無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料

1、6.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料,路面基層材料的類型 粒料類：級(jí)配型集料、填隙碎石 結(jié)合料穩(wěn)定類：有機(jī)結(jié)合料瀝青 無機(jī)結(jié)合料水泥、石灰、工業(yè)廢渣 無機(jī)結(jié)合料 石灰穩(wěn)定類 水泥穩(wěn)定類 水泥石灰穩(wěn)定類 石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類,面層,基層,混合料 礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣等 細(xì)粒土、中粒土、粗粒土 結(jié)合料穩(wěn)定類技術(shù)特性 優(yōu)點(diǎn)：整體性強(qiáng)、承載能力大、較為經(jīng)濟(jì) 強(qiáng)度和剛度介于剛性混凝土和柔性粒料材料之間,缺點(diǎn)：耐久性差、平整度低、易產(chǎn)生干縮裂縫、起塵等,主要內(nèi)容 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的技術(shù)特性強(qiáng)度形成機(jī)理及其影響因素、收縮特性等 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的組成設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)法 擊實(shí)試驗(yàn)、計(jì)算法填充理論,6.1 石灰

2、穩(wěn)定土,石灰土：用石灰穩(wěn)定細(xì)粒土得到的混合料 石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料 石灰砂礫土天然砂礫土、級(jí)配砂礫（無土） 石灰碎石土天然碎石土、級(jí)配碎石（包括未篩分碎石） 結(jié)構(gòu)類型 骨架密實(shí)式：粒料80% 懸浮式：粒料50,6.1.1 石灰,6.1.1.1石灰的生產(chǎn)、消化與硬化 1. 石灰的煅燒：CaCO3CO2CaO（生石灰） 欠火石灰 過火石灰陳伏 2. 石灰的消化：CaOH2OCa(OH)2（ 消石灰粉） 水化反應(yīng)進(jìn)行速度快 消化時(shí)體積急劇膨脹：過火石灰陳伏 3. 石灰的磨細(xì)生石灰粉 提高“過火石灰”的利用率 克服“過火石灰”對(duì)體積不安定的危害 4. 石灰的硬化：Ca(O

3、H)2 結(jié)晶硬化 碳酸化硬化：CO2Ca(OH)2 CaCO3 石灰不宜在長期潮濕的環(huán)境中或有水環(huán)境中使用,6.1.1.2 石灰的品質(zhì)要求,1）石灰的化學(xué)品質(zhì) f-CaO f-MgO含量判定石灰質(zhì)量 CO2含量 2）石灰的技術(shù)要求 未消化殘?jiān)?細(xì)度活性 游離水含量 3) 石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（教材P191） 建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC）：優(yōu)等品，一等品和合格品 道路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ03493）：3個(gè)等級(jí),6.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料,定義： 在各種粉碎或原來松散的土、或礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數(shù)量的無機(jī)結(jié)合料（如石灰、水泥）及水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)壓實(shí)及養(yǎng)生后，具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在

4、廣義上統(tǒng)稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料，或無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土,無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料,半剛性基層材料,6.1 石灰穩(wěn)定土,石灰土：用石灰穩(wěn)定細(xì)粒土得到的混合料 石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料 石灰砂礫土天然砂礫土、級(jí)配砂礫（無土） 石灰碎石土天然碎石土、級(jí)配碎石（包括未篩分碎石） 結(jié)構(gòu)類型 骨架密實(shí)式：粒料80% 懸浮式：粒料50,6.1.2 石灰穩(wěn)定土的技術(shù)性質(zhì),6.1.2.1 石灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度 1) 強(qiáng)度形成機(jī)理石灰與細(xì)粒土 離子交換反應(yīng) 石灰自身硬化 火山灰反應(yīng) 機(jī)械壓實(shí),離子交換反應(yīng) 石灰中Ca+ +、OH土中Na+、K+交換 減薄吸附水膜、土粒聚凝、易于壓實(shí),1) 強(qiáng)度形

5、成機(jī)理石灰與細(xì)粒土,石灰硬化膠結(jié)作用 CaCO3 CO2CaO（生石灰） CaOH2O Ca(OH)2（消石灰） Ca(OH)2 結(jié)晶硬化 碳酸化硬化：CO2Ca(OH)2 CaCO3,1) 強(qiáng)度形成機(jī)理石灰與細(xì)粒土,火山灰反應(yīng)復(fù)習(xí) 反應(yīng)條件：堿活性激發(fā)劑Ca(OH)2 石灰 活性物質(zhì)Al2O3 、SiO2粘土 Al2O3H2O Ca(OH)2 水化鋁酸鈣 SiO2H2O Ca(OH)2 水化硅酸鈣,1) 強(qiáng)度形成機(jī)理石灰與細(xì)粒土,1）反應(yīng)條件 具有活性物質(zhì)：活性SiO2和活性Al2O3 具有活性激發(fā)劑：激發(fā)活性材料潛在活性的物質(zhì) Ca(OH)2溶液（堿性激發(fā)劑） CaSO42H2O溶液（硫酸

6、鹽激發(fā)劑） 2）反應(yīng)機(jī)理 SiO2 Ca(OH)2H2O CaO SiO2mH2O 不定型水化硅酸鈣（凝膠） Al2O3 Ca(OH)2H2O CaO Al2O3nH2O 不定型水化鋁酸鈣（凝膠） Al2O3 CaSO42H2O 水化硫鋁酸鈣（鈣礬石,火山灰反應(yīng)（又稱二次反應(yīng),機(jī)械壓實(shí)顆?？繑n、形成緊密穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 總結(jié)： 初期：離子交換 壓實(shí)作用 中、后期：氫氧化鈣的結(jié)晶和碳酸化反應(yīng) 火山灰反應(yīng),1) 強(qiáng)度形成機(jī)理,2) 石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度的影響因素石灰的質(zhì)量與劑量、土質(zhì)、養(yǎng)生條件與齡期,石灰質(zhì)量（活性：f-CaO含量、細(xì)度） 劑量 土粘土礦物成分（Al2O3、SiO2） 比表面積塑性指數(shù)IP 集料

7、 圖6-1 含水量石灰消解、火山灰反應(yīng) 最佳含水量：壓實(shí)圖6-2 養(yǎng)生條件溫度、濕度 齡期時(shí)間,圖6-1 礦質(zhì)混合料類型與強(qiáng)度的關(guān)系,單純用石灰穩(wěn)定無粘性或無塑性指數(shù)的集料，效果遠(yuǎn)不如用石灰土穩(wěn)定的效果： 石灰穩(wěn)定粉質(zhì)粘土的強(qiáng)度石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土 石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土石灰穩(wěn)定均質(zhì)砂,在適宜的含水量下壓實(shí)，可以取得最佳的壓實(shí)效果 最大干密度最佳含水量:壓實(shí)功最佳含水量最大密實(shí)度 細(xì)料含量最佳含水量最大密實(shí)度 石灰劑量最佳含水量最大密實(shí)度,含水量與干密度的關(guān)系,3) 強(qiáng)度指標(biāo),抗壓強(qiáng)度無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制 劈裂抗拉強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)計(jì)算與驗(yàn)算 抗折強(qiáng)度,6.1.2.2 收縮特征及其影響因素,

8、1）溫縮：因溫度變化而造成的收縮 新生凝膠礦物熱脹冷縮程度大 2）干縮：因含水量變化而造成的收縮 新生凝膠礦物產(chǎn)生干縮的主要因素 圖6-3 收縮程度：石灰土懸浮式粒料密實(shí)式粒料 改善措施：選擇材料、控制含水量、施工壓實(shí)、養(yǎng)生條件,6.1.2.3 耐久性,收縮裂縫 圖6-4 水穩(wěn)定性：軟化、沖刷 圖6-5 抗凍性 石灰土和懸浮式石灰粒料禁止用作高等級(jí)路面的基層 只宜作為高等級(jí)路面的底基層，或一般交通量道路的基層,砂礫體積率與干縮系數(shù)的關(guān)系,石灰穩(wěn)定砂礫干縮系數(shù)石灰土 隨著粒料含量，干縮系數(shù),瀝青路表翻漿,6.1.3 石灰穩(wěn)定類混合料組成材料的質(zhì)量要求,石灰：3級(jí)以上消石灰 生石灰 (磨細(xì)生石灰高

9、速公路和一級(jí)公路) 土：塑性指數(shù)范圍宜為1520 硫酸鹽含量不得超過0.8 有機(jī)質(zhì)含量不得超過30 集料：級(jí)配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸石、粒狀礦渣 為無塑性指數(shù)的粒料或不含粘土的集料時(shí)：+15左右粘性土 級(jí)配良好（當(dāng)級(jí)配不好時(shí)，宜外加某種集料改善其級(jí)配） 最大粒徑 壓碎值 水,6.1.4 石灰穩(wěn)定類混合料的組成設(shè)計(jì),6.1.4.1 設(shè)計(jì)要求 確定混合料中組成材料比例 石灰土：石灰劑量=石灰質(zhì)量/干土質(zhì)量 石灰集料：石灰：土：碎石（或砂礫） 確定混合料的最大干密度max和最佳含水量0 6.1.4.2 石灰土配合比設(shè)計(jì)方法（實(shí)驗(yàn)法） 1）確定石灰土中的石灰劑量 2) 石灰穩(wěn)定集

10、料的配合比設(shè)計(jì),步驟1：確定石灰土的最佳含水量和最大干密度 石灰劑量范圍的確定 石灰土的擊實(shí)試驗(yàn),注：括號(hào)中數(shù)據(jù)為內(nèi)插值試件計(jì)算干密度max壓實(shí)度（現(xiàn)場干密度/最大干密度,擊實(shí)試驗(yàn)及強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果,步驟2：強(qiáng)度檢驗(yàn) 試件計(jì)算干密度max壓實(shí)度 （現(xiàn)場干密度/最大干密度） 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：試件成型試件養(yǎng)生抗壓強(qiáng)度表 計(jì)算強(qiáng)度特征參數(shù) 強(qiáng)度平均值： 強(qiáng)度變異系數(shù)： 步驟3：確定石灰劑量 計(jì)算石灰土的配制強(qiáng)度： 繪制強(qiáng)度與石灰劑量關(guān)系試驗(yàn)曲線,石灰劑量與試件7d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線,2) 石灰穩(wěn)定集料的配合比設(shè)計(jì),石灰土：碎石（或礫石）1：4 按照石灰土強(qiáng)度確定石灰劑量 強(qiáng)度測試、記錄,6.2 石灰工業(yè)廢

11、渣穩(wěn)定土（石灰粉煤灰穩(wěn)定土,常用工業(yè)廢渣品種粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、鋼渣以及其它冶金礦渣、煤矸石等 礦物組成特點(diǎn)活性Al2O3、SiO2或CaO，具有水硬性 石灰粉煤灰穩(wěn)定土 二灰石灰粉煤灰 二灰土石灰粉煤灰穩(wěn)定細(xì)粒土 二灰集料(或粒料)石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫、碎石、礦渣、煤矸石等 結(jié)構(gòu)類型：懸浮式粒料50% 密實(shí)式粒料80,6.2.1 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的技術(shù)性質(zhì),6.2.1.1 強(qiáng)度特征 強(qiáng)度形成機(jī)理 石灰自硬、粉煤灰材料的火山灰反應(yīng) 石灰粉煤灰的填充作用 集料的骨架作用 機(jī)械壓實(shí),強(qiáng)度特點(diǎn) 較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性 早期強(qiáng)度較低，有著較高的后期強(qiáng)度 強(qiáng)度的主要影響因素 粒料比例 粉煤灰摻量越高早期強(qiáng)

12、度越低，但不影響后期強(qiáng)度 養(yǎng)生溫度,6.2.1.2 收縮特征,粒料含量 懸浮式二灰粒料密實(shí)式二灰粒料 密實(shí)式二灰粒料平均干縮系數(shù)為5510-6，溫縮系數(shù)為4.210 -6 懸浮式二灰粒料平均干縮系數(shù)為10910 -6 ，溫縮系數(shù)為6.710 -6 結(jié)合料劑量 粉煤灰用量：石灰劑量一定，粉煤灰用量干縮系數(shù)和溫縮系數(shù) 石灰劑量：粉煤灰用量一定，石灰劑量干縮系數(shù)和溫縮系數(shù) 排序 石灰土石灰砂礫石灰粉煤灰二灰穩(wěn)定砂礫,6.2.1.3 耐久性,穩(wěn)定性、抗凍性有較石灰穩(wěn)定類有顯著的改善 溫度收縮系數(shù)比石灰穩(wěn)定類有所減小 二灰土收縮性雖小于石灰土和水泥土，但仍具有相當(dāng)?shù)母煽s變形，不允許應(yīng)用于高等級(jí)道路的上基

13、層,6.2.2 石灰粉煤灰穩(wěn)定土組成材料的質(zhì)量要求,石灰和粉煤灰: 石灰質(zhì)量：3級(jí)或3級(jí)以上消石灰或生石灰 粉煤灰：SiO2Al2O3Fe2O370% 燒失量20% 比面積2500 cm2/g 濕粉煤灰的含水量35% 土: 塑性指數(shù)1220的粘性土（亞粘土） 土中土塊的最大尺寸15 mm，有機(jī)質(zhì)含量10 集料: 最大粒徑和壓碎值 級(jí)配,6.2.3 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的配合比設(shè)計(jì),目的：確定石灰劑量 確定石灰與粉煤灰的比例 確定結(jié)合料與集料的比例 實(shí)驗(yàn)法存在問題：工作量大劑量352152個(gè)試件 試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確：最大干密度偏小,6.3 水泥穩(wěn)定土,分類 水泥土水泥穩(wěn)定砂性土、粉性土和粘性土 水泥砂水

14、泥穩(wěn)定砂 水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石、未篩分碎石、砂礫等,6.3.2 水泥穩(wěn)定類土的組成材料及其技術(shù)要求,6.3.2.1 水泥 普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復(fù)習(xí) 終凝時(shí)間較長 6.3.2.2 土與集料 適宜材料：級(jí)配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸 石和各種粒狀礦渣 不宜材料：塑性指數(shù)較大的細(xì)粒土 有機(jī)質(zhì)含量超過2或硫酸鹽含量超過0.25的土 集料的顆粒組成：級(jí)配 集料最大粒徑和壓碎值要求：與二灰穩(wěn)定土相同,2.3 常用硅酸鹽水泥,硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥,水泥強(qiáng)度等級(jí)和標(biāo)號(hào),意義：強(qiáng)度是水

15、泥的重要技術(shù)性質(zhì)之一 也是劃分水泥強(qiáng)度等級(jí)的主要依據(jù) 強(qiáng)度等級(jí) 強(qiáng)度試驗(yàn)條件：水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂1:3、水灰比0.5，試件4416，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、測定3d與28d抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度 型號(hào)：早強(qiáng)型R和普通型（根據(jù)3d強(qiáng)度） 強(qiáng)度等級(jí)： 硅酸鹽水泥42.5、42.5R、52.5、52.6R、62.5、62.5R 普通水泥32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.6R 表1硅酸鹽水泥各齡期強(qiáng)度值 影響強(qiáng)度等級(jí)因素：熟料礦物 C3S、C2S，強(qiáng)度 細(xì)度大，水化反應(yīng)快并充分，強(qiáng)度高,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,1）作用和使用要求 用途：供道路面層和機(jī)場道面結(jié)構(gòu)專用 主要技術(shù)要求：抗折強(qiáng)度高 干縮

16、性小 耐磨性好,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,2）礦物組成對(duì)技術(shù)性能的影響 抗折強(qiáng)度高：C3S、C4AF、C3A、f- CaO。 干縮性?。?jié)B、抗凍）：C3A，C4AF 耐磨性好： C4AF，C3S，C3A，強(qiáng)度高,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,3）化學(xué)品質(zhì)要求（高鐵低鋁） C3S：5160%，以提高早期強(qiáng)度，盡早放開交通； C2S：不宜過多，其早期強(qiáng)度過低 C3A5%，考慮到其水化生成物耐腐蝕性較差 C4AF16%，提高水泥的抗折強(qiáng)度 控制堿含量,6.3 水泥穩(wěn)定土,水泥穩(wěn)定土的特點(diǎn) 具有較其它穩(wěn)定土高的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性 與水泥混凝土的比較 材料組成：水泥用量較低、允許混合料中含土 施工方法

17、：機(jī)械攤鋪、碾壓 技術(shù)特性 ：強(qiáng)度小、耐久性差、抗裂性低,6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術(shù)性質(zhì),6.3.1.1 強(qiáng)度的形成與影響因素 強(qiáng)度形成 水泥硬化 火山灰反應(yīng) 離子交換 會(huì)影響水泥的水化，使強(qiáng)度增長速度緩慢 機(jī)械壓實(shí),6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術(shù)性質(zhì),強(qiáng)度的主要影響因素 組成材料 水泥劑量：相同材料時(shí)水泥劑量強(qiáng)度 土質(zhì)圖6-8 集料級(jí)配 改善級(jí)配可以明顯增加水泥穩(wěn)定集料的強(qiáng)度 養(yǎng)生溫度圖6-8 延遲時(shí)間：從加水拌和開始到碾壓終了的時(shí)間 圖6-9延遲時(shí)間與水泥砂礫強(qiáng)度和干密度,圖6-8 土質(zhì)、養(yǎng)生溫度與強(qiáng)度的關(guān)系,相同養(yǎng)生溫度：Ip強(qiáng)度 相同齡期時(shí)： 養(yǎng)生溫度強(qiáng)度,延遲時(shí)間與水泥砂礫強(qiáng)度和

18、干密度,延遲時(shí)間越長，穩(wěn)定土強(qiáng)度和密度的損失越大。 在土質(zhì)不變時(shí)，用終凝時(shí)間短的水泥時(shí)，延遲時(shí)間對(duì)混合料強(qiáng)度損失的影響大。 在水泥不變的情況下，延遲時(shí)間為2h時(shí)，用中等粘土或礫質(zhì)砂等制得的水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度可損失60；用原狀砂礫或粗石灰石等）制得的混合料的強(qiáng)度損失只有20左右，甚至沒有損失,6.3.1.2 收縮特性及影響因素,溫度收縮：粘性土含量，溫度收縮系數(shù) 干縮系數(shù) 粒料含量，干縮系數(shù) 粘土礦物，干縮系數(shù) 水泥劑量圖6-10 含水量：含水量增加的影響水泥用量增加的影響 粒料土的塑性指數(shù)越大，含水量的影響越大 三種穩(wěn)定土收縮系數(shù)的排序 溫縮系數(shù)： 石灰土石灰土砂礫石灰粉煤灰水泥砂礫二灰砂礫 干縮系數(shù)：