無機結合料穩(wěn)定類混合料

1、6.無機結合料穩(wěn)定類混合料,定義： 在各種粉碎或原來松散的土、或礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數(shù)量的無機結合料（如石灰、水泥）及水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)壓實及養(yǎng)生后，具有一定的強度和穩(wěn)定性，在廣義上統(tǒng)稱為無機結合料穩(wěn)定類混合料，或無機結合料穩(wěn)定土。,★ 路面基層材料的類型粒料類：級配型集料、填隙碎石結合料穩(wěn)定類：有機結合料——瀝青 無機結合料——水泥、石灰

2、、工業(yè)廢渣★ 無機結合料石灰穩(wěn)定類水泥穩(wěn)定類水泥石灰穩(wěn)定類石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類,,,,,,面層,基層,★ 混合料礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣等細粒土、中粒土、粗粒土★ 結合料穩(wěn)定類技術特性 優(yōu)點：整體性強、承載能力大、較為經(jīng)濟 強度和剛度介于剛性混凝土和柔性粒料材料之間,缺點：耐久性差、平整度低、易產(chǎn)生干縮裂縫、起塵等,主要內(nèi)容無機結合料穩(wěn)定類混合料的技術特性——強度形成機理及其影響因

3、素、收縮特性等無機結合料穩(wěn)定類混合料的組成設計（實驗法 —擊實試驗、計算法—填充理論）,6.1 石灰穩(wěn)定土,石灰土：用石灰穩(wěn)定細粒土得到的混合料石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂礫土—天然砂礫土、級配砂礫（無土）石灰碎石土—天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石）結構類型? 骨架密實式：粒料≈80%? 懸浮式：粒料≤50%,6.1.1 石灰,6.1.1.1石灰的生產(chǎn)、消化與硬化1. 石灰的煅

4、燒：CaCO3→CO2↑＋CaO（生石灰） ① 欠火石灰 ② 過火石灰→陳伏2. 石灰的消化：CaO＋H2O→Ca(OH)2（ 消石灰粉） ① 水化反應進行速度快 ② 消化時體積急劇膨脹：過火石灰→陳伏3. 石灰的磨細——生石灰粉 ① 提高“過火石灰”的利用率 ② 克服“過火石灰”對體積不安定的危害4. 石灰的硬化：Ca(OH)2 →結晶硬化

5、 碳酸化硬化：CO2＋Ca(OH)2→ CaCO3? 石灰不宜在長期潮濕的環(huán)境中或有水環(huán)境中使用,6.1.1.2 石灰的品質(zhì)要求,1）石灰的化學品質(zhì) ⑴ f-CaO＋ f-MgO含量——判定石灰質(zhì)量 ⑵ CO2含量2）石灰的技術要求 ⑴ 未消化殘渣含量 ⑵ 細度——活性 ⑶ 游離水含量3) 石灰的技術標準（教材P191）

6、 ⑴ 建材行業(yè)標準（JC）：優(yōu)等品，一等品和合格品 ⑵ 道路行業(yè)標準（JTJ034－93）：3個等級,6.無機結合料穩(wěn)定類混合料,定義： 在各種粉碎或原來松散的土、或礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數(shù)量的無機結合料（如石灰、水泥）及水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)壓實及養(yǎng)生后，具有一定的強度和穩(wěn)定性，在廣義上統(tǒng)稱為無機結合料穩(wěn)定類混合料，或無機結合料穩(wěn)定土。,無機結合料穩(wěn)定混合料,半剛性基層材料,,6.1 石灰

7、穩(wěn)定土,石灰土：用石灰穩(wěn)定細粒土得到的混合料石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂礫土—天然砂礫土、級配砂礫（無土）石灰碎石土—天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石）結構類型? 骨架密實式：粒料≈80%? 懸浮式：粒料≤50%,6.1.2 石灰穩(wěn)定土的技術性質(zhì),6.1.2.1 石灰穩(wěn)定土的強度1) 強度形成機理——石灰與細粒土離子交換反應石灰自身硬化火山灰反應機械壓實,離子交換反應——石灰

8、中Ca+ +、OH－～土中Na+、K+交換——減薄吸附水膜、土粒聚凝、易于壓實,1) 強度形成機理——石灰與細粒土,石灰硬化——膠結作用CaCO3 → CO2↑＋CaO（生石灰） CaO＋H2O → Ca(OH)2（消石灰）Ca(OH)2 →結晶硬化 碳酸化硬化：CO2＋Ca(OH)2→ CaCO3,1) 強度形成機理——石灰與細粒土,火山灰反應復習反應條件：堿活性激發(fā)劑——

9、Ca(OH)2 ——石灰 活性物質(zhì)——Al2O3 、SiO2——粘土——Al2O3＋H2O ＋Ca(OH)2 → 水化鋁酸鈣——SiO2＋H2O ＋Ca(OH)2 → 水化硅酸鈣,1) 強度形成機理——石灰與細粒土,,1）反應條件 ⑴ 具有活性物質(zhì)：活性SiO2和活性Al2O3 ⑵ 具有活性激發(fā)劑：激發(fā)活性材料潛在活性的物質(zhì)

10、 Ca(OH)2溶液（堿性激發(fā)劑） CaSO4·2H2O溶液（硫酸鹽激發(fā)劑） 2）反應機理 SiO2＋ Ca(OH)2＋H2O → CaO SiO2·mH2O 不定型水化硅酸

11、鈣（凝膠） Al2O3＋ Ca(OH)2＋H2O→ CaO Al2O3·nH2O 不定型水化鋁酸鈣（凝膠） Al2O3 ＋ CaSO4·2H2O → 水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）,火山灰反應（又稱二次反應）,,機械壓實—顆?？繑n、形成緊密穩(wěn)定結構總結：初期：離子交換 壓

12、實作用中、后期：氫氧化鈣的結晶和碳酸化反應 火山灰反應,1) 強度形成機理,2) 石灰穩(wěn)定土強度的影響因素石灰的質(zhì)量與劑量、土質(zhì)、養(yǎng)生條件與齡期,⑴ 石灰——質(zhì)量（活性：f-CaO含量、細度） 劑量⑵ 土——粘土礦物成分（Al2O3、SiO2） 比表面積—塑性指數(shù)IP ⑶ 集料 圖6-1 ⑷ 含水量——石灰消

13、解、火山灰反應 最佳含水量：壓實圖6-2 ⑸ 養(yǎng)生條件——溫度、濕度⑹ 齡期——時間,,圖6-1 礦質(zhì)混合料類型與強度的關系,單純用石灰穩(wěn)定無粘性或無塑性指數(shù)的集料，效果遠不如用石灰土穩(wěn)定的效果：石灰穩(wěn)定粉質(zhì)粘土的強度＞石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土＞石灰穩(wěn)定均質(zhì)砂,,,在適宜的含水量下壓實，可以取得最佳的壓實效果最大干密度→

14、最佳含水量:?壓實功↑最佳含水量↓最大密實度↑ ?細料含量↑最佳含水量↑最大密實度↓ ?石灰劑量↑最佳含水量↑最大密實度↓,含水量與干密度的關系,3) 強度指標,⑴ 抗壓強度——無側限抗壓強度配合比設計、施工質(zhì)量控制 ⑵ 劈裂抗拉強度結構計算與驗算 ⑶ 抗折強度,6.1.2.2 收縮特征及其影響因素,1）溫縮：因溫度變化而造成的收縮

15、 ——新生凝膠礦物——熱脹冷縮程度大2）干縮：因含水量變化而造成的收縮 ——新生凝膠礦物——產(chǎn)生干縮的主要因素 圖6-3 ?收縮程度：石灰土＞懸浮式粒料＞密實式粒料 ?改善措施：選擇材料、控制含水量、施工壓實、養(yǎng)生條件,6.1.2.3 耐久性,⑴ 收縮裂縫 圖6-4⑵ 水穩(wěn)定性：軟化、沖刷 圖6-5⑶ 抗凍性 石灰土和懸浮式石灰粒料禁止用作高等級路面

16、的基層 只宜作為高等級路面的底基層，或一般交通量道路的基層,,砂礫體積率與干縮系數(shù)的關系,,石灰穩(wěn)定砂礫干縮系數(shù)＜石灰土隨著粒料含量，干縮系數(shù)↓,,,,瀝青路表翻漿,,6.1.3 石灰穩(wěn)定類混合料組成材料的質(zhì)量要求,石灰：3級以上消石灰 生石灰 (磨細生石灰——高速公路和一級公路)土：塑性指數(shù)范圍宜為15～20 硫酸鹽含量不得超過0.8％ 有機質(zhì)含量不得超過30％集料：級

17、配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸石、粒狀礦渣 為無塑性指數(shù)的粒料或不含粘土的集料時：+15％左右粘性土 級配良好（當級配不好時，宜外加某種集料改善其級配） 最大粒徑 壓碎值水,6.1.4 石灰穩(wěn)定類混合料的組成設計,6.1.4.1 設計要求 確定混合料中組成材料比例 石灰土：石灰劑量=石灰質(zhì)量/干土質(zhì)量 石灰集料：石灰：土：碎石（或砂礫） 確定混合料的最大干密度γmax和最佳含水量ω0

18、6.1.4.2 石灰土配合比設計方法（實驗法）1）確定石灰土中的石灰劑量2) 石灰穩(wěn)定集料的配合比設計,,,,,步驟1：確定石灰土的最佳含水量和最大干密度 ⑴ 石灰劑量范圍的確定 ⑵ 石灰土的擊實試驗,注：括號中數(shù)據(jù)為內(nèi)插值試件計算干密度＝γmax×壓實度（現(xiàn)場干密度/最大干密度）,擊實試驗及強度檢驗結果,步驟2：強度檢驗 ⑴ 試件計算干密度＝γmax×

19、;壓實度 （現(xiàn)場干密度/最大干密度） ⑵ 抗壓強度試驗：試件成型→試件養(yǎng)生→抗壓強度表 ⑶ 計算強度特征參數(shù) 強度平均值： 強度變異系數(shù)：步驟3：確定石灰劑量 ⑴計算石灰土的配制強度： ⑵繪制強度與石灰劑量關系試驗曲

20、線,石灰劑量與試件7d抗壓強度的關系曲線,,,2) 石灰穩(wěn)定集料的配合比設計,石灰土：碎石（或礫石）＝1：4按照石灰土強度確定石灰劑量強度測試、記錄,6.2 石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土（石灰粉煤灰穩(wěn)定土）,常用工業(yè)廢渣品種——粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、鋼渣以及其它冶金礦渣、煤矸石等礦物組成特點——活性Al2O3、SiO2或CaO，具有水硬性石灰粉煤灰穩(wěn)定土 二灰——石灰粉煤灰 二灰土——石灰粉煤灰穩(wěn)定細粒土

21、 二灰集料(或粒料)——石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫、碎石、礦渣、煤矸石等結構類型：懸浮式——粒料≤50% 密實式——粒料≥80%,6.2.1 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的技術性質(zhì),6.2.1.1 強度特征⑴ 強度形成機理石灰自硬、粉煤灰材料的火山灰反應石灰粉煤灰的填充作用集料的骨架作用機械壓實,⑵ 強度特點較高的強度和穩(wěn)定性早期強度較低，有著較高的后期強度⑶ 強度的主要影響因素粒

22、料比例粉煤灰摻量越高早期強度越低，但不影響后期強度養(yǎng)生溫度,6.2.1.2 收縮特征,⑴ 粒料含量 懸浮式二灰粒料＞密實式二灰粒料 ?密實式二灰粒料平均干縮系數(shù)為55×10-6，溫縮系數(shù)為4.2×10 -6 ?懸浮式二灰粒料平均干縮系數(shù)為109×10 -6 ，溫縮系數(shù)為6.7×10 -6⑵ 結合料劑量 ?粉煤灰用量：石灰劑量一定，粉煤灰用量↑干縮系數(shù)和溫縮系

23、數(shù)↓ ?石灰劑量：粉煤灰用量一定，石灰劑量↑干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)↑⑶ 排序 石灰土＞石灰砂礫＞石灰粉煤灰＞二灰穩(wěn)定砂礫,6.2.1.3 耐久性,? 穩(wěn)定性、抗凍性有較石灰穩(wěn)定類有顯著的改善? 溫度收縮系數(shù)比石灰穩(wěn)定類有所減小?二灰土收縮性雖小于石灰土和水泥土，但仍具有相當?shù)母煽s變形，不允許應用于高等級道路的上基層,6.2.2 石灰粉煤灰穩(wěn)定土組成材料的質(zhì)量要求,石灰和粉煤灰: 石灰質(zhì)量：3級或3級以上消石灰或

24、生石灰 粉煤灰：SiO2＋Al2O3＋Fe2O3≥70% 燒失量≤20% 比面積≥2500 cm2/g 濕粉煤灰的含水量≤35%土: 塑性指數(shù)12～20的粘性土（亞粘土） 土中土塊的最大尺寸≤15 mm，有機質(zhì)含量≤10％集料: 最大粒徑和壓碎值 級配,6.2.3 石灰粉煤灰穩(wěn)定土的配合比設計,⑴ 目的

25、：確定石灰劑量 確定石灰與粉煤灰的比例 確定結合料與集料的比例⑵ 實驗法存在問題：工作量大→劑量3×5×2＝15×2個試件 試驗結果不準確：最大干密度偏小,6.3 水泥穩(wěn)定土,分類水泥土——水泥穩(wěn)定砂性土、粉性土和粘性土水泥砂——水泥穩(wěn)定砂水泥穩(wěn)定碎石、水泥

26、穩(wěn)定砂礫——水泥穩(wěn)定級配碎石、未篩分碎石、砂礫等,6.3.2 水泥穩(wěn)定類土的組成材料及其技術要求,6.3.2.1 水泥普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復習終凝時間較長6.3.2.2 土與集料適宜材料：級配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸 石和各種粒狀礦渣不宜材料：塑性指數(shù)較大的細粒土 有機質(zhì)含量超過2％或硫酸鹽含量超過0.25％的土集料的顆粒組

27、成：級配集料最大粒徑和壓碎值要求：與二灰穩(wěn)定土相同,,2.3 常用硅酸鹽水泥,☆ 硅酸鹽水泥☆ 普通硅酸鹽水泥☆ 礦渣硅酸鹽水泥 ☆ 火山灰硅酸鹽水泥☆ 粉煤灰硅酸鹽水泥,水泥強度等級和標號,意義：強度是水泥的重要技術性質(zhì)之一 也是劃分水泥強度等級的主要依據(jù) 強度等級 ※強度試驗條件：水泥:標準砂＝1:3、水灰比＝0.5，試件4×4×16㎝，標準養(yǎng)護、測定3d

28、與28d抗壓強度與抗折強度 ※型號：早強型R和普通型（根據(jù)3d強度） ※強度等級： 硅酸鹽水泥—42.5、42.5R、52.5、52.6R、62.5、62.5R 普通水泥—32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.6R 表1硅酸鹽水泥各齡期強度值 影響強度等級因素：熟料礦物 C3S、C2S↑，強度↑

29、 細度大，水化反應快并充分，強度高,,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,1）作用和使用要求 ◇ 用途：供道路面層和機場道面結構專用 ◇ 主要技術要求：抗折強度高 干縮性小 耐磨性好,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,2）礦物組成對技術性能的影響

30、 ① 抗折強度高：C3S↑、C4AF↑、C3A↓、f- CaO↓。 ② 干縮性?。?jié)B、抗凍）：C3A↓，C4AF↑ ③ 耐磨性好： C4AF↑，C3S↑，C3A↓，強度高,2.3.3 道路硅酸鹽水泥,3）化學品質(zhì)要求（高鐵低鋁） ① C3S：51～60%，以提高早期強度，盡早放開交通； ② C2S：不宜過多，其早期強度過低 ③ C3A≤5%，考慮到其水化生成物耐

31、腐蝕性較差 ④ C4AF≥16%，提高水泥的抗折強度 ⑤ 控制堿含量,,6.3 水泥穩(wěn)定土,水泥穩(wěn)定土的特點具有較其它穩(wěn)定土高的強度、剛度和穩(wěn)定性與水泥混凝土的比較材料組成：水泥用量較低、允許混合料中含土施工方法：機械攤鋪、碾壓技術特性 ：強度小、耐久性差、抗裂性低,6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術性質(zhì),6.3.1.1 強度的形成與影響因素⑴ 強度形成水泥硬化火山灰反應離子交換

32、會影響水泥的水化，使強度增長速度緩慢 機械壓實,6.3.1 水泥穩(wěn)定類土的技術性質(zhì),⑵ 強度的主要影響因素① 組成材料水泥劑量：相同材料時→水泥劑量↑強度↑土質(zhì)圖6-8集料級配 改善級配可以明顯增加水泥穩(wěn)定集料的強度② 養(yǎng)生溫度圖6-8③ 延遲時間：從加水拌和開始到碾壓終了的時間 圖6-9延遲時間與水泥砂礫強度和干密度,,圖6-8 土質(zhì)、養(yǎng)生溫度與強度的關系,相同養(yǎng)生溫度：Ip↑強度↓相同齡期時：

33、養(yǎng)生溫度↑強度↑,,延遲時間與水泥砂礫強度和干密度,延遲時間越長，穩(wěn)定土強度和密度的損失越大。在土質(zhì)不變時，用終凝時間短的水泥時，延遲時間對混合料強度損失的影響大。在水泥不變的情況下，延遲時間為2h時，用中等粘土或礫質(zhì)砂等制得的水泥穩(wěn)定土強度可損失60％；用原狀砂礫或粗石灰石等）制得的混合料的強度損失只有20％左右，甚至沒有損失。,,6.3.1.2 收縮特性及影響因素,⑴ 溫度收縮：粘性土含量↑，溫度收縮系數(shù)↑⑵ 干縮系數(shù)

34、 粒料含量↑，干縮系數(shù)↓ 粘土礦物↑，干縮系數(shù)↑ 水泥劑量圖6-10 含水量：含水量增加的影響＞水泥用量增加的影響 粒料土的塑性指數(shù)越大，含水量的影響越大⑶ 三種穩(wěn)定土收縮系數(shù)的排序溫縮系數(shù)：石灰土＞石灰土砂礫＞石灰粉煤灰＞水泥砂礫＞二灰砂礫干縮系數(shù)：石灰土＞石灰土砂礫＞二灰＞二灰砂礫＞水泥砂礫,,水泥劑量與干縮

35、系數(shù)的關系,,6.3.3 水泥穩(wěn)定類混合料組成設計,6.3.3.1 水泥土中水泥劑量的確定方法☆ 實驗法：擊實試驗確定其最大干密度和最佳含水量,,,6.3.3 水泥穩(wěn)定類混合料組成設計,6.3.3.2 水泥穩(wěn)定集料的配合比計算法☆計算原則：集料達到最大振動干密度 水泥漿膠結并填充集料空隙1）最大干密度的計算：2）最佳含水量的計算：?0＝(W/C＋k) a ＋(1－a /