六章无机结合料稳定类混合料.ppt

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1、第六章 无机结合料稳定类混合料,无机结合料稳定类混合料是指在各种粉碎或原来松散的土、或矿质碎（砾）石、或工业矿渣中，掺入一定数量的无机结合料（如石灰、水泥等）及水，或同时掺入土壤固化剂，经拌和得到的混合料。经过拌和、摊铺、压实和养护后，可形成具有一定强度和稳定性的板体结构。可以作为道路路面的基层、底基层或垫层。,混合料分类按结合料分石灰稳定类、水泥稳定类、水泥石灰稳定类、石灰工业废渣稳定类以及土壤固化剂类。按土中单颗粒的粒径大小和颗粒组成分稳定细粒土、稳定中粒土、稳定粗粒土。按矿质粒料含量分悬浮式稳定粒料（含碎石或砾石不超过50）、骨架密实式粒料（含量在80以上）。,第一节 稳定类混合料的技术

2、性质,一、石灰稳定土的技术性质包括石灰土和石灰稳定集料。石灰土是石灰稳定细粒土得到的混合料石灰稳定集料：石灰砂砾土、石灰碎石土,1、石灰稳定土的强度石灰稳定土的强度形成机理石灰稳定土强度的形成与发展是通过机械压实、离子交换反应、氢氧化钙结晶和碳酸化反应，以及火山灰反应等一系列复杂、交织的物理活性作用过程完成的。,离子交换反应是指石灰浆中的游离钙离子和氢氧根离子与细粒土粘土中的钠离子、氢离子发生离子交换，从而减薄粘土颗粒吸附水膜厚度，促使土粒凝集和凝聚，并形成稳定团粒结构，是石灰土获得初期强度的主要原因。火山灰反应粘土颗粒表面少量的活性氧化钙和氧化铝，在石灰等碱性激发下，与氢氧化钙产生火山灰反应

3、，形成胶凝作用，使石灰土的强度和刚度不断增长；石灰硬化及火山灰反应是石灰土后期强度增长的主要原因。,综上所述，石灰土的强度形成取决于石灰与细粒土中粘土矿物的相互作用，从而使土的工程性质产生变化。初期表现为土的结团、塑性降低，后期表现为水化物晶体和凝胶结构的形成，从而提高土的强度和稳定性。在石灰稳定集料中，粒状集料与石灰或石灰土构成一种复合材料，强度取决于内摩阻力和嵌锁作用，石灰和细料起填充包裹和粘接作用。,石灰稳定土强度的影响因素石灰的细度 在相同剂量下，石灰细度越大，与土粒的作用越充分，反应进行得越快，稳定效果越好。直接使用生石灰粉可利用其在消解时放出的热量，促进石灰与土之间物理化学反应的进

4、行，有利于与土中的粘性矿物发生离子交换及火山灰反应，加速石灰土的硬化。,石灰剂量的增加，强度稳定性有所变化。由于石灰起稳定作用，使土的塑性、膨胀性和吸水性降低，因而随着石灰剂量的增加，石灰土的强度和稳定性提高，但超过一定剂量后，强度的增长就不明显了。,土与集料石灰稳定土效果与土中的粘土矿物成分及含量有显著关系。一般来说，粘土矿物化学活性强，比表面积大，当掺入石灰等活性材料后，所形成的离子交换、碳酸化作用、结晶作用和火山灰反应都比较活跃，稳定效果好。所以石灰土的强度随土中粘土矿物含量的增多和塑性指数（1520）的增大而提高。塑性指数更大的重粘土虽然矿物较多，但由于不易粉碎拌和，稳定效果反而不佳。

5、塑性指数小于12的土则不宜用石灰稳定，最好用水泥稳定。,石灰稳定土的最佳含水率石灰稳定土的压实密度对其强度的形成和抗变形能力影响较大，而石灰稳定土的压实效果与压实时的含水量有关，存在着最佳含水量，在此含水量时进行压实，可以获得较为经济的压实效果，即达到最大密度。最佳含水量取决于压实功的大小、稳定土的类型以及石灰剂量。石灰剂量增加、含水量增加，最大密实度降低。为了保证施工质量，石灰稳定土应在略大于最佳含水量时进行碾压，以弥补碾压过程中水分的散失。,含水量过大，影响密度和强度，增大石灰土的干缩性，易导致结构层的干缩裂缝，还会在压实时形成“弹簧”现象。养护条件与龄期石灰土的强度是在一系列的物理化学反

6、应过程中形成的，需要一定的温度和湿度；温度较高，反应较快，强度较高；适当的湿度为火山灰反应提供结晶水，但湿度过大会影响石灰中氢氧化钙的结晶硬化，从面影响强度的形成。火山灰反应慢，龄期增加，强度增长。,2、石灰稳定土的体积收缩特征石灰稳定土的体积收缩特征主要表现为：温度变化而造成的温缩和因含水量变化而造成的干缩，当收缩量达到一定程度时，会在结构中出现收缩裂缝。如果面层较薄，在温度变化和车辆荷载的作用下，基层结构中的裂缝会扩展至面层，形成反射裂缝，导致路面结构的破坏。,温度胀缩原因及影响因素分析石灰稳定土的体积收缩是由固体矿物和液相的热胀缩构成的。固体矿物组成包括：原材料矿物（粘土）和新生矿物。原

7、材料矿物温缩系数较低，新生矿物温缩系数较高，所以就石灰稳定土而言，含粒料的石灰稳定集料比石灰土的温缩系数低的多。石灰土龄期越长，收缩率越大。,龄期：随龄期的增长，各类新生矿物增多，温度收缩系数增加，初期增长速度快，后期慢。在石灰土中液相的热胀系数比固相部分大47倍。毛细管张力作用只有当含水量在一定范围时才存在此现象，当材料过于干燥或饱水时，这种作用消失。因此在干燥和饱水状态下，稳定土的温缩系数较小。,干燥收缩及影响因素分析石灰稳定土的干燥收缩主要是由水分蒸发而产生的。液体水分包括：存在于粗大孔隙中的自由水，存在于毛细孔中的毛细水，存在于所有固相表面的吸附水。自由水先蒸发，然后是毛细水蒸发，致使

8、毛细管压力增大，产生收缩；吸附水开始蒸发，颗粒表面水膜变薄，间距变小，分子力增加，宏观体积进一步收缩；石灰土中含有大量的层间水，蒸发后使晶格间距缩小，引起材料的整体收缩。,由以上分析可见，含有较多粘土矿物及分散度大，比表面积大的材料干缩性大。石灰稳定土中粒料增加，将降低比表面积和需水量，对水化胶凝物的收缩产生抑制作用，可大幅度降低收缩率。,3、石灰稳定土的适用性以细粒土为主的石灰土中含有较多的粘土矿物，分散度大、比表面积大、其干缩性远大于石灰稳定集料，容易产生严重的收缩裂缝。在冰冻地区，用于潮湿路段的石灰土，可能产生“聚冰现象”，从而导致结构破坏，强度明显下降。在非冰冻地区，处于过湿状态，石灰

9、土也不易形成较高强度的板体。,石灰土的水稳定性明显小于石灰稳定集料。当其强度没有充分形成时，水分渗入石灰土表面软化，沥青路面会出现龟裂破坏，还会形成唧泥、变形等病害。石灰土禁止作高等级公路的基层；石灰土、砂砾或碎石含量小于50的悬浮式石灰稳定集料，遇水后表面软化和抗水冲刷能力差，也不宜用作高等级路面的基层。,二、石灰粉煤灰稳定土的技术性质,二灰指石灰和粉煤灰；二灰稳定土指石灰粉煤灰稳定类混合料，可分为二灰土、二灰稳定集料、二灰稳定粒料等。1、二灰稳定土的强度特征及其影响因素二灰土的强度形成机理与石灰稳定土基本相同。主要依靠集料的骨架作用和二灰的水硬性胶结和填充作用。粉煤灰提供较多的活性物质，因

10、此二灰类混合料强度和稳定性较高。与石灰稳定土相比，二灰稳定土强度形成更多的倚赖于火山灰反应生成的水化物。粉煤灰是一种缓凝材料，故早期强度较低，有较高的后期强度。,如果要提高二灰稳定土的早期强度，可以掺加少量水泥或某些早强剂就长期强度：密实式二灰粒料与悬浮式二灰粒料大致相当；对于早期强度和水稳定性：密实式二灰粒料则大于悬浮式二灰粒料。养护温度：对二灰稳定土抗压强度有明显影响，高温时火山灰反应快，气温低于4度时，强度停止增长；因此二灰稳定土应在较高的温度施工。,2、二灰稳定土的收缩特征及其影响因素二灰稳定土的干缩和温缩机理与石灰稳定土基本相同。主要取决于：试件含水量、材料组成等。在空气中风干时干缩

11、应变：密实式二灰粒料不含土。其中以二灰土最大。当石灰剂量不变时，二灰土的干缩系数及温缩系数随粉煤灰用量增加而减少，因为粉煤灰颗粒对混合料的收缩起着约束作用。粉煤灰用量不变时，石灰剂量增大干缩性增加。干缩系数及温缩系数排序：石灰土石灰稳定砂砾二灰土二灰砂砾。,3、二灰稳定土的适用性粉煤灰颗粒呈空心球体，密度小而比表面积大，掺加粉煤灰后，稳定土的最佳含水量增大，最大干密度减小，但其强度、刚度及稳定性均有不同程度的提高，尤其是抗冻性有较显著的改善，温缩系数减小，对提高路面抗裂有重要的意义。二灰土的温缩依然存在，具有相当程度的干缩变形，会产生干缩裂缝，因此禁止用于高等级路面的基层。密实型二灰集料则可以

12、用作高等级公路基层。,三、水泥稳定土的技术性质,水泥稳定土是水泥稳定各类矿质混合料的简称。水泥稳定砂性土、粉砂土和粘性土得到的混合料，简称水泥土；用水泥稳定砂得到的混合料，简称水泥砂；用水泥稳定中粒土和粗粒土得到的混合料，视所用原材料，可简称水泥碎石（级配碎石和未筛分碎石）、水泥砂砾等。,1、水泥稳定土的强度特征及其影响因素强度形成机理主要取决于水泥水化硬化、离子交换和火山灰反应过程。水泥水化产物水化硅酸钙等系列水化物，在土粒的孔隙中形成骨架；水化产物氢氧化钙中的钙离子与土中的钠、钾离子进行吸附交换，降低粘性土的亲水性和塑性，使分散土粒形成较大的土团链条结构，形成稳定的结构。,组成材料对强度的

13、影响影响水泥稳定土强度的主要因素：水泥剂量、土质、集料颗粒组成等。强度随水泥剂量的增加而增长，然而剂量过高，虽然强度高，但收缩性增加，且在经济上不甚合理。除有机质土或硫酸盐含量较高的土外，各种土都可以用水泥稳定，但效果不同。其中稳定粉土质粘土的强度最高，而稳定重粘土的强度最低。,为了改善水泥在粘性土中的硬化条件，提高稳定效果，可以在水泥土中掺加少量添加剂，石灰使是最常用的添加剂之一。在用水泥稳定之前，先掺入石灰，使之与土粒进行离子交换和化学反应，为水泥的水化和硬化提供条件，加速水泥硬化过程，称之为粘性土“砂化”。改善级配可以明显增加水泥稳定集料的强度。,环境因素对强度的影响 养生温度和延迟时间

14、养生温度：直接影响水泥的水化进程，因而对水泥稳定土的强度有明显的影响。,延迟时间：是指水泥稳定土施工过程中，从加水拌和开始至碾压结束缩经历的时间。延迟时间越长，强度和密度的损失越大。延迟时间对水泥稳定土强度的影响主要取决于水泥品种和土质。终凝时间短的水泥延迟损失大；延迟2h时，水泥稳定原状砂砾或粗石灰石配制的损失20，而水泥稳定粘土或砾质砂配制的损失60，水泥稳定中砂的强度基本没有损失。,2、收缩特性及其影响因素与石灰稳定土及二灰土相同，水泥稳定土在形成强度过程中。也会出现因温度变化而引起的温度收缩和因水分变化而引起的干燥收缩。温度胀缩原因及影响因素分析不同温度下，水泥稳定土中塑性土含量对其温

15、缩系数影响较大，随温度降低的变化幅度越来越大，低温时水泥土的变化幅度大。,干燥收缩及影响因素分析水泥稳定土的干缩系数受粒料含量及矿物成分的影响。粘粒含量越高干缩现象越明显。制件含水量对干缩应变的影响也较大；细粒土的塑性指数越大，干缩性也越大。水泥稳定土具有较其它稳定土高的强度、刚度和稳定性、可适用于各种交通类别道路的基层和底基层，因其干缩性较大，为防止反射裂缝，不宜做高等级公路水泥混凝土路面的基层。,第二节 稳定类混合料的组成设计,无机结合料稳定土组成设计的主要目的：根据强度指标和使用性能要求，确定稳定土中组成材料的比例；根据击实试验确定稳定土的最大干密度和最佳含水量，作为工地现场进行质量控制

16、的参考数据。基层在路面结构层中所处的位置确定了他的技术性质要求主要有：强度、抗变形能力、水稳定性。,一、稳定类混合料组成材料的技术要求,1、石灰：应符合3级以上消石灰或生石灰的技术要求。对于高速公路和一级公路宜采用磨细生石灰粉。2、粉煤灰：SiO2、Al2O3、Fe2O3的总含量应大于70，烧失量不应超过20，比表面积宜大于2500/g。粉煤灰的含水量不宜超过35，使用时应过筛3、水泥：多种可选，应选用终凝时间长、并可采用强度等级低的水泥。4、集料与土：集料的粒径、细粒土的塑性指数。,二、试验法,石灰土的配合比设计步骤击实试验 选择石灰剂量 确定最佳含水量和最大干密度强度试验 绘制抗压强度与石灰剂量的关系曲线确定灰剂量 根据上述曲线，按设计强度确定石灰剂量,三、计算法,二灰稳定混合料配合比设计 步骤二灰稳定集料的质量和体积组成计算结合料中石灰的合理剂量确定结合料与集料的合理用量比例计算混合料的最大干密度计算混合料的最佳含水量,