無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定路面.ppt

1、1,第十二章 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定路面,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的物理力學(xué)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,第一節(jié) 概述,1.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定路面定義,在粉碎的或原狀松散的土中，摻入一定量的無機(jī)結(jié)合料(包括水泥、石灰或工業(yè)廢渣等)和水，經(jīng)拌和得到的混合料經(jīng)壓實(shí)、養(yǎng)生后，其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定要求的材料稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，以此修筑的路面稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定路面。,2. 特點(diǎn),穩(wěn)定性好，抗凍性強(qiáng)、板體性好，具有一定的抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度和剛度隨著齡期而增長，經(jīng)濟(jì)性好； 干縮溫縮大，耐磨性差；多用于基層與底基層,按結(jié)合料類型分： 水泥穩(wěn)定材料

2、（水泥穩(wěn)定碎石等） 石灰穩(wěn)定材料 （石灰土等） 石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定材料 （石灰粉煤灰碎石，簡稱二灰碎石）,按土的顆粒組成分： 穩(wěn)定粗粒土 （二灰穩(wěn)定碎石等，常用做基層） 穩(wěn)定中粒土 （水泥穩(wěn)定砂礫等，常用做基層） 穩(wěn)定細(xì)粒土 （二灰穩(wěn)定土等，常用做底基層）,分類：,第二節(jié) 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的物理力學(xué)特性,1. 應(yīng)力應(yīng)變特性,強(qiáng)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)。,對于水泥穩(wěn)定類材料，設(shè)計(jì)齡期為3個月，對于石灰或者石灰粉煤灰(簡稱二灰)穩(wěn)定類，設(shè)計(jì)齡期為6個月。,瀝青混合料、級配碎石,無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料,水泥混凝土,1200MPa 柔性,13001700 半剛性,25000

3、剛性,由于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的剛度介于柔性和剛性之間，因此也被稱為“半剛性材料”。,“半剛性”的由來,水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)特性指標(biāo)與齡期的關(guān)系,石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石的力學(xué)特性指標(biāo)與齡期關(guān)系,2. 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞特性,材料的抗壓強(qiáng)度是材料組成設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，由于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，材料的抗拉強(qiáng)度是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。,抗拉強(qiáng)度的測試方法：直接抗拉試驗(yàn)、間接抗拉試驗(yàn)、彎拉試驗(yàn)。,常用疲勞試驗(yàn)：彎拉疲勞試驗(yàn)和劈裂疲勞試驗(yàn)。,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),間接拉伸 （劈裂）試驗(yàn),抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn),室內(nèi)疲勞試驗(yàn)設(shè)備（三分點(diǎn)加載）,圖示是彎拉疲勞試驗(yàn)，由于半剛性材料的變異性較大，用

4、小梁做彎拉疲勞不易成功，因此實(shí)際常采用劈裂疲勞試驗(yàn)。,在一定的應(yīng)力條件下，整體性材料的疲勞壽命取決于材料的強(qiáng)度和剛度。強(qiáng)度愈大剛度愈小，其疲勞壽命就愈長。,3. 干縮特性,1) 定義,無機(jī)結(jié)合料拌和壓實(shí)后，由于水分揮發(fā)及其內(nèi)部的水化作用，混合料水分不斷減少。由此引起的毛細(xì)作用、吸附作用、分子間作用力、結(jié)晶、凝膠、碳化作用等會引起無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料體積收縮。,2) 主要評價指標(biāo):干縮應(yīng)變和干縮系數(shù),其中w是試件總失水量；l是試件整體收縮量；l是試件長度,3) 收縮量大小次序,穩(wěn)定粒料類：石灰穩(wěn)定類水泥穩(wěn)定類石灰粉煤灰穩(wěn)定類 穩(wěn)定細(xì)粒土：石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土,4. 溫縮特性,半剛性

5、材料由固相、液相和氣相組成，其溫縮是三相不同的溫度收縮性的綜合效應(yīng)的結(jié)果。原材料中砂粒以上顆粒的溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫度收縮性較大。,1) 定義,2) 主要評價指標(biāo):溫縮應(yīng)變和溫縮系數(shù),其中C是收縮時溫差；l是試件整體收縮量；l是試件長度,3) 收縮量大小次序,石灰土砂礫懸浮二灰碎石密實(shí)型二灰碎石、水泥砂礫,5. 不同階段半剛性材料的收縮 1) 修建初期,半剛性基層同時受到干燥收縮和溫度收縮的綜合作用，必須注意養(yǎng)生保護(hù)，但此時以干燥收縮為主。,2) 鋪筑瀝青面層后,基層內(nèi)相對濕度略有增大，使材料的含水量由回升趨于平衡，這時半剛性基層的變形以溫度收縮為主。,6. 應(yīng)用局限性,穩(wěn)定細(xì)粒

6、土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等級瀝青路面的基層，宜用于底基層。,1. 穩(wěn)定細(xì)粒土的干縮和溫縮性均較穩(wěn)定粗粒土的干縮和溫縮性大很多，因此穩(wěn)定細(xì)粒土基層可能會產(chǎn)生相對更加嚴(yán)重的收縮裂縫，并反射到瀝青面層上形成反射裂縫。 2. 裂縫產(chǎn)生后，雨水的進(jìn)入會加劇瀝青路面的病害。 3. 穩(wěn)定細(xì)粒土基層對施工環(huán)境和工序的要求更加嚴(yán)格，會導(dǎo)致施工污染或者施工質(zhì)量差等不利情況。,第三節(jié) 石灰穩(wěn)定類基層,石灰劑量=石灰質(zhì)量/干土質(zhì)量,一、強(qiáng)度形成原理,1. 離子交換作用,土具有膠體性質(zhì)，表面帶負(fù)電荷，并吸附Na+，H+，K+ ，石灰中的Ca2+會與其發(fā)生離子交換作用，形成鈣土，減小了土顆粒表面水

7、膜厚度，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,2. 結(jié)晶作用,Ca(OH)2+nH2OCa(OH)2.nH2O,3. 火山灰作用,熟石灰中的游離Ca2+與土中的SiO2和Al2O3作用生成含水的硅酸鈣和鋁酸鈣的化學(xué)反應(yīng)就是火山灰作用。生成的兩種物質(zhì)均為膠凝物質(zhì)，具有水硬性。,4. 碳酸化作用,Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O,小結(jié)：四種作用中，離子交換作用與火山灰作用是主要的，是構(gòu)成石灰土早期強(qiáng)度的主要因素，后期強(qiáng)度靠碳酸化作用和結(jié)晶作用。,由于石灰與土發(fā)生了一系列的相互作用，從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本的改變。在初期，主要表現(xiàn)為土的結(jié)團(tuán)、塑性降低、最佳含水量增加和最大密實(shí)度減少等。后期主要表現(xiàn)為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，

8、從而提高其板體性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。,三、影響強(qiáng)度因素,1. 土質(zhì),各種成因土都可用石灰穩(wěn)定，更適宜于穩(wěn)定粘性土，尤其是塑性指數(shù)為1520的粘性土。,2. 灰質(zhì),石灰應(yīng)用消石灰粉或生石灰粉，對高速公路或一級公路宜用磨細(xì)生石灰粉。并要盡量縮短石灰的存放時間。,3. 石灰劑量,常用最佳劑量范圍，對于粘性土及粉性土為814；對砂性土則為916。最終根據(jù)結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求進(jìn)行混合料組成設(shè)計(jì)。,4. 含水量,水促使石灰土發(fā)生物理化學(xué)變化，形成強(qiáng)度；便于土的粉碎、拌和與壓實(shí)，并且有利于養(yǎng)生。不同土質(zhì)的石灰土有不同的最佳含水量，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定。,5. 密實(shí)度,石灰土的強(qiáng)度隨密實(shí)度的增加而增長。實(shí)踐證明，石灰土的密

9、實(shí)度每增減1%，強(qiáng)度約增減4%左右。而密實(shí)的石灰土，其抗凍性、水穩(wěn)定性也好，縮裂現(xiàn)象也少 。,6. 石灰土的齡期,石灰土強(qiáng)度具有隨齡期增長的特點(diǎn)。一般石灰土初期強(qiáng)度低，前期(12個月)增長速率較后期為快。1個月抗壓強(qiáng)度達(dá)到30 ，3個月達(dá)到60，設(shè)計(jì)齡期為6個月。,7. 養(yǎng)生條件,溫度溫度高時，物理化學(xué)反應(yīng)、硬化、強(qiáng)度增長快，反之強(qiáng)度增長慢 ； 濕度一定潮濕條件下養(yǎng)生強(qiáng)度的形成比在一般空氣中養(yǎng)生要好。,三、石灰土的應(yīng)用,1.低劑量（34%）用于地基處理，高劑量用于二級以下公路基層或底基層. 2.石灰穩(wěn)定細(xì)粒土吸水性、透水性和水穩(wěn)定性較差，不宜直接用作瀝青路面的基層; 3.冰凍地區(qū)的潮濕路段或其

10、他地區(qū)的過濕路段，不宜采用石灰土做基層； 4.不宜用作水泥路面的基層。,四、石灰穩(wěn)定土基層縮裂防治,1）嚴(yán)格控制壓實(shí)含水量：石灰穩(wěn)定土含水量過多產(chǎn)生的干縮裂縫顯著，壓實(shí)時含水量略小于最佳含水量。 2）嚴(yán)格控制壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：壓實(shí)度小時產(chǎn)生的干縮比壓實(shí)度大時嚴(yán)重，應(yīng)盡可能達(dá)到最大壓實(shí)度。 3）干縮發(fā)生在成型初期，要重視初期養(yǎng)護(hù)，保證石灰土表面處于潮濕狀況，禁防干曬。 4）石灰穩(wěn)定土施工結(jié)束后可及早鋪筑面層，使石灰土基層含水量不發(fā)生大大變化，可減輕干縮裂隙。 5）溫縮的最不利季節(jié)是材料處于最佳含水量附近，而且溫度在0-10時。因此施工要在當(dāng)?shù)貧鉁剡M(jìn)入0前一個月結(jié)束，以防在不利季節(jié)產(chǎn)生嚴(yán)重溫縮。,6) 在

11、滿足強(qiáng)度要求情況下，盡可能選擇較低劑量的無機(jī)料；在石灰穩(wěn)定土中摻加6070%的集料，可提高強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗裂性。 7) 反射裂縫防治 (1)設(shè)置瀝青碎石、瀝青貫入式聯(lián)結(jié)層；(2)鋪筑碎石隔離過渡層或玻璃纖維網(wǎng)格；(3)提高瀝青下面層抗裂性能。,五、石灰穩(wěn)定土混合料設(shè)計(jì),根據(jù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗(yàn)選取合適的土，確定最佳的石灰劑量和混合料的最佳含水量。,石灰土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)相應(yīng)的公路等級和在路面結(jié)構(gòu)中的層位而定。在規(guī)定溫度保濕養(yǎng)生6d、浸水1d后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,1. 石灰土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),2. 混合料的設(shè)計(jì)步驟,1）制備試樣（同一種土樣，不同石灰劑量 ） 2）重型擊實(shí)試驗(yàn)（確定最佳含水量、最大密實(shí)度） 3

12、）制備強(qiáng)度試件（按最佳含水量與工地預(yù)期達(dá)到的壓實(shí)密度） 4）在規(guī)定溫度下養(yǎng)護(hù)（保濕6天，浸水一天） 5）強(qiáng)度試驗(yàn) 6）選擇劑量 7）工地實(shí)際采用石灰劑量（多0.51.0）,6. 石灰土基層的施工,備料確定配比攤鋪土料整平，調(diào)整含水量鋪石灰拌和整平壓實(shí)整型養(yǎng)護(hù),第四節(jié) 水泥穩(wěn)定類基層,一、強(qiáng)度形成原理,1.水泥的水化作用； 2.離子交換作用； 3.化學(xué)激發(fā)作用； 4.碳酸化作用。,二、影響強(qiáng)度的因素,1. 土質(zhì),1）穩(wěn)定級配良好的碎(礫)石和砂礫，效果最好，不但強(qiáng)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）重粘土難于粉碎和拌和，不宜單獨(dú)用水泥來穩(wěn)定，一般要求土的塑性指數(shù)不大于17,2. 水泥的成分和劑量,1）硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果好，而鋁酸鹽水泥較差； 2）不宜用快硬水泥、早強(qiáng)水泥、禁用受潮變質(zhì)的水泥，不需要使用高標(biāo)號水泥； 3）高劑量成本高、干縮大，48較為合理； 4）穩(wěn)定粒料的水泥劑量低于穩(wěn)定細(xì)粒土的劑量。,3. 含水量,水泥正常水化所需的水量約為水泥重的20%，對于砂性土，完全水化達(dá)到最高強(qiáng)度的含水量較最佳密度的含水量為?。欢鴮τ谡承酝羷t相反。,4. 施工工藝過程,1）水泥土從開始加水拌和到完成壓實(shí)的延遲時間要盡可能最短，一般要在6h以內(nèi)； 2）盡量使用低