第十二章 無機結(jié)合料穩(wěn)定路面

1、第十二章 無機結(jié)合料穩(wěn)定路面第一節(jié) 概述1、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料及其特點:    無機結(jié)合料穩(wěn)定材料定義:在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的水泥、或石灰、或工業(yè)廢渣等無機結(jié)合料及水，拌和得到混合料經(jīng)壓實和養(yǎng)生后，其抗壓強度符合規(guī)定要求的材料。    由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的剛度處于柔性材料（如瀝青混合料）和剛性材料（如水泥混凝土）之間，所以也稱為半剛性材料，由其鋪筑的結(jié)構(gòu)層稱為半剛性層。     無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的特點:板體性好，具有一定的抗拉強度；穩(wěn)定性好，抗凍性強；強度和剛度隨著齡期而增長；經(jīng)濟性好

2、；干縮溫縮大，耐磨性差，抗疲勞性也稍差。2、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的不同種類     （1）土：細粒土、粗粒土、巨粒土    （2）無機結(jié)合料：水泥、石灰、工業(yè)廢渣等    （3）無機結(jié)合料穩(wěn)定種類：      1)細粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土      2)粗粒土：二灰碎石土、二灰穩(wěn)定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、水泥穩(wěn)定碎石、二灰砂、水泥砂    

3、;  3)無土：二灰、二渣、水泥礦渣等圖12-1 水泥穩(wěn)定碎石的攤鋪 圖12-2 水泥穩(wěn)定碎石的碾壓 圖12-3 水泥穩(wěn)定碎石的養(yǎng)護第二節(jié) 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的特性1、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的應(yīng)力應(yīng)變特性     （1）強度和模量隨齡期增長而變化，不同種類材料的強度變化規(guī)律也不同；     （2）有較好的板體性，具有一定的抗拉性能；     （3）用抗壓強度與抗壓回彈模量、劈裂強度與劈裂回彈模量、抗彎拉強度與抗彎拉彈性模量、干縮與溫縮等來衡量材料的性

4、能；     （4）應(yīng)力應(yīng)變特性與原材料和結(jié)合料的性質(zhì)與用量、混合料的含水量及密實度以及齡期、溫度等有關(guān)。 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的強度隨時間而變化，所以要按不同齡期（7d、28d、90d、180天等）來測定試件的強度，抗壓和劈裂測定圓柱體試件，在材料試驗機上進行。 圖12-4 無側(cè)限抗壓強度試驗示意圖 圖12-5 間接拉伸（劈裂）試驗示意圖圖12-6 彎拉強度試驗示意圖2、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的設(shè)計齡期     設(shè)計齡期：不同無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的強度和模量隨齡期增長的速度不同，因此，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時的參數(shù)設(shè)計齡期，對于水泥穩(wěn)定類

5、材料的劈裂及模量的齡期為3個月，對于石灰或者二灰穩(wěn)定類的齡期為6個月，水泥粉煤灰穩(wěn)定類為4個月。    設(shè)計指標：由于半剛性基層材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度，因此抗拉強度（劈裂強度）是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要指標，抗壓強度是材料組成設(shè)計的主要指標。3、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞特性    所謂疲勞是指在荷載反復(fù)作用下，材料的極限強度會隨著作用次數(shù)的增加而降低的現(xiàn)象；無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞一般采用劈裂疲勞；無機結(jié)合料的疲勞壽命一般取決于重復(fù)應(yīng)力與重復(fù)荷載作用前的一次性極限應(yīng)力的比值，試驗證明，用雙對數(shù)方程或單對數(shù)方程表示較合理,為：

6、0;    雙對數(shù)方程：；     單對數(shù)方程：    有如下結(jié)論：     （1）跟試驗溫度的變化關(guān)系不大，在試驗時類似于水泥砼疲勞試驗，可測繪出疲勞曲線；     （2）在一定的應(yīng)力水平條件下，材料的疲勞壽命取決于材料的強度和剛度，強度愈大剛度愈小，疲勞壽命就愈長；      （3）在時與加荷頻率基本不相干；      （4）時，原則

7、上可至無窮加荷次數(shù)，但材料本身變異性大，實際試驗中因材料的不均勻性，疲勞壽命要小得多。4、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的收縮特性     無機結(jié)合料穩(wěn)定材料拌和壓實后，由于水分揮發(fā)及其內(nèi)部的水化作用引起干燥收縮，以及混合料受降溫影響引起的溫度收縮等，由此引起其體積收縮變化，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力及開裂破壞。    一般衡量材料的體積變化相對較難，因此，實際中往往采取一維單向變化測定來反映材料的收縮性能，通過收縮應(yīng)變及收縮系數(shù)來表征材料的收縮性能大小。（1）干燥收縮1）收縮機理· 毛細管作用 · 吸附作用 · 分子間力

8、作用 · 礦物晶體或凝膠體層間水作用 · 碳化收縮作用2）干縮影響因素：無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性(最大干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù))的大小與結(jié)合料的類型、劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、小于0.6mm細顆粒含量、試件含水量和齡期等有關(guān)。 3）幾種材料的干縮比較     對穩(wěn)定粒料類，三類半剛性材料的干縮特性的大小次序為：石灰穩(wěn)定類>水泥穩(wěn)定類>石灰粉煤灰穩(wěn)定類；     對于穩(wěn)定細粒土，三類半剛性材料的收縮性的大小排列為：石灰土>水泥土和水泥石灰土>石灰粉煤灰土。4）干縮

9、的發(fā)生與預(yù)防     選擇穩(wěn)定劑種類與用量；     控制材料成型時的含水量及成型時機；     保濕養(yǎng)生。（2）溫度收縮1）收縮原理：由固相、液相和氣相組成。半剛性材料的外觀脹縮性是三相的不同溫度收縮性的綜合效應(yīng)表現(xiàn)。一般氣相大部分與大氣貫通，在綜合效應(yīng)中影響較小，可以忽略，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較大。2）無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的溫縮影響因素      無機結(jié)合料穩(wěn)定材料溫度收縮的大小與結(jié)合料類型和

10、劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、齡期等有關(guān)。3）不同材料的溫縮比較     石灰土砂礫（16.7×10-6）>懸浮二灰粒料（15.3×10-6）>密實式二灰粒料（11.4×10-6）和水泥砂礫（57水泥劑量為1015×10-6） 4）溫縮的發(fā)生時節(jié)及控制    時節(jié)：冬季低溫     控制：選擇材料種類與配比5、施工注意事項    穩(wěn)定細粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等級道路瀝青路面的基層，原

11、因在于：     （1）穩(wěn)定細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)定細粒土基層可能會產(chǎn)生相對更加嚴重的收縮裂縫，并反射到瀝青面層上形成反射裂縫；     （2）裂縫產(chǎn)生后，雨水的浸入會加劇瀝青路面的病害；     （3）穩(wěn)定細粒土基層對施工環(huán)境和工序的要求更加嚴格，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/底基層 1、石灰穩(wěn)定基層     在粉碎的土或原狀松散的土（包括各種粗、細粒土）中，摻入適量的

12、石灰和水，按照一定技術(shù)要求，經(jīng)拌和，在最佳含水量下攤鋪、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。    用石灰穩(wěn)定細粒土得到的混合料簡稱石灰土，所做成的基層稱石灰土基層（底基層）。 石灰穩(wěn)定不但具有較高的抗壓強度，而且也具一定的抗彎強度，且強度隨齡期逐漸增加。因此，一般可用于低等級公路的基層或底基層。     石灰穩(wěn)定土因其水穩(wěn)定性較差不應(yīng)做高速公路或一級公路的基層，必要時可以用作底基層。在冰凍地區(qū)的潮濕路段以及其他地區(qū)的過分潮濕路段，也不宜采用石灰土做基層。 2、石灰穩(wěn)定材料的強度形成機理 （1）離子交換作用

13、     土具有膠體性質(zhì)，表面帶負電荷，并吸附鈉離子、鉀離子和氫離子，石灰中的鈣離子會與其發(fā)生離子交換作用，形成鈣土，減小了土顆粒表面水膜厚度，分子引力增加。 （2）碳酸化作用     ，生成的碳酸鈣是堅硬的晶體，具有較高的強度和水穩(wěn)性，它對土的膠結(jié)作用使土得到了加固。 石灰土表面鈣化后，形成硬殼層，進一步阻礙了二氧化碳的進入，碳化過程十分緩慢，是形成石灰土后期強度的主要原因。 （3）結(jié)晶作用     經(jīng)過結(jié)晶作用，消石灰逐漸由膠體轉(zhuǎn)化為晶體，晶體間能夠相互結(jié)合，與土形成共晶體，從而使得土粒膠結(jié)成整體。（

14、4）火山灰作用    土中充分的硅、鈣離子是火山灰作用的前提，同時必須增加土的堿性；火山灰作用生成物具有水硬性性質(zhì)，是構(gòu)成石灰土早期強度的主要原因。? 四種作用中，主要是離子交換作用與火山灰作用，是構(gòu)成石灰土早期強度的主要因素，后期強度則更多源于碳酸化作用和結(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、塑性降低、最佳含水量增加和最大密實度減小等。后期主要表現(xiàn)為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從而提高其板體性、強度和穩(wěn)定性。 3、石灰穩(wěn)定材料的強度影響因素（1)土質(zhì)    各種成因土都可用石灰

15、穩(wěn)定，但塑性指數(shù)低于10以下的低塑性土（這與水泥穩(wěn)定土剛好相反）不適宜穩(wěn)定，更適宜于穩(wěn)定粘性土，尤其是塑性指數(shù)在1220的粘性土。 原因：粘性顆粒的活性強、比表面積大、表面能大，摻入石灰穩(wěn)定材料后，形成的四種作用比較活躍，因此石灰土強度隨土塑性指數(shù)的增加而增大。重粘土雖然粘土顆粒含量高，但是不易粉碎和拌和，穩(wěn)定效果反而不好。（2）灰質(zhì)    石灰應(yīng)采用消石灰粉或生石灰粉，對高速公路或一級公路宜用磨細的生石灰粉。石灰質(zhì)量應(yīng)符合III級以上的技術(shù)指標，并要盡量縮短石灰的存放時間。 （3）石灰劑量     石灰劑量是石灰質(zhì)量占全部土顆粒的干

16、質(zhì)量的百分率，即： 石灰劑量石灰質(zhì)量干土質(zhì)量。石灰劑量對石灰穩(wěn)定土的強度影響非常顯著。在石灰劑量較低時（小于34），起穩(wěn)定作用，土的塑性、膨脹、吸水量減小，使土的密實度、強度、和易性等得到改善；隨著劑量的增加，強度和穩(wěn)定性均提高，但劑量超過一定范圍后，強度反而降低。    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)要求進行混合料組成設(shè)計。 （4）含水量     最佳含水量及略小于最佳含水量時最易壓實達到較高的壓實度。 石灰穩(wěn)定類材料的最佳含水量需要通過標準擊實試驗進行確定，經(jīng)驗公式為：石灰土的

17、最佳含水量素土的最佳含水量拌和過程中的蒸發(fā)量（約在1.5%左右）石灰反應(yīng)所需的水（0.2×石灰劑量）。（5）密實度    石灰穩(wěn)定土的強度隨密實度的增加而增長。實踐證明，石灰穩(wěn)定土的密實度每增減1%，強度約增減4%左右。而密實的石灰穩(wěn)定土，其抗凍性、水穩(wěn)定性好，縮裂現(xiàn)象也少。 （6）齡期    石灰穩(wěn)定土的強度隨齡期增長，一般初期強度較低，前期(12個月)的增長速率較后期快 。其強度與齡期的關(guān)系可表示為：（7）養(yǎng)生條件    溫度高，物理化學(xué)反應(yīng)快，強度增長快；反之強度增長慢，在負溫條件下甚至不

18、增長。因此，要求施工期的最低溫度應(yīng)在5以上，并在第一次重冰凍(-35)到來之前1個月1個半月完成。 在一定潮濕條件下養(yǎng)生強度的形成比在一般空氣中養(yǎng)生要好。4、石灰穩(wěn)定類材料的縮裂防治 （1）嚴格控制壓實含水量? 石灰穩(wěn)定土含水量過多產(chǎn)生的干縮裂縫顯著，壓實時含水量應(yīng)略小于最佳含水量。 （2）嚴格控制壓實標準    壓實度小時產(chǎn)生的干縮比壓實度大時嚴重，應(yīng)盡可能達到 最大壓實度。（3）嚴格養(yǎng)生條件    干縮發(fā)生在成型初期，要重視初期的保濕養(yǎng)護，保證石灰穩(wěn)定土表面處于潮濕狀況。 （4）禁防干曬    石灰穩(wěn)定土施工結(jié)束后可及早鋪筑面層，使石灰穩(wěn)定土基層含水量不發(fā)生大的變化，從而減輕干縮裂縫。