公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定基層(精講)

1、重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University路面工程路面工程第第10章章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層無機結(jié)合料穩(wěn)定基層 http:/ Jiaotong University第第10章章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層無機結(jié)合料穩(wěn)定基層 10.1 概述概述10.2 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)性質(zhì)無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)性質(zhì)10.3 石灰穩(wěn)定類基層石灰穩(wěn)定類基層10.4 水泥穩(wěn)定類基層水泥穩(wěn)定類基層10.5 工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層10.6 半剛性路面面層半剛性路面面層第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University10.1 概述概

2、述第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層 在各種粉碎或原狀松散的土、碎（礫）石、工業(yè)廢渣中，摻入適當(dāng)數(shù)量的無機結(jié)合料(如水泥、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)定類混合料，以此修筑的路面基層稱為無機結(jié)合料穩(wěn)定基層。 優(yōu)點：穩(wěn)定性好，抗凍性能強，結(jié)構(gòu)本身自成板體。缺點：耐磨性差，干縮，溫縮，養(yǎng)生期長。 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，常稱之為半剛性材料。以此修筑的基層或底基層亦稱為半剛性基層或半剛性底基層。在我國已建成的高速公路和一級公路中，大多數(shù)路面采用了這種基層。 重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaot

3、ong University10.2 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)性質(zhì)無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)性質(zhì)第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層p 強度特征p 應(yīng)力-應(yīng)變特性 p 疲勞特征 p 干縮特性 p 溫度收縮特性 重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University強度特征第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層抗拉強度：小梁彎拉試驗抗彎拉強度直接拉伸試驗直接抗拉強度間接拉伸（劈裂）試驗間接拉伸強度（劈裂強度）抗壓強度：無側(cè)限抗壓試驗7d無側(cè)限抗壓強度 88. 051. 0RS S無機結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的抗彎拉強度，MPa；R無機結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的無側(cè)限抗壓強度，MPa；齡期重慶交通大學(xué)Chongq

4、ing Jiaotong University應(yīng)力-應(yīng)變特性第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料的回彈模量值主要同土類土類、結(jié)合結(jié)合料劑量料劑量及齡期齡期、側(cè)限應(yīng)力側(cè)限應(yīng)力有關(guān)，在較大范圍內(nèi)變動。三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線非線性；在應(yīng)力水平較低時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似線性回彈模量。 室內(nèi)承載板試驗室內(nèi)承載板試驗 )1(42lpDEr重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University疲勞特征第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層疲勞試驗方法疲勞試驗方法：彎拉疲勞試驗、劈裂疲勞試驗。疲勞破壞：是在小于材料極限強度的應(yīng)力反復(fù)作用下所產(chǎn)生的累積破壞。耐疲勞性能：是指

5、某種材料對不同水平應(yīng)力的反復(fù)作用的反應(yīng)，它以不同應(yīng)力水平達到破壞時的荷載反復(fù)作用次數(shù)（疲勞壽命）來表示。fsfN/曲線對數(shù)坐標直線擬合疲勞試驗結(jié)果：疲勞試驗結(jié)果：重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University干縮特征第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層影響因素影響因素：結(jié)合料的類型和劑量、被穩(wěn)定（或處治）土的類別（細粒土，中粒土或粗粒土）、粒料的含量、小于0.5mm的細土含量、塑性指數(shù)、小于0.002mm的粘粒含量和礦物成分、制作（室內(nèi)試件）含水量和齡期等。穩(wěn)定粒料類穩(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)定細粒土穩(wěn)定細粒土：石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土。同

6、一類半剛性材料同一類半剛性材料：穩(wěn)定細粒土穩(wěn)定粒料土穩(wěn)定粒料。干縮：干縮：無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料經(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引起材料體積收縮。指標指標：干縮應(yīng)變、干縮系數(shù)、干縮量、失水量、失水率。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University溫縮特征第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層影響因素影響因素：含水量、集料或土的含量、土的礦物成分、環(huán)境溫度、齡期溫縮特性溫縮特性：石灰土砂礫（16.710-6）懸浮式石灰粉煤灰粒料（15.310-6

7、）密實式石灰粉煤灰粒料（12.410-6）和水泥砂礫（5%7%水泥劑量為1010-61510-6）。溫縮：溫縮：組成半剛性材料的三個相，即不同礦物顆粒組成的固相、液相（水）和氣相在降溫過程中相互作用的結(jié)果，使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮。修建初期修建初期：溫縮+干縮養(yǎng)生保護重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University10.3 石灰穩(wěn)定類基層石灰穩(wěn)定類基層第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層p 石灰穩(wěn)定土強度形成原理p 影響石灰土強度的因素p 石灰穩(wěn)定土基層縮裂防治p 石灰穩(wěn)定土混合料設(shè)計p 石灰穩(wěn)定土層的施工概念：概念：在粉碎的土和原狀松散的土(包括各種粗、中、細粒土)

8、中摻入適量消解后的石灰和水，按照一定技術(shù)要求，經(jīng)拌和后，在最佳含水量時攤鋪、壓實及養(yǎng)生，其抗壓強度符合規(guī)定要求的路面基層稱為石灰穩(wěn)定類基層。分類：分類：石灰土、石灰砂礫土、石灰碎石土。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土強度形成原理第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層離子交換作用結(jié)晶作用 火山灰作用 碳酸化作用 Ca2+Na+、H+、K+ 重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University影響石灰土強度的因素第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層（1）土質(zhì)）土質(zhì) 塑性指數(shù)為1520的粘性土較好;粒料和砂性土不宜;有機質(zhì)含量大不宜。 （2）灰質(zhì)）灰質(zhì)

9、 消石灰粉或生石灰粉，級以上的技術(shù)標準，妥善保管 。 （3）石灰劑量）石灰劑量 存在最佳石灰劑量，對于粘性土及粉性土為8%14%；對砂性土則為9%16%。 （4）含水量）含水量 通過標準擊實試驗確定最佳含水量。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University影響石灰土強度的因素第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層（5）拌和及壓實）拌和及壓實 土的粉碎程度和拌和的均勻性；壓實度（每增加2%，抗壓強度平均增加14.1%）。 （6）養(yǎng)生條件與齡期）養(yǎng)生條件與齡期 溫度高可使反應(yīng)過程加快，一定的濕度為結(jié)晶和火山灰反應(yīng)提供了必要的水。強度隨齡期而緩慢增長，（28d30%強度），強度增長期可

10、達810年以上。tRRit重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土基層縮裂防治第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層1)控制壓實含水量控制壓實含水量2)嚴格控制壓實標準嚴格控制壓實標準3)溫縮的最不利季節(jié)溫縮的最不利季節(jié)4)重視初期養(yǎng)護重視初期養(yǎng)護5) 及早鋪筑面層及早鋪筑面層6) 摻加集料摻加集料(砂礫、碎石等砂礫、碎石等) 7) 為了防止基層裂縫的反射：為了防止基層裂縫的反射：設(shè)置瀝青碎石或瀝青貫入式聯(lián)結(jié)層；鋪筑級配碎石過渡層；土工織物夾層；應(yīng)力吸收層（SAMI）；鋸縫；預(yù)裂。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土混合

11、料設(shè)計第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層石灰土的強度標準石灰土的強度標準混合料設(shè)計指標混合料設(shè)計指標 石灰土的強度標準根據(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ld后無側(cè)限抗壓強度標準見表。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土混合料設(shè)計步驟第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層1)制備同一種土樣、不同石灰劑量的石灰土混合料。制備同一種土樣、不同石灰劑量的石灰土混合料。 做基層用：砂礫土和碎石土：5%、6%、7%、8%、9%。塑性指數(shù)小于12的粘性土：10%、12%、13%、14%、16%。塑性指數(shù)大于12的粘性土：5%、7%、9%、11

12、%、13%。 做底基層用：塑性指數(shù)小于12的粘性土：8%、10%、11%、12%、14%。塑性指數(shù)大于12的粘性土：5%、7%、8%、9%、11%。2)確定混合料的最佳含水量和最大干密度確定混合料的最佳含水量和最大干密度(用標準重型擊實試驗用標準重型擊實試驗)。 至少做三個不同石灰劑量混合料的擊實試驗，即最小劑量、中間劑量和最大劑量，其余兩個混合料的最佳含水量和最大干密度用內(nèi)插法確定。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土混合料設(shè)計步驟第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層3)按最佳含水量與工地預(yù)期達到的壓實密度制備試件，進行強度試按最佳含水量與工地預(yù)期達到的壓

13、實密度制備試件，進行強度試驗，根據(jù)強度標準，選定合適的石灰劑量。驗，根據(jù)強度標準，選定合適的石灰劑量。 試件在規(guī)定溫度(冰凍地區(qū)202，非冰凍地區(qū)252)下保濕養(yǎng)生6d，浸水1d，進行無側(cè)限抗壓強度試驗，室內(nèi)試驗的平均抗壓強度應(yīng)符合 工地實際采用的石灰劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗確定工地實際采用的石灰劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗確定的劑量稍多一些，集中廠拌法施工時，可只增的劑量稍多一些，集中廠拌法施工時，可只增加加0.5%；路拌法施工時，宜增加；路拌法施工時，宜增加1%。vadCZRR1重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University石灰穩(wěn)定土層施工第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層路拌法施工路拌法施

14、工準備下承層施工放樣攤鋪拌和與灑水整型和碾壓養(yǎng)生 廠拌法施工廠拌法施工拌和攤鋪碾壓養(yǎng)生重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University10.4 水泥穩(wěn)定類基層水泥穩(wěn)定類基層第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層p 強度形成原理p 影響強度的因素p 混合料組成設(shè)計p 水泥穩(wěn)定土層的施工概念：概念：在粉碎的土或原狀松散的土(包括各種粗、中、細粒土)中，摻入適量的水泥和水，按照技術(shù)要求，經(jīng)拌和攤鋪，在最佳含水量下壓實及養(yǎng)生成型，其抗壓強度符合規(guī)定要求，以此修建的路面基層稱為水泥穩(wěn)定類基層。分類：分類：水泥土、水泥砂礫、水泥穩(wěn)定碎石。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong Uni

15、versity水泥穩(wěn)定土強度形成原理第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層水泥的水化作用離子交換作用 化學(xué)激發(fā)作用 碳酸化作用 Ca2+Na+、H+、K+ 硅酸三鈣：2C3S+6H20C3S2H3+3CH硅酸二鈣：2C2S+4H20C3S2H3+CH 鋁酸三鈣：C3A+6H2OC3AH6 鐵鋁酸四鈣：C4AF+7H20C4AFH7 4CaO5SiO25H2O、4CaOAl2O319H2O、3CaOAl2O316H2O、CaOA12O310H2O重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University影響水泥穩(wěn)定土強度的因素第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層（1）土質(zhì)）土質(zhì) 碎(礫)石和砂礫砂性土

16、粉性土和粘性土。 （2）水泥品種及劑量）水泥品種及劑量 硅酸鹽類水泥較好，鋁酸鹽水泥較差，優(yōu)先選用終凝時間較長(6h以上)的低強度水泥。水泥穩(wěn)定土的強度隨水泥劑量的增加而增長，但過多的水泥用量，不經(jīng)濟，易開裂，水泥劑量為4%8%較為合理。 （3）施工及養(yǎng)生）施工及養(yǎng)生 達到最佳密實度的含水量，滿足完全水化和水解作用的需要。 混合料須拌和均勻并充分壓實。水泥土從開始加水拌和到完成壓實的延遲時間要盡可能的短，一般要在6h以內(nèi)。 濕法養(yǎng)生；養(yǎng)生溫度愈高，強度增長得愈快。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University水泥穩(wěn)定土混合料設(shè)計第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層水泥土的強度標

17、準水泥土的強度標準混合料設(shè)計指標混合料設(shè)計指標 水泥土的強度標準根據(jù)相應(yīng)的公路等級和在路面結(jié)構(gòu)中的層位而定，7d無側(cè)限抗壓強度標準：。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University水泥穩(wěn)定土混合料設(shè)計步驟第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層1)制備同一種土樣、不同水泥劑量的水泥穩(wěn)定土混合料。制備同一種土樣、不同水泥劑量的水泥穩(wěn)定土混合料。 做基層用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指數(shù)小于12的土：5%、7%、8%、9%、11%其他細粒土：8%、10%、12%、14%、16% 做底基層用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指數(shù)小于12的土：4%、5

18、%、6%、7%、9%其他細粒土：6%、8%、9%、10%、12%2)確定混合料的最佳含水量和最大干密度確定混合料的最佳含水量和最大干密度(用標準重型擊實試驗用標準重型擊實試驗)。 至少做三個不同水泥劑量混合料的擊實試驗，即最小劑量、中間劑量和最大劑量，其余兩個混合料的最佳含水量和最大干密度用內(nèi)插法確定。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University水泥穩(wěn)定土混合料設(shè)計步驟第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層3)按最佳含水量與工地預(yù)期達到的壓實密度制備試件，進行強按最佳含水量與工地預(yù)期達到的壓實密度制備試件，進行強度試驗，根據(jù)強度標準，選定合適的水泥劑量。度試驗，根據(jù)強度標準，選

19、定合適的水泥劑量。進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗，室內(nèi)試驗的平均抗壓強度應(yīng)符合 工地實際采用的水泥劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗確定工地實際采用的水泥劑量應(yīng)比室內(nèi)試驗確定的劑量稍多一些，集中廠拌法施工時，可只增的劑量稍多一些，集中廠拌法施工時，可只增加加0.5%；路拌法施工時，宜增加；路拌法施工時，宜增加1%。vadCZRR1重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University水泥穩(wěn)定土層施工第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層施工工序：施工工序：準備下承層拌和與攤鋪整型和碾壓接縫處理養(yǎng)生及交通管制宜用廠拌法拌制混合料，并用攤鋪機攤鋪。施工期的最低氣溫應(yīng)在5以上，冰凍地區(qū)應(yīng)在第一次重冰凍(-3-5)到

20、來之前半個月到一個月完成。 重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University10.5 工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層概念：概念：一定數(shù)量的石灰和粉煤灰，或石灰和煤渣與其他集料（土）相配合，加入適量的水(通常為最佳含水量)，經(jīng)拌和、壓實及養(yǎng)生后得到的路面結(jié)構(gòu)層，當(dāng)其抗壓強度符合規(guī)定要求時，稱為石灰工業(yè)廢渣基層。分類：分類：粉煤灰、煤渣、礦渣、鋼渣、煤矸石等。重慶交通大學(xué)Chongqing Jiaotong University材料要求第10章 無機結(jié)合料穩(wěn)定基層（1）石灰）石灰 符合級以上的技術(shù)指標，盡量縮短存放時間。有效鈣含量在20%以上的等外石灰、貝殼石灰、珊瑚石灰、電石渣等，應(yīng)通過試驗，當(dāng)混合料的強度符合要求時，方可應(yīng)用。（2）廢渣）廢渣 粉煤灰中SiO2、Al203和Fe2O3的總含量應(yīng)大于70%，燒失量不超過20%，比表面積宜大于2500cm2/g。 煤渣的主要成分是SiO2、Al203 ，松干密度，最大粒徑不應(yīng)大于30mm