教学课题二十八水泥稳定土原材料

工作四 铺筑水泥稳定土基层教 学 课 题: 水泥稳定土原材料教学目的与要求: 掌握水泥稳定土混合料组成设计要点知 识 点：教学重点: 水泥稳定土混合料组成设计要点教学难点: 水泥稳定土混合料组成设计要点突破难点的关键：实践授 课 形 式: 实习、教授,讨论教学过程与时间分配:在粉碎的或原来松散的土中，掺人足量水泥和水，经拌和得到的混合料在压实及养生后，其抗压强度符合规定的要求时，称为水泥稳定土。用水泥稳定细粒土得到的混合料，视所用原材料而命名。当用细粒土为砂性土、粉性土或粘性土时，简称水泥土；当所用细粒土属于砂时，简称水泥砂。用水泥稳定粗粒土和中粒土得到的混合料，视所用原材料，可简称水泥碎石、水泥石渣、水泥石屑、水泥砂砾、水泥碎石土或水泥砂砾土。用水泥稳定土铺筑的路面基础和底基层，分别称水泥稳定(土)基层和水泥稳定(土)底基层。也可以在基层或底基层前标以具体名称，如水泥碎石基层、水泥土底基层等。一、水泥稳定土强度形成的原理在水泥稳定土中，由于水泥用量很少，水泥的水化完全是在土中进行的，土对这一过程起着很大的影响，故凝结速度比在水泥混凝土中进行得缓慢。水泥与土拌和后，水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出氢氧化钙并形成其他水化物。当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则与有活性的土进行反应。水泥稳定土强度主要依靠离子交换及团粒化作用、硬凝反应、碳酸化作用形成。二、影响水泥稳定土强度的因素1、土质土的类别和性质是影响水泥土强度的重要因素之一。除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。但稳定的效果不尽相同。表3-14中简列了各类土用水泥稳定后的一些特性。重粘土由于难以粉碎和拌和，以及水泥用量过高而不经济，不宜用水泥稳定。土的液限不大于40，塑性指数不大于20。2、水泥的成分和剂量各种类型的水泥都可以用于稳定土。对于同一种土，水泥矿物成分是决定水泥土强度的主导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。过多的水泥用量，虽可获得强度的增长，但经济上是不合理的。因而存在一个经济用量。所需的水泥用量，按强度和耐久性需要并考虑其经济性，由试验确定。表3-14中也列有各类土的水泥用量随细粒含量而增加。3、含水量当混合料中含水不足时，水泥就要与土争水，若土对水有更大的亲和力，就不能保证水泥的完全水化和水解作用。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的20%，。另外，水泥土的含水量不适宜时，也不能保证大土团被粉碎和水泥在土中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。4、工艺过程及养生条件水泥、土和水拌和得愈均匀，水泥土的强度和稳定性愈高。拌和不均匀会使水泥剂量少的位置强度不能满足设计要求，而水泥剂量多的地方则裂缝增加。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。间隔过长，水泥会部分结硬，一方面影响到水泥土的压实度，而压实度对强度的影响很大。另一方面将破坏已结硬水泥的胶凝作用，使水泥土的强度下降。水泥土的强度也随龄期而增长，为保证水泥的水化，在初期养生阶段应洒水保持潮湿，每天洒水的次数和养生天数视当地气候条件而定。三、一般规定(1)水泥剂量以水泥质量占全部粗细土颗粒的干质量的百分率表示，即水泥剂量=水泥质量/干土质量。(2)水泥稳定土可适用于各级公路的基层和底基层，但水泥土不得用做二级和二级以上公路高级路面的基层。(3)水泥稳定中粒土和粗粒土用做基层时，水泥剂量不宜超过6%。必要时，应首先改善集料的级配，然后用水泥稳定。在只能使用水泥稳定细粒土做基层时或水泥稳定集料的强度要求明显大于规定时，水泥剂量才不受此限制。(4)水泥稳定土结构层宜在春末和气温较高季节组织施工。施工期的日最低气温应在50C以上，在有冰冻的地区，并应在第一次重冰冻(-3-50C)到来之前半个月到一个月完成。(5)在雨季施工水泥稳定土、特别是水泥土结构层时，应特别注意气候变化，勿使水泥和混合料遭雨淋。降雨时应停止施工，但已经摊铺的水泥混合料应尽快碾压密实。路拌法施工时，应采取措施排除下承层表面的水，勿使运到路上的集料过分潮湿。(6)水泥稳定土结构层施工时，应遵守下列规定：土块应尽可能粉碎，土块最大尺寸不应大于15mm。配料应准确。路拌法施工时水泥应摊铺均匀。洒水、拌和应均匀。应严格控制基层厚度和高程，其路拱横坡应与面层一致。应在混合料处于或略大于最佳含水量时进行碾压，直到达到重型击实试验法确定的要求压实度(最低要求)。水泥稳定土结构层应用12t以上的压路机碾压。用1215t三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过15cm；用1820t三轮压路机和振动压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过20cm；对于水泥稳定中粒土和粗粒土，采用能量大的振动压路机碾压时，或对于水泥稳定细粒土，采用振动羊足碾与三轮压路机配合碾压时，每层的压实厚度可以根据试验适当增加；压实厚度超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚度为10cm，下层宜稍厚。对于稳定细粒土，以及用摊铺机摊铺的混合料，都应采用先轻型、后重型压路机碾压。路拌法施工时，必须严密组织，尽可能缩短从加水拌和到碾压终了的延迟时间，此时间不应超过34h，并应短于水泥的终凝时间。采用集中厂拌法施工时，延迟时间不应超过2h。水泥稳定土基层施工时，严禁用薄层贴补法进行找平。必须保湿养生，不使稳定土层表面干燥，也不应忽干忽湿。水泥稳定土基层上未铺封层或面层时，除施工车辆可慢速(不超过30km/h)通行外，禁止一切机动车辆通行。(7)施工方法：对于二级以下的公路，水泥稳定土基层和底基层可以采用路拌法施工。但对于二级公路，应采用专用的稳定土拌和机或使用集中拌和法制备混合料。对于高速公路和一级公路，直接铺筑在土基上的底基层下层可以用稳定土拌和机进行路拌法施工，当土基上层已用石灰或固化剂处理时，底基层的下层也宜用集中拌和法拌制混合料。其上的各个稳定土层都应用集中厂拌法拌制混合料，并用摊铺机摊铺基层混合料。基层分两层施工时，在铺筑上层前，应在下层顶面先撒薄层水泥或水泥净浆。四、材料要求1、土凡能被经济地粉碎的土，都可用水泥稳定。土的质量要求有压碎值、最大粒径、颗粒组成、液限、塑性指数、有机质含量、硫酸盐含量等。(1)对于二级和二级以下公路：水泥稳定土用做底基层时，颗粒的最大粒径不应超过53mm。细粒土的液限不应超过40，塑性指数不应超过17。对于中粒土和粗粒土，如土中小于0.6mm的颗粒含量在30%以下，塑性指数稍大一些。实际工程中宜选用塑性指数小于12的土。塑性指数大于17的土，宜采用石灰稳定，或用水泥和石灰综合稳定。水泥稳定土用作基层时，土的最大粒径不应超过37.5mm。土的颗粒组成应在表3-18范围内。集料中不宜含有塑性指数的土。级配碎石、未筛分碎石、砂砾、碎石土、砂砾土、煤矸石和各种粒状矿渣均适宜用水泥稳定。碎石包括岩石碎石、矿渣碎石、破碎砾石等。土中碎石或砾石的压碎值应不大于35%40%。 (2)对于高速公路和一级公路：水泥稳定土用作底基层时，集料的最大粒径不应超过37.5mm。水泥稳定土的颗粒组成应在表3-19所列1号级配的颗粒组成范围内。细粒土的液限不应超过40%。塑性指数不应超过17。对中粒土和粗粒土，宜采用表3-19中2号级配，但小于0.075mm的颗粒含量和塑性指数可不受限制。水泥稳定土用作基层时，集料的最大粒径不应超过31.5mm。集料的颗粒组成应在表3-19所列2号级配的所列范围内。水泥稳定土用作基层时，对所有的碎石或砾石，应预先筛分成34个不同粒级。(3)水泥稳定粒径较均匀的砂，宜在砂中添加少部分塑性指数小于10的粘性土或石灰土，也可加少部分粉煤灰。加入比例可按使混合料的标准干密度接近最大值确定，一般为20%40%。 (4)有机质含量超过2%以及塑性指数偏高(大于46)的土，不应单用水泥稳定。如需采用这种土，必须先用石灰进行处理，闷料一夜后再用水泥稳定。(5)硫酸盐含量超过0.25%的土，不应用水泥稳定。2、水泥普通硅酸盐水泥、矿渣水泥或火山灰质水泥都可用于稳定土，但应选用初凝时间大于3h和终凝时问大于6h的水泥。3、石灰石灰应是消石灰粉或生石灰粉。符合III级以上石灰的要求。4、水凡人或牲畜的饮用水均可用于水泥稳定土施工。五、混合料组成设计水泥稳定土混合料的组成设计应符合公路路面基层施工技术规范(JTJ 0342000)有关规定。水泥稳定混合料的组成设计包括：根据水泥稳定土的强度标准，通过试验选取最适宜稳定的土，确定必需的水泥剂量和混合料的最佳含水量。在需要改善土的颗粒组成时，还包括所掺料的比例。当采用水泥和石灰综合稳定，水泥和石灰的比例，通常可取60：40、50：50、40：60。1、原材料的试验在水泥稳定土结构层施工前，应在所定料场中选取有代表性的土样进行下列试验：(1)颗粒分析，液限和塑性指数，相对密度，重型击实试验，碎石或砾石的压碎值试验，有机质含量试验(必要时做)，硫酸盐含量试验(必要时做)。只有经试验证明土料符合质量要求后才能采用。(2)对级配不好碎石、碎石土、砂砾、砂砾土、砂等，宜改善其级配。(3)应检验水泥的标号和终凝时间。2、混合料的设计步骤(1)确定水泥剂量，制备同一种土样，不同水泥剂量的水泥土混合料。一般情况按表3-20所列五个水泥剂量配制。(2)确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度。(3)按工地预定达到的压实度，分别计算不同水泥剂量时试件应有的干压实密度。(4)按最佳含水量和计算得到的干压实密度制备试件。 (5)试件在规定温度下保湿养生6d，浸水ld后，进行无侧限抗压强度试验，计算试验结果的平均值和偏差系数。(6)根据强度标准，选定合适的水泥剂量，此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度为R，R的计算方法同石灰稳定土。(7)工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%1.0%(集中厂拌法取0.5%，路拌法取l%。 作业：一、填空题：1、用水泥稳定粗粒土和中粒土得到的混合料，视所用原材料，可简称 、 、 、 、 或 。2、用水泥稳定土铺筑的路面基础和底基层，分别称 和 。也可以在基层或底基层前标以具体名称，如 、 等。3、影响水泥稳定土强度的因素： 、 、 、 及 。4、水泥稳定土可适用于各级公路的 ，但水泥土不得用做 _的基层。5、水泥稳定中粒土和粗粒土用做基层时，水泥剂量不宜超过 。6、对于二级以下的公路，水泥稳定土基层和底基层可以采用 施工。但对于二级公路，应采用专用的 或使用 制备混合料。7、水泥稳定土基层的施工方法主要有 和 两种。二、名词解释：1、 水泥稳定土：2、 水泥土：三、问答题：1、简述水泥稳定土强度形成的原理。2、水泥稳定土混合料的组成设计内容是什么？ 小结：通过学习，掌握水泥稳定土混合料组成设计要点。