无机结合料稳定路面

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十二章 无机结合料稳定路面,第一节 概述,第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性,第三节 石灰稳定类基层（底基层）,第四节 水泥稳定类基层,第五节 工业废渣稳定基层,1,第一节 概述,1.,无机结合料稳定路面定义,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经压实、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。,2.,特点,稳定性好，抗冻性强、板体性好，具有一定的抗拉强度，强度和刚度随着龄期而增长，经济性好；,干缩温缩大，耐磨性差；多用于基层与底基层,2,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）,分类：,3,第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性,1.,应力应变特性,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。,对于水泥稳定类材料，设计龄期为,3,个月，对于石灰或者石灰粉煤灰(简称二灰)稳定类，设计龄期为,6,个月。,4,沥青混合料、级配碎石,无机结合料稳定材料,水泥混凝土,25000,刚性,由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性和刚性之间，因此也被称为“,半刚性材料,”。,“半刚性”的由来,5,力学参数（MPa),28天,90天,180天,28天180天,90天180天,R,4.49,5.57,6.33,0.71,0.88,E,p,2093,3097,3872,0.54,0.80,sp,0.413,0.634,0.813,0.51,0.78,E,sp,533,926,1287,0.41,0.72,水泥稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系,石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期关系,力学参数（MPa),28天,90天,180天,28天180天,90天180天,R,3.10,5.75,8.36,0.37,0.69,E,p,1086,1993,2859,0.38,0.70,sp,0.219,0.536,0.913,0.41,0.59,E,sp,359,960,1720,0.37,0.56,6,2.,无机结合料稳定材料的疲劳特性,材料的抗压强度是材料组成设计的主要指标，由于无机结合料稳定材料的抗拉强度远小于其抗压强度，材料的抗拉强度是路面结构设计的主要指标。,抗拉强度的测试方法：直接抗拉试验、间接抗拉试验、弯拉试验。,常用疲劳试验：弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。,7,无侧限抗压强度试验,间接拉伸,（劈裂）试验,抗弯拉强度试验,8,室内疲劳试验设备（三分点加载）,图示是弯拉疲劳试验，由于半刚性材料的变异性较大，用小梁做弯拉疲劳不易成功，因此实际常采用劈裂疲劳试验。,9,二灰砂砾(小梁)应力强度比疲劳寿命曲线,散点概率分布曲线,回归的对数疲劳曲线,在一定的应力条件下，整体性材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度。强度愈大刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。,10,3.,干缩特性,1),定义,无机结合料拌和压实后，由于水分挥发及其内部的水化作用，混合料水分不断减少。由此引起的毛细作用、吸附作用、分子间作用力、结晶、凝胶、碳化作用等会引起无机结合料稳定材料体积收缩。,2),主要评价指标,:,干缩应变和干缩系数,其中,w,是试件总失水量；,l,是试件整体收缩量；,l,是试件长度,11,3),收缩量大小次序,稳定粒料类：石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类,稳定细粒土：石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土,4.,温缩特性,半刚性材料由固相、液相和气相组成，其温缩是三相不同的温度收缩性的综合效应的结果。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性较大。,1),定义,2),主要评价指标,:,温缩应变和温缩系数,12,其中,C,是收缩时温差；,l,是试件整体收缩量；,l,是试件长度,3),收缩量大小次序,石灰土砂砾悬浮二灰碎石密实型二灰碎石、水泥砂砾,5.,不同阶段半刚性材料的收缩,1),修建初期,半刚性基层同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用，必须注意养生保护，但此时以,干燥收缩,为主。,13,2),铺筑沥青面层后,基层内相对湿度略有增大，使材料的含水量由回升趋于平衡，这时半刚性基层的变形以,温度收缩,为主。,6.,应用局限性,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沥青路面的基层，宜用于底基层。,1.,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。,2.,裂缝产生后，雨水的进入会加剧沥青路面的病害。,3.,稳定细粒土基层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等不利情况。,14,第三节 石灰稳定类基层,石灰剂量=石灰质量/干土质量,一、强度形成原理,1.,离子交换作用,土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附,Na,+,，H,+,，K,+,，石灰中的,Ca,2+,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厚度，形成稳定结构。,2.,结晶作用,Ca(OH),2,+nH,2,OCa(OH),2,.,nH,2,O,3.,火山灰作用,15,熟石灰中的游离,Ca,2+,与土中的,SiO,2,和,Al,2,O,3,作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就是火山灰作用。生成的两种物质均为胶凝物质，具有水硬性。,4.,碳酸化作用,Ca(OH),2,+CO,2,CaCO,3,+H,2,O,小结：四种作用中，离子交换作用与火山灰作用是主要的，是构成石灰土早期强度的主要因素，后期强度靠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、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。,16,三、影响强度因素,1.,土质,各种成因土都可用石灰稳定，更适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数为,1520,的粘性土。,2.,灰质,石灰应用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细生石灰粉。并要尽量缩短石灰的存放时间。,3.,石灰剂量,常用最佳剂量范围，对于粘性土及粉性土为,814,；对砂性土则为,916,。最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。,17,4.,含水量,水促使石灰土发生物理化学变化，形成强度；便于土的粉碎、拌和与压实，并且有利于养生。不同土质的石灰土有不同的最佳含水量，通过击实试验确定。,5.,密实度,石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰土的密实度每增减,1%,，强度约增减,4%,左右。而密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性也好，缩裂现象也少 。,6.,石灰土的龄期,石灰土强度具有随龄期增长的特点。一般石灰土初期强度低，前期(,12,个月)增长速率较后期为快。,1,个月抗压强度达到,30,，,3,个月达到,60，,设计龄期为,6,个月。,18,7.,养生条件,温度温度高时，物理化学反应、硬化、强度增长快，反之强度增长慢 ；,湿度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。,三、石灰土的应用,1.低剂量（,34%,）用于地基处理，高剂量用于二级以下公路基层或底基层.,2.石灰稳定细粒土吸水性、透水性和水稳定性较差，不宜直接用作沥青路面的基层;,3.冰冻地区的潮湿路段或其他地区的过湿路段，不宜采用石灰土做基层；,4.不宜用作水泥路面的基层。,19,四、石灰稳定土基层缩裂防治,1）,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，压实时含水量略小于最佳含水量。,2）,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。,3）,干缩发生在成型初期，要重视初期养护，保证石灰土表面处于潮湿状况，禁防干晒。,4）,石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使石灰土基层含水量不发生大大变化，可减轻干缩裂隙。,5）,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,0-10,时。因此施工要在当地气温进入,0,前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。,20,6),在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂量的无机料；在石灰稳定土中掺加6070%的集料，可提高强度、稳定性、抗裂性。,7),反射裂缝防治,(1)设置沥青碎石、沥青贯入式联结层；(2)铺筑碎石隔离过渡层或玻璃纤维网格；(3)提高沥青下面层抗裂性能。,五、石灰稳定土混合料设计,根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定最佳的石灰剂量和混合料的最佳含水量。,石灰土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定。在规定温度保湿养生,6d,、浸水,1d,后无侧限抗压强度,1.,石灰土的强度标准,21,2.,混合料的设计步骤,1）,制备试样（同一种土样，不同石灰剂量 ）,2）,重型击实试验（确定最佳含水量、最大密实度）,3）,制备强度试件（按最佳含水量与工地预期达到的压实密度）,4）,在规定温度下养护（保湿,6,天，浸水一天）,5）,强度试验,6）,选择剂量,7）,工地实际采用石灰剂量（多,0.51.0,）,6.,石灰土基层的施工,备料确定配比摊铺土料整平，调整含水量铺石灰拌和整平压实整型养护,22,第四节 水泥稳定类基层,一、强度形成原理,1.,水泥的水化作用；,2.,离子交换作用；,3.,化学激发作用；,4.,碳酸化作用。,二、影响强度的因素,1.,土质,1）稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少；,2）其次是砂性土，再次之是粉性土和粘性土；,3）重粘土难于粉碎和拌和，不宜单独用水泥来稳定，一般要求土的塑性指数不大于17,23,2.,水泥的成分和剂量,1）硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差；,2）不宜用快硬水泥、早强水泥、禁用受潮变质的水泥，不需要使用高标号水泥；,3）高剂量成本高、干缩大，,48,较为合理；,4）稳定粒料的水泥剂量低于稳定细粒土的剂量。,3.,含水量,水泥正常水化所需的水量约为水泥重的,20%,，对于砂性土，完全水化达到最高强度的含水量较最佳密度的含水量为小；而对于粘性土则相反,。,4.,施工工艺过程,24,1）水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短，一般要在,6h,以内；,2）尽量使用低标号水泥，有时可以使用缓凝剂；,3）需湿法养生 ；,4）养生温度愈高，强度增长的愈快。,25,第五节 工业废渣类基层,公路工程中应用的工业废渣主要是指工业生产过程中产生的具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰、煤渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料的无机工业废料，如：粉煤灰、煤渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。,工业废渣材料主要用,石灰,与之综合稳定，形成石灰工业废渣材料或石灰粉煤灰废渣材料。,26,