無機結(jié)合料穩(wěn)定路面

EngineeringofSubgradeandPavement3/21/20231第十二章無機結(jié)合料穩(wěn)定路面

(stabilizedpavementofinorganicbinder)第一節(jié)概述第二節(jié)無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性第三節(jié)石灰穩(wěn)定類基層（底基層）第四節(jié)水泥穩(wěn)定類基層第五節(jié)工業(yè)廢渣穩(wěn)定基層第六節(jié)半剛性路面面層3/21/20232第一節(jié)概述無機結(jié)合料穩(wěn)定路面：在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無機結(jié)合料和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實與養(yǎng)生后，其抗壓強度符合規(guī)定要求的材料稱為無機結(jié)合料穩(wěn)定材料，以此修筑的路面稱為無機結(jié)合料穩(wěn)定路面。特點：穩(wěn)定性好，抗凍性強，結(jié)構(gòu)本身成板體，但耐磨性差。廣泛用于修筑路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層。半剛性基層：不同的土和無機結(jié)合料拌和得到不同的穩(wěn)定材料，其剛度介于柔性路面材料和剛性路面材料之間，故以此修筑的基層或底基層稱為半剛性基層。3/21/20233§12-1概述

在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無機結(jié)合料(包括水泥、石灰或工業(yè)廢渣等)和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實與養(yǎng)生后，其抗壓強度符合規(guī)定要求的材料稱為無機結(jié)合料穩(wěn)定材料，以此修筑的路面稱為無機結(jié)合料穩(wěn)定路面。無機結(jié)合料穩(wěn)定路面具有穩(wěn)定性好、抗凍性能強、結(jié)構(gòu)本身自成板體等特點，但其耐磨性差，因此廣泛用于修筑路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層。3/21/202343/21/20235

粉碎的或原狀松散的土按照土中單個顆粒(指碎石、礫石、砂和土顆粒)的粒徑的大小和組成，將土分成細粒土、中粒土和粗粒土。不同的土與無機結(jié)合料拌和得到不同的穩(wěn)定材料。例如石灰土、水泥土、水泥砂礫、石灰粉煤灰碎石等。無機結(jié)合料穩(wěn)定材料種類較多，其物理、力學性質(zhì)各有特點，使用時應根據(jù)結(jié)構(gòu)要求、摻加劑和原材料的供應情況及施工條件進行綜合技術(shù)、經(jīng)濟比較后選定。由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的剛度介于柔性路面材料和剛性路面材料之間，常稱此為半剛性材料，以此修筑的基層或底基層亦稱為半剛性基層（底基層）。

3/21/20236第二節(jié)無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的材料的應力—應變特性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞特性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性和收縮特性3/21/20237§12-2無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性

無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性包括應力-應變關(guān)系、疲勞特性、收縮（溫縮和干縮）特性。1．無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的應力-應變特性。無機結(jié)合料穩(wěn)定路面的重要特點之一是強度和模量隨齡期的增長而不斷增長，逐漸具有一定的剛性性質(zhì)。一般規(guī)定水泥穩(wěn)定類材料設計齡期為三個月，石灰或石灰粉煤灰（簡稱二灰）穩(wěn)定類材料設計齡期為六個月。半剛性材料應力-應變特性試驗方法有頂面法、粘貼法、夾具法和承載板法等。試件有圓柱體試件和梁式(分大、中、小梁)試件。試驗內(nèi)容有抗壓強度、抗壓回彈模量、劈裂強度和劈裂模量、抗彎拉強度和抗彎拉模量等。3/21/20238§12-2無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性

2無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞特性材料的抗壓強度是材料組成設計的主要依據(jù)，由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度，材料的抗拉強度是路面結(jié)構(gòu)設計的控制指標。

抗拉強度試驗方法有直接抗拉試驗、間接抗拉試驗和彎拉試驗。常用的疲勞試驗有彎拉疲勞試驗和劈裂疲勞試驗。

3/21/20239§12-2無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學特性3．無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料經(jīng)拌和壓實后，由于水分揮發(fā)和混合料內(nèi)部的水化作用，混合料的水分會不斷減少。由此發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化收縮作用等會引起無機結(jié)合料穩(wěn)定材料體積收縮。描述材料干縮特性的指標主要有干縮應變、干縮系數(shù)、干縮量、失水量、失水率和平均干縮系數(shù)。3/21/202310§12-2無機結(jié)合料穩(wěn)定材材料的力學特性4．半剛性材料的的溫度收縮特性半剛性材料是由固固相(組成其空間間骨架的原材料的的顆粒和其間的膠膠結(jié)物)、液相(存在于固相表面面與空隙中的水和和水溶液)和氣相相(存在于空隙中中的氣體)組成。。所以，半剛性材材料的外觀脹縮性性是三相的不同的的溫度收縮性的綜綜合效應的結(jié)果。。一般氣相大部分分與大氣貫通，在在綜合效應中影響響較小，可以忽略略，原材料中砂粒粒以上顆粒的溫度度收縮系數(shù)較小，，粉粒以下的顆粒粒溫度收縮性較大大。半剛性材料溫度收收縮的大小與結(jié)合合料類型和劑量、、被穩(wěn)定材料的類類別、粒料含量、、齡期等有關(guān)。3/15/202311§12-3石灰灰穩(wěn)定類基層（底底基層）在粉碎的土和原狀狀松散的土(包括括各種粗、中、細細粒土)中、摻入入適量的石灰和水水，按照一定技術(shù)術(shù)要求，經(jīng)拌和，，在最佳含水量下下攤鋪、壓實及養(yǎng)養(yǎng)生，其抗壓強度度符合規(guī)定要求的的路面基層稱為石石灰穩(wěn)定類基層。。用石灰穩(wěn)定細粒粒土得到的混合料料簡稱石灰土，所所做成的基層稱石石灰土基層（底基基層）。石灰劑量是石灰灰質(zhì)量占全部土土顆粒的干質(zhì)量量的百分率，即即石灰劑量＝石石灰質(zhì)量／干土土質(zhì)量。石灰穩(wěn)定類材料料適用于各級公公路路面的底基基層，可用作二二級和二級以下下公路的基層，，但石灰土不應應用作高等級公公路的基層。3/15/202312§12-3石石灰穩(wěn)定類基層層（底基層）1．石灰穩(wěn)定土土強度形成原理理在土中摻入適量量的石灰，并在在最佳含水量下下拌勻壓實，使使石灰與土發(fā)生生一系列的物理理、化學作用，，從而使土的性性質(zhì)發(fā)生根本的的變化。一般分分四個方面，第第一是離子交換換作用，第二是是結(jié)晶硬化作用用，第三是火山山灰作用，第四四是碳酸化作用用3/15/202313§12-3石石灰穩(wěn)定定類基層層（底基基層）2．影響響強度的的因素1)土質(zhì)質(zhì)各種成因因的土都都可以用用石灰來來穩(wěn)定，，但生產(chǎn)產(chǎn)實踐說說明，粘粘性土較較好，其其穩(wěn)定的的效果顯顯著，強強度也高高。當采采用高液液限粘土土時施工工不易粉粉碎；采采用粉性性土的石石灰土早早期強度度較低，，但后期期強度也也可滿足足行車要要求；采采用低液液限土質(zhì)質(zhì)時易拌拌和，但但難以碾碾壓成型型，穩(wěn)定定的效果果不顯著著。采用用的土質(zhì)質(zhì)，既要要考慮其其強度，，還要考考慮到施施工時易易于粉碎碎便于碾碾壓成型型。一般般采用塑塑性指數(shù)數(shù)12～～18(100g平衡衡錐測液液限，搓搓條法測測塑限)的粘性性土為好好。塑性性指數(shù)偏偏大的粘粘性土，，要加強強粉碎，，粉碎后后，土中中15～～25mm的土土塊不宜宜超過5%。經(jīng)經(jīng)驗證明明塑性指指數(shù)小于于12的的土不宜宜用石灰灰穩(wěn)定。。對于硫硫酸鹽類類含量超超過0.8%或或腐殖質(zhì)質(zhì)含量超超過10%的土土，對強強度有顯顯著影響響，不宜宜直接采采用。3/15/202314§12-3石灰穩(wěn)穩(wěn)定類基層層（底基層層）2)灰質(zhì)石灰應是消消石灰粉或或生石灰粉粉，對高速速公路或一一級公路宜宜用磨細生生石灰粉。。石灰質(zhì)量應應符合III級以上上的技術(shù)指指標，并要要盡量縮短短石灰的存存放時間。。在同等石石灰劑量下下，質(zhì)量好好的石灰，，穩(wěn)定效果果好。如采采用質(zhì)量差差的石灰，，為了滿足足石灰土的的技術(shù)要求求，就得適適當增加石石灰劑量。。3/15/202315§12-3石灰穩(wěn)穩(wěn)定類基層層（底基層層）3)石灰劑劑量石灰劑量對對石灰土強強度影響顯顯著，石灰灰劑量較低低(小于3～4％)時，石灰灰主要起穩(wěn)穩(wěn)定作用，，土的塑性性、膨脹、、吸水量減減小，使土土的密實度度、強度得得到改善。。隨著劑量量的增加，，強度和穩(wěn)穩(wěn)定性均提提高，但劑劑量超過一一定范圍時時，強度反反而降低。。生產(chǎn)實踐踐中常用的的最佳劑量量范圍，對對于粘性土土及粉性土土為8～14％；對對砂性土則則為9～16％。劑劑量的確定定應根據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)層技術(shù)術(shù)要求進行行混合料組組成設計。。3/15/202316§12-3石灰穩(wěn)穩(wěn)定類基層層（底基層層）4)含水量量水是石灰土土的重要組組成部分。。它促使石石灰土發(fā)生生物理化學學變化，形形成強度；；便于土的的粉碎、拌拌和與壓實實，并且有有利于養(yǎng)生生。不同土土質(zhì)的石灰灰土有不同同的最佳含含水量。需需通過標準準擊實試驗驗確定，并并用以控制制施工中的的實際加水水量，所用用水應是干干凈可供飲飲用的水。。3/15/202317§12-3石石灰穩(wěn)定類類基層（底基基層）5)密實度石灰土的強度度隨密實度的的增加而增長長。實踐證明明，石灰土的的密實度每增增減1%，強強度約增減4%左右。而而密實的石灰灰土，其抗凍凍性、水穩(wěn)定定性也好，縮縮裂現(xiàn)象也少少。3/15/202318§12-3石灰灰穩(wěn)定類基層（底底基層）6)石灰土的齡期期石灰土強度具有隨隨齡期增長的特點點。一般石灰土初初期強度低，前期期(1～2個月)增長速率較后期期為快。石灰土強強度與齡期關(guān)系可可表示為：Rt=Rit（12-2）式中：Ri——一個月齡期抗抗壓強度Rt——t個月齡期抗抗壓強度β——系數(shù)，約為為0.1～0.5。3/15/202319§12-3石石灰穩(wěn)定類基層層（底基層）7)養(yǎng)生條件養(yǎng)生條件主要指指溫度與濕度。。養(yǎng)生條件不同同，其強度也有有差異。當溫度度高時，物理化化學反應、硬化化、強度增長快快，反之強度增增長慢，在負溫溫條件下甚至不不增長，因此，，要求施工期的的最低溫度應在在5℃以上，并并在第一次重冰冰凍(-3～－－5℃)到來之之前1個月～1個半月完成。。多年的施工經(jīng)驗驗證明，熱季施施工的灰土強度度高，質(zhì)量可以以保證，一般在在使用中很少損損壞。養(yǎng)生的濕度條件件對石灰土的強強度也有很大影影響。實踐證明明：在一定潮濕濕條件下養(yǎng)生強強度的形成比在在一般空氣中養(yǎng)養(yǎng)生要好。3/15/202320§12-3石石灰穩(wěn)定類基層層（底基層）3．石灰土基層層的應用石灰穩(wěn)定土不但但具有較高的抗抗壓強度，而且且也具有一定的的抗彎強度，且且強度隨齡期逐逐漸增加。因此此，石灰穩(wěn)定土土一般可以用于于各類路面的基基層或底基層。。但石灰穩(wěn)定土土因其水穩(wěn)定性性較差不應做高高速公路或一級級公路的基層，，必要時可以用用作底基層。在在冰凍地區(qū)的潮潮濕路段以及其其他地區(qū)的過分分潮濕路段，也也不宜采用石灰灰土做基層。3/15/202321§12-3石灰灰穩(wěn)定類基層（底底基層）4．石灰穩(wěn)定土基基層縮裂防治石灰穩(wěn)定土基層防防治縮裂的措施有有：1)控制壓實含水水量：石灰穩(wěn)定土土因含水量過多產(chǎn)產(chǎn)生的干縮裂縫顯顯著，因而壓實時時含水量一定不要要大于最佳含水量量，其含水量應略略小于最佳含水量量。2)嚴格控制壓實實標準，實踐證明明，壓實度小時產(chǎn)產(chǎn)生的干縮要比壓壓實度大時嚴重，，因此，應盡可能能達到最大壓實度度。3)溫縮的最不利利季節(jié)是材料處于于最佳含水量附近近，而且溫度在0～-10℃時。。因此施工要在當當?shù)貧鉁剡M入0℃℃前一個月結(jié)束，，以防在不利季節(jié)節(jié)產(chǎn)生嚴重溫縮。。4)干縮的最不利利情況是石灰穩(wěn)定定土成型初期，因因此，要重視初期期養(yǎng)護。保證石灰灰土表面處于潮濕濕狀況，禁防干曬曬。3/15/202322§12-3石灰灰穩(wěn)定類基層（底底基層）5)石灰穩(wěn)定土施施工結(jié)束后要及早早鋪筑面層，使石石灰土基層含水量量不發(fā)生大變化，，可減輕干縮裂隙隙。6)在石灰穩(wěn)定土土中摻加集料(砂砂礫、碎石等)，，使其集料含量為為60～70%，，使混合料滿足最最佳組成要求，不不但提高強度和穩(wěn)穩(wěn)定性，而且具有有較好的抗裂性。。7)基層的縮裂會會反射到面層，為為了防止基層裂縫縫的反射，國內(nèi)外外常采取以下措施施：(1)設置聯(lián)結(jié)層層。設置瀝青碎石石或瀝青貫入式聯(lián)聯(lián)結(jié)層，是防止反反射裂縫的有效措措施。(2)鋪筑碎石隔隔離過渡層。在石石灰土與瀝青面層層間鋪筑厚10～～20cm的碎石石層或玻璃纖維網(wǎng)網(wǎng)格，可減輕反射射裂縫出現(xiàn)。3/15/202323§12-4水泥穩(wěn)定類基層層1．概述在粉碎的或原狀狀松散的土(包包括各種粗、中中、細粒土)中中，摻入適當水水泥和水，按照照技術(shù)要求，經(jīng)經(jīng)拌和攤鋪，在在最佳含水量時時壓實及養(yǎng)護成成型，其抗壓強強度符合規(guī)定要要求，以此修建建的路面基層稱稱水泥穩(wěn)定類基基層。當用水泥泥穩(wěn)定細粒土(砂性土、粉性性土或粘性土)時，簡稱水泥泥土。3/15/202324§12-4水泥穩(wěn)定類基基層水泥是水硬性性結(jié)合料，絕絕大多數(shù)的土土類(高塑性性粘土和有機機質(zhì)較多的土土除外)都可可以用水泥來來穩(wěn)定，改善善其物理力學學性質(zhì)，適應應各種不同的的氣候條件與與水文地質(zhì)條條件。水泥穩(wěn)穩(wěn)定類基層具具有良好的整整體性、足夠夠的力學強度度、抗水性和和耐凍性。其其初期強度較較高，且隨齡齡期增長而增增長，所以應應用范圍很廣廣。近年來，，在我國一些些路面工程中中，水泥穩(wěn)定定土可用于路路面結(jié)構(gòu)的基基層和底基層層，在保證路路面使用品質(zhì)質(zhì)上取得了滿滿意的效果。。但水泥土禁禁止作為高速速公路或一級級公路路面的的基層，只能能用做底基層層。在高等級級公路的水泥泥混凝土路面面板下，水泥泥土也不應做做基層。3/15/202325§12-4水泥穩(wěn)定類基基層2．強度形成成原理在利用水泥來來穩(wěn)定土的過過程中，水泥泥、土和水之之間發(fā)生了多多種非常復雜雜的作用，從從而使土的性性能發(fā)生了明明顯的變化。。這些作用可可以分為：化學作用：如如水泥顆粒的的水化、硬化化作用，有機機物的聚合作作用，以及水水泥水化產(chǎn)物物越粘土礦物物之間的化學學作用等等。。物理－化學作作用：如粘土土顆粒與水泥泥及水泥水化化產(chǎn)物之間的的吸附作用，，微粒的凝聚聚作用，水及及水化產(chǎn)物的的擴散、滲透透作用，水化化產(chǎn)物的溶解解、結(jié)晶作用用等等。物理作用：如土塊塊的機械粉碎作用用，混合料的拌和和、壓實作用等等等。3/15/202326§12-4水泥穩(wěn)定類基層3．影響強度的因因素1)土質(zhì)土的類別和性質(zhì)是是影響水泥穩(wěn)定土土強度的重要因素素，各類砂礫土、、砂土、粉土和粘粘土均可用水泥穩(wěn)穩(wěn)定，但穩(wěn)定效果果不同。試驗和生生產(chǎn)實踐證明，用用水泥穩(wěn)定級配良良好的碎(礫)石石和砂礫，效果最最好，不但強度高高，而且水泥用量量少；其次是砂性性土；再次之是粉粉性土和粘性土。。重粘土難于粉碎碎和拌和，不宜單單獨用水泥來穩(wěn)定定，因此，一般要要求土的塑性指數(shù)數(shù)不大于17。3/15/202327§12-4水泥穩(wěn)定類類基層2)水泥的的成分和劑劑量各種類型的的水泥都可可以用于穩(wěn)穩(wěn)定土。但但試驗研究究證明，水水泥的礦物物成分和分分散度對其其穩(wěn)定效果果有明顯影影響。對于于同一種土土，通常情情況下硅酸酸鹽水泥的的穩(wěn)定效果果好，而鋁鋁酸鹽水泥泥較差。在水泥硬化化條件相似似，礦物成成分相同時時，隨著水水泥分散度度的增加，，其活性程程度和硬化化能力也有有所增大，，從而水泥泥土的強度度也大大提提高。水泥土的強強度隨水泥泥劑量的增增加而增長長，但過多多的水泥用用量，雖獲獲得強度的的增加，在在經(jīng)濟上卻卻不一定合合理，在效效果上也不不一定顯著著，且容易易開裂。試試驗和研究究證明，水水泥劑量為為4～8％％較為合理理。3/15/202328§12-4水泥穩(wěn)定類基基層3)含水量含水量對水泥泥穩(wěn)定土強度度影響很大，，當含水量不不足時，水泥泥不能在混合合料中完全水水化和水解，，發(fā)揮不了水水泥對土的穩(wěn)穩(wěn)定作用，影影響強度形成成。同時，含含水量小，達達不到最佳含含水量也影響響水泥穩(wěn)定土土的壓實度。。因此，使含含水量達到最最佳含水量的的同時，也要要滿足水泥完完全水化和水水解作用的需需要為好。水泥正常水化化所需的水量量約為水泥重重的20%，，對于砂性土土，完全水化化達到最高強強度的含水量量較最佳密度度的含水量為為小；而對于于粘性土則相相反。3/15/202329§12-4水泥穩(wěn)定類基基層4)施工工藝藝過程水泥、土和水水拌和得均勻勻，且在最佳佳含水量下充充分壓實，使使之干密度最最大，其強度度和穩(wěn)定性就就高。水泥土土從開始加水水拌和到完成成壓實的延遲遲時間要盡可可能最短，一一般要在6h以內(nèi)。若時時間過長，則則水泥凝結(jié)，，在碾壓時，，不但達不到到壓實度要求求，而且也會會破壞已結(jié)硬硬水泥的膠凝凝作用，反而而使水泥穩(wěn)定定土強度下降降。在水泥終終凝時間達不不到規(guī)定要求求時，可以使使用一定劑量量的緩凝劑，，但緩凝劑的的品種和具體體數(shù)量應根據(jù)據(jù)試驗確定。。水泥穩(wěn)定土需需濕法養(yǎng)生，，以滿足水泥泥水化形成強強度的需要。。養(yǎng)生溫度愈愈高，強度增增長的愈快。。因此，要保保證水泥穩(wěn)定定土養(yǎng)生的溫溫度和濕度條條件。3/15/202330§12-4水泥穩(wěn)定類類基層養(yǎng)生及交通通管制：(1)每一一段碾壓完完成后應立立即開始養(yǎng)養(yǎng)生，不得得延誤。(2)在整整個養(yǎng)生期期間都應使使水泥穩(wěn)定定碎石層保保持潮濕狀狀態(tài)，養(yǎng)生生結(jié)束后，，必需將覆覆蓋物清物物干凈。(3)在養(yǎng)養(yǎng)生期間未未采用復蓋蓋措施的水水泥穩(wěn)定碎碎石層上，，除灑水車車外，應封封閉交通，，在采用覆覆蓋措施的的水泥穩(wěn)定定碎石層上上不能封閉閉交交通時時，應限制制重車通行行，其它車車輛車速不不得超過30km/h。(4)水泥泥穩(wěn)定碎石石層上立即即鋪筑瀝青青面層時，，不需太長長的養(yǎng)生期期，但應始始終保持表表面濕潤，，至少灑水水養(yǎng)生三天天。3/15/202331§12-5工業(yè)廢渣基基層1．概述隨著工業(yè)的的發(fā)展，工工業(yè)廢渣逐逐漸增多，，怎樣綜合合利用工業(yè)業(yè)廢渣引起起了國內(nèi)外外重視。近近年來，我我國利用工工業(yè)廢渣鋪鋪筑路面基基層，取得得顯著成效效，不但提提高了路面面使用品質(zhì)質(zhì)，而且降降低了工程程造價，““變廢為寶寶”，具有有很大的經(jīng)經(jīng)濟意義。。公路上常用用的工業(yè)廢廢渣有：火火力發(fā)電廠廠的粉煤灰灰和煤渣，，鋼鐵廠的的高爐渣和和鋼渣，化化肥廠的電電石渣，以以及煤礦的的煤矸石等等。粉煤灰灰和煤渣中中含有較多多的二氧化化硅、氧化化鈣或氧化化鋁等活性性物質(zhì)。用用石灰穩(wěn)定定工業(yè)廢渣渣時，石灰灰在水的作作用下形成成飽和的Ca(OH)2溶液。廢渣渣的活性氧氧化硅和氧氧化鋁在Ca(OH)2溶液中產(chǎn)生生火山灰反反應，生成成水化硅酸酸鈣和鋁酸酸鈣凝膠，，把顆粒膠膠凝在一起起，隨水化化物不斷產(chǎn)產(chǎn)生而結(jié)晶晶硬化，具具有水硬性性。溫度較較高時，強強度增長快快，因此，，石灰穩(wěn)定定工業(yè)廢渣渣最好在熱熱季施工，，并加強保保濕養(yǎng)生。。3/15/202332§12-5工業(yè)廢渣基層石灰穩(wěn)定工業(yè)廢廢渣基層具有：：水硬性、緩凝凝性、強度高、、穩(wěn)定性好，成成板體、且強度度隨齡期不斷增增加，抗水、抗抗凍、抗裂而且且收縮性小，適適應各種氣候環(huán)環(huán)境和水文地質(zhì)質(zhì)條件等特點。。所以，近幾年年來，修筑高等等級公路，常選選用石灰穩(wěn)定工工業(yè)廢渣做高級