回填压实及基层拌和料相关知识.ppt
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1、土方及无机混合料基础知识,李庆广二一一年六月,一、回填压实,1、土的三相构成 普通的土是由气体、液体和固体这三相物质组成的。空气、水汽和土中其他的一些气体构成了土中的气相。水以及水所溶解的盐类构成了土中的液相。土中的矿物颗粒是土的骨架,它构成了土的固相。为了便于说明土的性质,通常把原来是相互分散的土的气相、液相和固相这三相各自集合起,绘成土的三相简图。,(1)土的容重()在天然状态下,单位体积土所受到的重力称为土的容重。,(2)干容重 无水的二相状态时,单位体积土颗粒所受到的重力称为干土的重力密度,简称干土重,2、土的几个指标,3、土的含水量()在天然状态下土中所含水的重力与干土重力之比,称为
2、土的含水量,它常用百分数表示。,土的含水量反映了土的干湿程度。含水量越大,说明该土就越湿;含水量越小,说明该土就越干。在实际施工中所遇到土的含水量的变化幅度非常大,砂土可在040之间变化,粘土可在20100之间,有时甚至可在高达百分之几百之间变化。,(3)土的含水量()在天然状态下土中所含水的重力与湿土重力之比,称为土的含水量,它常用百分数表示。,1)液限(L)是指粘土由可塑状态到流动状态的分界含水量,亦称流限。2)塑限(P)是指粘土由塑性状态到半固体状态的分界含水量。3)缩限(I)是指粘土由半固体状态到固体状态的分界含水量。4)塑性指数(IP)粘土的塑性指数是土的液限与塑限之间差值的百分数。
3、IP L P 习惯上将数字后的百分号省略,(4)粘性土的几个物理指标 粘性土在不同的含水量下有不同的状态,把粘土从一种状态过渡到另一种状态之间的分界含水量称作为粘土的界限含水量,通常都用百分数来表示。,固态,半固态,可塑态,流动态,5)液性指数IL:判断粘土软硬程度的指标。,IL1,流塑状态,0.75IL1,软塑状态,0.25IL0.75,可塑状态,0IL0.25,硬塑状态,IL0,坚硬状态,3、压实机理 路基施工破坏土体的天然状态,致使结构松散,颗粒重新组合。为使路基具有足够的强度与稳定性,必须予以压实,以提高其密实程度。土是三相体,土粒为骨架,颗粒之间的孔隙为水分和气体所占据。压实的目的在
4、于使土粒重新组合,彼此挤紧,孔隙缩小,土的单位重量提高,形成密实整体,最终导致强度增加,稳定性提高。大量试验和工程实践还证明:土基压实后,路基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等,均有明显改善。,4、影响压实效果的主要因素(1)含水量 击实试验绘制的干密度与含水量的关系曲线,在一定的压实功作用下,干密度随着含水量的增加而增加。当含水量增加到某一值0时,干密度达到了最大值0,则0称为最大干密度,0所对应含水量0称为最佳含水量。土中水分过少时。含水量0,土粒间的润滑作用差,压实所做的功不足以克服土粒间的摩擦力,土中的空气难以排除,因而难以达到最大干密度。当土中含水量0时,由于水分过多,土颗
5、粒被水分包围而拉开距离,含水量越大,水膜越厚,因此,土的干密度反而降低。只有当含水量达到0 时,水分即提高了润滑力而又不把土粒过分隔开,在同样的压实作用下,容易达到最大干密度。由此可见,当土体达到最佳含水量时最容易被压实。“手捏成团、但不沾手、落地开花”,(2)土质影响 通过对不同的土质进行击实试验,结果表明:a.不同的土类有不同的最佳含水量及最大干密度;b.分散性较高(液限较高,粘性较大)的土,其最佳含水量的绝对值较高,而最大干密度的绝对值较低。这是由于粘土的颗粒细,比表面积大,需要较多的水分包裹土粒以形成水膜。对于砂土,因其颗粒较大,呈松散状态,水分易散失。因此,最佳含水量的概念对砂土没有
6、多大实际意义;c.亚砂土和亚粘土的压实性能较好,而粘土的压实性能较差。,(3)压实功能的影响 压实功能(指通过压实对路基所做的功,它与压实工具的重量、碾压的次数或锤落高度、作用的时间等有关)对路基的压实也有很大的影响。当含水量一定时,压实功能越大则干密度越高。根据这一特性,在施工中如果土的含水量低于最佳含水量,而加水又有困难时,可采用增加压实功能的办法来提高其干密度,即采用重型压路机或增加碾压次数等,(4)压实厚度 对压实效果具有明显影响。相同压实条件下(土质、湿度与压实功不变),实测土层不同深度的密实度(或压实度)得知,密实度随深度递减,表层5cm最高。压实工具的有效压实深度有所差异,根据压
7、实工具类型、土质及土基压实的基本要求,路基分层压实的厚度,有具体规定数值。一般情况下,夯实不宜超过20cm,1215t光面压路机,不宜超过25cm,振动压路机或夯击机,宜以50cm为限。实际施工时的压实厚度应通过现场试验确定合适的摊铺厚度。,5、压实的标准,击实标准 轻型击实:轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,其单位体积击实功能为592.2KJ/m3;重型击实:重型击实试验适用于粒径小于20mm的土,其单位体积击实功能为2684.9kJ/m3,6、压实度检测方法,土质路基的压实度试验方法可采用灌砂法、环刀法、灌水法(水袋法)或核子密度湿度仪法。另外,土质路堤压实完成后做弯沉检验。,现场
8、测试压实度,二、无机混合料相关概念,1、无机结合料:在土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰或工业废渣等)和水,经拌和得到的混合料在压实与养生后,其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料,具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点,但其耐磨性差,因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。按照土中单个颗粒(指碎石、砾石、砂和土颗粒)的粒径的大小和组成,将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。例如石灰土、水泥土、水泥碎石、石灰粉煤灰碎石、二灰碎石等。无机结合料稳定材料种类较多,如石灰、水泥、粉煤灰等,其物理、力学性质各有特点。,(一)相关概念,
9、*基层按材料分类(常用),石灰土,水泥稳定风化砂砾,水泥稳定碎石,按材料组成划分,石灰稳定类,水泥稳定类,综合稳定类,石灰碎石土,综合稳定土,二灰碎石,2、细粒土 颗粒的最大粒径小于9.5mm,且其中小于2.36mm 的颗粒含量不少于90%4,3、中粒土 颗粒的最大粒径小于26.5mm,且其中小9mm 的颗粒含量不少于90,4、粗粒土 颗粒的最大粒径小于37.5mm,且其中小于1.5mm 的颗粒含量不少于90%(如砂砾土、碎石土、级配砂砾、级配碎石等)。,5、级配碎石 粗、中、小碎石集料和石屑各占一定比例的混合料,当其颗粒组成符合规定的密实级配要求时,称做级配碎石。,6、水泥稳定碎石,在级配碎
10、石中掺入一定比例的水泥和水、经拌和而成的混合料称为水泥稳定碎石。,7、石灰稳定土,在土中均匀掺加足量的石灰和水,经拌和、压实、养生后得到的混合料。*用石灰稳定细粒土得到的混合料称为石灰土*在灰土中掺加一定比例的碎石得到的混合料称为石灰碎石土,8、综合稳定土 同时用水泥和石灰稳定某种土得到的强度符合要求的混合料,简称为综合稳定土。,9、二灰土及二灰碎石 用一定数量的石灰和粉煤灰和土加入适量水(最佳含水量)经拌和得到的混合料称为二灰土;用石灰、粉煤灰稳定级配碎石或级配砾石而形成的混合料,称为二灰级配碎石,简称二灰碎石,10、水泥剂量 水泥剂量以水泥质量占全部粗细土颗粒(即砾石、砂粒、粉粒和粘粒)干
11、质量的百分率表示,即水泥剂量=水泥质量/干土质量,11、石灰剂量 石灰剂量以熟石灰(消石灰)质量占全部粗细土颗粒干质量的百分率表示,即石灰剂量=石灰质量/干土质量。,12、外掺与内掺 若某种材料(水泥、石灰等)百分含量系占骨料重量时称为外掺,若百分含量为占混合物总重量时为内掺。以上概念均指外掺,市政定额指内掺。,三、石灰稳定土,(一)石灰稳定土强度形成机理 在土中掺入适量的石灰,并在最佳含水量下拌匀压实,使石灰与土发生一系列的物理、化学作用,从而使土的性质发生根本的变化。一般分四个方面,第一是离子交换作用,第二是结晶硬化作用,第三是火山灰作用,第四是碳酸化作用。1、离子交换作用 土的微小颗粒具
12、有一定的胶体性质,它们一般都带有负电荷,表面吸附着一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子Na+、H+、K+)。石灰是一种强电解质,在土加入石灰和水后,石灰在溶液中电离出来的钙离子(Ca2+)就与土中的钠、氢、钾离子产生离子交换作用。原来的钠(钾)土变成钙土,土颗粒表面所吸附的离子由一价变成了二价,减少了土颗粒表面吸附水膜的厚度,使土粒相互之间更为接近,分子引力随着增加,许多单个土粒聚成小团粒,组成一个稳定结构。,2、结晶作用 在石灰土中只有一部分熟石灰Ca(OH)2进行离子交换作用,绝大部分饱和的Ca(OH)2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格。其化学反应式为:Ca(OH)2nH2Ca(OH
13、)2nH23、碳酸化作用 在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用,其化学反应式为:Ca(OH)2CO2CaCO3H2O CaCO3是坚硬的结晶体,它和其他生成的复杂盐类把土粒胶结起来,从而大大提高了土的强度和整体性,4、火山灰作用 熟石灰的游离Ca2+与土中的活性氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就是火山灰作用,其反应式为:xCa(OH)2SiO2nH2OxCaOSiO2(n+1)H2OxCa(OH)2Al2O3nH2OxCaOAl2O3(n+1)H2O 上述所形成的含水硅酸钙和铝酸钙都是胶凝物质,它具有水硬性并能在固体和水两相环境下发生硬化。这些胶凝
14、物质在土微粒团 外围形成一层稳定保护膜,填充颗粒空隙,使颗粒间产生结合料,减少了颗粒间的空隙与透水性,同时提高密实度,这是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因,但这种作用比较缓慢。,(二)石灰稳定土特点 1、优点:具有较好的整体性、力学强度、水稳性和一定的抗冻性,而且还具有材料来源丰富、施工简单、造价低廉、后期强度高等特点。石灰稳定土使用范围很广,不但适宜做各类路面的基层及垫层,而且还可用来处理软土地基及道路翻浆等病害。2、缺点:易受干燥和冰冻影响而产生干缩和冷缩裂缝,低温施工时强度增长缓慢,雨季施工有一定困难,施工中要求具有较高的压实条件等。,(三)石灰土配合比设计,任务:1.选取合适的土;2
15、.强度 确定最佳石灰剂量;3.确定最大干密度、最佳含水量,石灰稳定细粒土的强度(MPa)和压实度标准,(四)施工要求 1、石灰土应在春末和夏季组织施工。施工期的日最低气温应在5以上,并应在第一次重冰冻(-3-5)到来之前一个月到一个半月完成。稳定土层宜经历半月以上温暖和热的气候养生。多雨地区,应避免在雨季进行石灰土结构层的施工。2、当作为道路基层时,应用12t 以上的压路机碾压。用1215t 三轮压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过15cm;用1820t 三轮压路机和振动压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过20cm;严禁用薄层贴补的办法进行找平。,(五)影响石灰土强度的因素及对材料的要求 1、
16、土质。从理论上讲,土的塑性指数愈高,土的颗粒愈细,土与石灰的作用就愈充分,石灰稳定土的效果就愈好。但实际上塑性指数很高的粘土所形成的团块,施工时不易粉碎,就影响到石灰土的强度和稳定性。规范推荐宜采用塑性指数在1015(新规范)之间的粉质黏土、黏土。塑性指数在10以下的亚砂土和砂土在用石灰稳定时,应采用适当的措施或用水泥稳定;塑性指数偏大的粘性土,应加强粉碎,粉碎后土块的最大尺寸应不大于15mm。,2、灰质及石灰剂量。石灰应是消石灰粉或生石灰粉,对高速公路或一级公路宜用磨细生石灰粉。石灰中的有效成分是活性Ca2+、Mg2+离子,并据此分为I、II、III级,石灰质量对石灰土的强度影响很大,当石灰
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