常用作高级或者次高级路面的石灰稳定工业废渣常用作高级或者次高级路面的基层或底基层。其火山灰作用的反应原理如下：基层或底基层。其火山灰作用的反应原理如下：用铜矿石下脚料铺筑的（底）基层用铜矿石下脚料铺筑的（底）基层3、二灰稳定路面基层、二灰稳定路面基层u石灰粉煤灰石
41、灰粉煤灰(简称二灰简称二灰)基层是用石灰和粉煤灰按一基层是用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而形成的基层。定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而形成的基层。u在二灰中掺入一定量的土，经加水拌和、摊铺、碾在二灰中掺入一定量的土，经加水拌和、摊铺、碾压及养生成型的基层，称二灰稳定土基层。其抗压强压及养生成型的基层，称二灰稳定土基层。其抗压强度也应符合规定要求。度也应符合规定要求。二灰稳定土的配比：二灰稳定土的配比：u石灰与粉煤灰的比，常用石灰与粉煤灰的比，常用1：21：4；u石灰粉煤灰与细粒土的比为石灰粉煤灰与细粒土的比为30：7050：50；u石灰粉煤灰与粒料的比常采用石灰粉煤灰
42、与粒料的比常采用20：8015：85。u为了防止裂缝，采用石灰与粉煤灰的比为为了防止裂缝，采用石灰与粉煤灰的比为1：31：4，集料含量为，集料含量为8085%左右为最佳，既可抗干缩左右为最佳，既可抗干缩又可抗温缩。又可抗温缩。二灰稳定土的特点：二灰稳定土的特点：u收缩性能好；收缩性能好；u早期强度低，后期强度比较高（施工时，早期强度低，后期强度比较高（施工时，应应u尽量安排在温暖高温季节，以利于形成早尽量安排在温暖高温季节，以利于形成早期强度而成型）；期强度而成型）；u易造成施工污染。易造成施工污染。1）灰质）灰质质量应符合质量应符合级以上质量指标。级以上质量指标。2）粉煤灰成分）粉煤灰成分粉
43、煤灰的活性成分（二氧化硅三氧化二铝）含量大粉煤灰的活性成分（二氧化硅三氧化二铝）含量大于于70，烧失量小于，烧失量小于20（控制其中有机质含量）。（控制其中有机质含量）。有害物质如硫酸钙、有害物质如硫酸钙、S等含量不宜过大。等含量不宜过大。3）粒料）粒料u粒料重量宜占粒料重量宜占80%以上，并有良好的级配；以上，并有良好的级配；u高速公路和一级公路集料的压碎值应高速公路和一级公路集料的压碎值应 30%，二级，二级公路和二级以下公路集料的压碎值应公路和二级以下公路集料的压碎值应 35%；u最大粒径高速公路和一级公路不大于最大粒径高速公路和一级公路不大于31.5mm(方孔方孔筛筛)，二级公路和二级
44、以下公路不大于，二级公路和二级以下公路不大于40mm(圆孔筛圆孔筛)。4、二灰稳定路面基层的材料要求、二灰稳定路面基层的材料要求使用合格粉煤灰和高硫酸钙含量粉煤灰的二灰碎石使用合格粉煤灰和高硫酸钙含量粉煤灰的二灰碎石强度对比强度对比 5、二灰稳定类材料的混合料组成设计、二灰稳定类材料的混合料组成设计根据强度标准，通过试验选取合适的二灰和集根据强度标准，通过试验选取合适的二灰和集料，确定最佳的配合比和混合料的最佳含水量。料，确定最佳的配合比和混合料的最佳含水量。制备相同集料、不同二灰剂量的混合料制备相同集料、不同二灰剂量的混合料确定最佳含水量和最大干压实密度确定最佳含水量和最大干压实密度按最佳含
45、水量与最大干压实密度制备试件按最佳含水量与最大干压实密度制备试件无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验,选定合适的配合比剂选定合适的配合比剂量量无侧限抗压强度试验：无侧限抗压强度试验：在规定温度在规定温度(北方冰冻地区为北方冰冻地区为202，南方，南方非冰冻地区为非冰冻地区为25土土2)下保湿养生下保湿养生6d（湿（湿度为度为95），浸水），浸水1d，进行无侧限抗压强，进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸为：度试验。试件尺寸为：150mm150mm的圆柱体的圆柱体6、二灰及水泥粉煤灰稳定类材料的强度要求、二灰及水泥粉煤灰稳定类材料的强度要求硫酸钙含量过高引起的二灰碎石基层病害硫酸钙含量过高引起的二灰碎石基层病害优良二灰碎石基层优良二灰碎石基层