無機結合料穩(wěn)定類混合料

1、6.無機結合料穩(wěn)定類混合料,路面基層材料的類型 粒料類：級配型集料、填隙碎石 結合料穩(wěn)定類：有機結合料瀝青 無機結合料水泥、石灰、工業(yè)廢渣 無機結合料 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 礦質碎（礫）石、或工業(yè)廢渣等 細粒土、中粒土、粗粒土 結合料穩(wěn)定類技術特性 優(yōu)點：整體性強、承載能力大、較為經濟 強度和剛度介于剛性混凝土和柔性粒料材料之間,缺點：耐久性差、平整度低、易產生干縮裂縫、起塵等,主要內容 無機結合料穩(wěn)定類混合料的技術特性強度形成機理及其影響因素、收縮特性等 無機結合料穩(wěn)定類混合料的組成設計（實驗法 擊實試驗、計算法填充理論,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、級配砂礫（無土） 石灰碎石土天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石） 結構類型 骨架密實式：粒料80% 懸浮式：粒料50,6.1.1 石灰,6.1.1.1石灰的生產、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） 水化反應進行速度快 消化時體積急劇膨脹：過火石灰陳伏 3. 石灰的磨細生石灰粉 提高“過火石灰”的利用率 克服“過火石灰”對體積不安定的危害 4. 石灰的硬化：Ca(O

3、H)2 結晶硬化 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 石灰的品質要求,1）石灰的化學品質 f-CaO f-MgO含量判定石灰質量 CO2含量 2）石灰的技術要求 未消化殘渣含量 細度活性 游離水含量 3) 石灰的技術標準（教材P191） 建材行業(yè)標準（JC）：優(yōu)等品，一等品和合格品 道路行業(yè)標準（JTJ03493）：3個等級,6.無機結合料穩(wěn)定類混合料,定義： 在各種粉碎或原來松散的土、或礦質碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數量的無機結合料（如石灰、水泥）及水，經拌和得到的混合料，經壓實及養(yǎng)生后，具有一定的強度和穩(wěn)定性，在

4、廣義上統稱為無機結合料穩(wěn)定類混合料，或無機結合料穩(wěn)定土,無機結合料穩(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、級配砂礫（無土） 石灰碎石土天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石） 結構類型 骨架密實式：粒料80% 懸浮式：粒料50,6.1.2 石灰穩(wěn)定土的技術性質,6.1.2.1 石灰穩(wěn)定土的強度 1) 強度形成機理石灰與細粒土 離子交換反應 石灰自身硬化 火山灰反應 機械壓實,離子交換反應 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,1) 強度形

5、成機理石灰與細粒土,石灰硬化膠結作用 CaCO3 CO2CaO（生石灰） CaOH2O Ca(OH)2（消石灰） Ca(OH)2 結晶硬化 碳酸化硬化：CO2Ca(OH)2 CaCO3,1) 強度形成機理石灰與細粒土,火山灰反應復習 反應條件：堿活性激發(fā)劑Ca(OH)2 石灰 活性物質Al2O3 、SiO2粘土 Al2O3H2O Ca(OH)2 水化鋁酸鈣 SiO2H2O Ca(OH)2 水化硅酸鈣,1) 強度形成機理石灰與細粒土,1）反應條件 具有活性物質：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 Ca(OH)2溶液（堿性激發(fā)劑） CaSO42H2O溶液（硫酸

6、鹽激發(fā)劑） 2）反應機理 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（又稱二次反應,機械壓實顆粒靠攏、形成緊密穩(wěn)定結構 總結： 初期：離子交換 壓實作用 中、后期：氫氧化鈣的結晶和碳酸化反應 火山灰反應,1) 強度形成機理,2) 石灰穩(wěn)定土強度的影響因素石灰的質量與劑量、土質、養(yǎng)生條件與齡期,石灰質量（活性：f-CaO含量、細度） 劑量 土粘土礦物成分（Al2O3、SiO2） 比表面積塑性指數IP 集料

7、 圖6-1 含水量石灰消解、火山灰反應 最佳含水量：壓實圖6-2 養(yǎng)生條件溫度、濕度 齡期時間,圖6-1 礦質混合料類型與強度的關系,單純用石灰穩(wěn)定無粘性或無塑性指數的集料，效果遠不如用石灰土穩(wěn)定的效果： 石灰穩(wěn)定粉質粘土的強度石灰穩(wěn)定砂質粘土 石灰穩(wěn)定砂質粘土石灰穩(wěn)定均質砂,在適宜的含水量下壓實，可以取得最佳的壓實效果 最大干密度最佳含水量:壓實功最佳含水量最大密實度 細料含量最佳含水量最大密實度 石灰劑量最佳含水量最大密實度,含水量與干密度的關系,3) 強度指標,抗壓強度無側限抗壓強度 配合比設計、施工質量控制 劈裂抗拉強度 結構計算與驗算 抗折強度,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式粒料 改善措施：選擇材料、控制含水量、施工壓實、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路面的基層 只宜作為高等級路面的底基層，或一般交通量道路的基層,砂礫體積率與干縮系數的關系,石灰穩(wěn)定砂礫干縮系數石灰土 隨著粒料含量，干縮系數,瀝青路表翻漿,6.1.3 石灰穩(wěn)定類混合料組成材料的質量要求,石灰：3級以上消石灰 生石灰 (磨細生石灰高

9、速公路和一級公路) 土：塑性指數范圍宜為1520 硫酸鹽含量不得超過0.8 有機質含量不得超過30 集料：級配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸石、粒狀礦渣 為無塑性指數的粒料或不含粘土的集料時：+15左右粘性土 級配良好（當級配不好時，宜外加某種集料改善其級配） 最大粒徑 壓碎值 水,6.1.4 石灰穩(wěn)定類混合料的組成設計,6.1.4.1 設計要求 確定混合料中組成材料比例 石灰土：石灰劑量=石灰質量/干土質量 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 石灰土配合比設計方法（實驗法） 1）確定石灰土中的石灰劑量 2) 石灰穩(wěn)定集

10、料的配合比設計,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 石灰土的擊實試驗,注：括號中數據為內插值試件計算干密度max壓實度（現場干密度/最大干密度,擊實試驗及強度檢驗結果,步驟2：強度檢驗 試件計算干密度max壓實度 （現場干密度/最大干密度） 抗壓強度試驗：試件成型試件養(yǎng)生抗壓強度表 計算強度特征參數 強度平均值： 強度變異系數： 步驟3：確定石灰劑量 計算石灰土的配制強度： 繪制強度與石灰劑量關系試驗曲線,石灰劑量與試件7d抗壓強度的關系曲線,2) 石灰穩(wěn)定集料的配合比設計,石灰土：碎石（或礫石）1：4 按照石灰土強度確定石灰劑量 強度測試、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 結構類型：懸浮式粒料50% 密實式粒料80,6.2.1 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的技術性質,6.2.1.1 強度特征 強度形成機理 石灰自硬、粉煤灰材料的火山灰反應 石灰粉煤灰的填充作用 集料的骨架作用 機械壓實,強度特點 較高的強度和穩(wěn)定性 早期強度較低，有著較高的后期強度 強度的主要影響因素 粒料比例 粉煤灰摻量越高早期強

12、度越低，但不影響后期強度 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式二灰粒料 密實式二灰粒料平均干縮系數為5510-6，溫縮系數為4.210 -6 懸浮式二灰粒料平均干縮系數為10910 -6 ，溫縮系數為6.710 -6 結合料劑量 粉煤灰用量：石灰劑量一定，粉煤灰用量干縮系數和溫縮系數 石灰劑量：粉煤灰用量一定，石灰劑量干縮系數和溫縮系數 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，但仍具有相當的干縮變形，不允許應用于高等級道路的上基

13、層,6.2.2 石灰粉煤灰穩(wěn)定土組成材料的質量要求,石灰和粉煤灰: 石灰質量：3級或3級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1220的粘性土（亞粘土） 土中土塊的最大尺寸15 mm，有機質含量10 集料: 最大粒徑和壓碎值 級配,6.2.3 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的配合比設計,目的：確定石灰劑量 確定石灰與粉煤灰的比例 確定結合料與集料的比例 實驗法存在問題：工作量大劑量352152個試件 試驗結果不準確：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硅酸鹽水泥復習 終凝時間較長 6.3.2.2 土與集料 適宜材料：級配碎石、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：塑性指數較大的細粒土 有機質含量超過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,水泥強度等級和標號,意義：強度是水

15、泥的重要技術性質之一 也是劃分水泥強度等級的主要依據 強度等級 強度試驗條件：水泥:標準砂1:3、水灰比0.5，試件4416，標準養(yǎng)護、測定3d與28d抗壓強度與抗折強度 型號：早強型R和普通型（根據3d強度） 強度等級： 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度值 影響強度等級因素：熟料礦物 C3S、C2S，強度 細度大，水化反應快并充分，強度高,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,1）作用和使用要求 用途：供道路面層和機場道面結構專用 主要技術要求：抗折強度高 干縮

16、性小 耐磨性好,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,2）礦物組成對技術性能的影響 抗折強度高：C3S、C4AF、C3A、f- CaO。 干縮性?。?jié)B、抗凍）：C3A，C4AF 耐磨性好： C4AF，C3S，C3A，強度高,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,3）化學品質要求（高鐵低鋁） C3S：5160%，以提高早期強度，盡早放開交通； C2S：不宜過多，其早期強度過低 C3A5%，考慮到其水化生成物耐腐蝕性較差 C4AF16%，提高水泥的抗折強度 控制堿含量,6.3 水泥穩(wěn)定土,水泥穩(wěn)定土的特點 具有較其它穩(wěn)定土高的強度、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、：機械攤鋪、碾壓 技術特性 ：強度小、耐久性差、抗裂性低,6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術性質,6.3.1.1 強度的形成與影響因素 強度形成 水泥硬化 火山灰反應 離子交換 會影響水泥的水化，使強度增長速度緩慢 機械壓實,6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術性質,強度的主要影響因素 組成材料 水泥劑量：相同材料時水泥劑量強度 土質圖6-8 集料級配 改善級配可以明顯增加水泥穩(wěn)定集料的強度 養(yǎng)生溫度圖6-8 延遲時間：從加水拌和開始到碾壓終了的時間 圖6-9延遲時間與水泥砂礫強度和干密度,圖6-8 土質、養(yǎng)生溫度與強度的關系,相同養(yǎng)生溫度：Ip強度 相同齡期時： 養(yǎng)生溫度強度,延遲時間與水泥砂礫強度和

18、干密度,延遲時間越長，穩(wěn)定土強度和密度的損失越大。 在土質不變時，用終凝時間短的水泥時，延遲時間對混合料強度損失的影響大。 在水泥不變的情況下，延遲時間為2h時，用中等粘土或礫質砂等制得的水泥穩(wěn)定土強度可損失60；用原狀砂礫或粗石灰石等）制得的混合料的強度損失只有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 干縮系數 粒料含量，干縮系數 粘土礦物，干縮系數 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 粒料土的塑性指數越大，含水量的影響越大 三種穩(wěn)定土收縮系數的排序 溫縮系數： 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：