高校高等职业教育《建筑材料与检测》教学课件(专题)无机结合料稳定土类

稳定土：
无机结合料稳定类基（垫）层
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•无机结合料稳定土
概念：在粉碎的土和原状松散的土(包括各 种粗、中、细粒土)中掺入适量消石灰（或水泥） 和水，按照一定技术要求，经拌和后，在最佳 含水量时摊铺、压实及养生，其抗压强度符合 规定要求的路面结构层。
分类：石灰土、石灰碎石土、水泥土、水 泥稳定碎石、二灰碎石（逐渐淘汰）等。
强度形成原理 影响强度的因素 混合料组成设计 水泥稳定土层的施工
水泥稳定土强度形成原理
水泥的水化作用 →
离子交换作用 → 化学激发作用 → 碳酸化作用 →
硅酸三钙：2C3S+6H20→C3S2H3+3CH 硅酸二钙：2C2S+4H20→C3S2H3+CH 铝酸三钙：C3A+6H2O→C3AH6 铁铝酸四钙：C4AF+7H20→C4AFH7
限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符
合
R
Rd
1 ZaCv
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【注】：工地实际采用的石灰剂量 应比室内试验确定的剂量稍多一些，集 中厂拌法施工时，可只增加0.5%；路拌 法施工时，宜增加1%。
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【思考】：石灰稳定土基层缩裂防治措施有哪些？
1）控制压实含水量： 石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂缝显著，
至少做三个不同石灰剂量 混合料的击实试验，即最小剂 量、中间剂量和最大剂量，其 余两个混合料的最佳含水量和 最大干密度用内插法确定。
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4）按最佳含水量与工地预期达到的压实密度
制备试件，进行强度试验，根据强度标准，选定
合适的石灰剂量。
试件在规定温度(冰冻地区20±2℃，非冰冻
地区25±2℃)下保湿养生6d，浸水1d，进行无侧
一定的湿度为结晶和火山灰反应提供了必要的水。
强度随龄期而缓慢增长，强度增长期可达8～10
年以上。
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（3）稳定土的变形性能
干缩性能。 温度收缩性能 常用石灰剂量不低于6%，不高于18%，10％～
14%较为经济实用。
（4）稳定土的水稳定性和冰冻稳定性
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3.石灰稳定土混合料设计
3）含水量：通过标准击实试验确定最佳含水量。
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【总结】：
4）石灰剂量：存在最佳石灰剂量，对于粘性土 及粉性土为8%～14%；对砂性土则为9%～16%。
5）拌和及压实：土的粉碎程度和拌和的均匀性； 压实度（每增加2%，抗压强度平均增14.1%）。
6）养生条件与龄期：温度高可使反应过程加快，
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石灰对粘性土塑性的影响
土的塑性指数下降速率
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图 3 石灰土的压实
图4 石灰土强度随剂量而变化
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（三）灰质和剂量 石灰质量应符合Ⅲ级以上的标准，消解后，
也应尽量缩短存放时间，以免碳化而降低石灰的 活性。
石灰剂量：指消石灰占干土重量的百分比。
组成：土（塑性指数15-20）、稳定剂、水
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一、石灰稳定土
石灰稳定土强度形成原理 影响石灰土强度的因素 石灰稳定土基层缩裂防治 石灰稳定土混合料设计 石灰稳定土层的施工
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1.石灰稳定土强度形成原理
石灰加入土中，即与含一定水分的土发生了 一系列物理化学反应和物理力学作用。初期主要 表现在土的结团、塑性降低、最佳含水量增大， 最大密实度的降低等方面。后期变化则主要表现 在结晶体结构的形成，从而提高了土的板体性， 强度和稳定性。
（3）施工及养生
达到最佳密实度的含水量，满足完全水化和水解作用的需要。 混合料须拌和均匀并充分压实。水泥土从开始加水拌和到完成压 实的延迟时间要尽可能的短，一般要在6h以内。 湿法养生；养生温度愈高，强度增长得愈快。
水泥稳定土混合料设计
水泥土的强度标准－混合料设计指标
水泥土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构 中的层位而定，7d无侧限抗压强度标准：。
（四）龄期
石灰土的强度随龄期而增长。一般石灰土初 期强度较低，前期（1-2个月）增长速率较后期快， 强度发展可持续10年。
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（五）养护条件 （温度、湿度）
养生条件主要指温度与湿度。养生条件不同 的石灰土，强度也有一定的差异。温度愈高，强 度增长越快，负温条件下，石灰土的强度几乎停 止增长。
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7） 为了防止基层裂缝的反射措施有哪些？
①设置沥青碎石或沥青贯入式联结层； ②铺筑级配碎石过渡层； ③土工织物夹层； ④应力吸收层（SAMI）； ⑤锯缝； ⑥预裂。
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5.石灰稳定土层施工 路拌法施工：
①准备下承层；②施工放样；③摊 铺；④拌和与洒水；⑤整型和碾压； ⑥养生
石灰土的强度标准－混合料设计指标 石灰土的强度标准根据相应的公路等级和在
路面结构中的层位而定。在规定温度保湿养生6d、 浸水ld后无侧限抗压强度标准见表。
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1）原材料试验
2）拟定配合比，制备同一种土样、不同石灰剂量
的石灰土混合料。
做基层用：砂砾土和碎石土：5%、6%、7%、
8%、9%。塑性指数小于12的粘性土：10%、12%、
而且温度高在0~-10℃时，因此施工要在当地气温
进入0℃前一个月结束，以防在不利季节产生严重
温缩。 5） 及早铺筑面层
石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使
石灰稳定土基层含水量不发生大的变化，从而减
轻干缩裂缝。
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【思考】：石灰稳定土基层缩裂防治措施有哪些？
6） 掺加集料（砂砾、碎石等） 在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂 量的无机结合料；在石灰稳定土中参加60~70﹪ 的集料也可提高其强度、稳定性和抗裂性。
压实时含水量应略小于最佳含水量。
2）严格控制压实标准 压实度小时产生的干缩比压实度大时严重，
应尽可能达到最大压实度。
3）重视初期养护
干缩发生在成型初期，要重视初期的保湿养
护，保证石灰稳定土表面处于潮湿状况。
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4.石灰稳定土基层缩裂防治
【思考】：石灰稳定土基层缩裂防治措施有哪些？
4）温缩的最不利季节 温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，
石灰剂量超过一定范围，过多的石灰在土的 空隙中以自由灰的形式存在，反而使石灰土 的强度下降。
常用石灰剂量不低于6%，不高于18%，10％～ 14%较为经济实用。
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（三）密实度
石灰土强度随密实度增加而增长。石灰土的 密实度每增减1%，其强度可增减 4%，而且密实 的石灰土抗冻性，水稳定性均能得到显著提高， 收缩开裂现象也明显减少。
土中某些盐分及腐殖质对石灰土有不良的作 用，硫酸盐含量超过0.8%或腐殖质超过10% 的土类，不宜用石灰稳定。
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（二）石灰对土的性质的影响
石灰加入土中后，相互之间即发生强烈作用， 从而使土的性质发生了根本的改变，钙质石灰的 初期强度比镁质石灰高，但后期强度差不多。等 级越高，细度越大、稳定效果越好。
思考：影响石灰土强度的主要因素有哪些？
影响石灰土强度的主要因素： 土质、灰质和剂量、含水量、密实度、龄期、
养生条件、行车碾压作用等几方面是影响石灰土 强度的主要因素。
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（一）土质
石灰的稳定效果与土中粘土颗粒的矿物成分 和含量有关。各种成因的亚砂土、粘土、粉土类 土和粘土类土都可以用石灰稳定，但粘土颗粒所 含活性矿物成分较多，比表面积大，表面能量也 较大，掺入石灰后所发生的物理力学反应及物理 化学反应都比较活跃，石灰土的强度随土的塑性 指数的增加而提高。
水泥稳定土混合料设计步骤
1)制备同一种土样、不同水泥剂量的水泥稳定土混合料。 做基层用：
中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7% 塑性指数小于12的土：5%、7%、8%、9%、11% 其他细粒土：8%、10%、12%、14%、16%
做底基层用： 中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7% 塑性指数小于12的土：4%、5%、6%、7%、9% 其他细粒土：6%、8%、9%、10%、12% 2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实 试验)。
Ca2+→Na+、H+、K+ 4CaO·5SiO2·5H2O、4CaO·Al2O3·19H2O、 3CaO·Al2O3·16H2O、CaO·A12O3·10H2O
影响水泥稳定土强度的因素
（1）土质
碎(砾)石和砂砾＞砂性土＞粉性土和粘性土。
（2）水泥品种及剂量
硅酸盐类水泥较好，铝酸盐水泥较差，优先选用终凝时间较长(6h 以上)的低强度水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增长， 但过多的水泥用量，不经济，易开裂，水泥剂量为4%～8%较为合 理。
石灰土是一种水硬性材料，强度的形成需要 有一定的湿度。在有一定湿度环境下养生，其强 度的形成和增长比在一般空气中养生要好。
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含水量
水分是石灰土的重要组成部分。它加速石灰与 土的物理化学反应，形成强度。在施工过程中可保 证土团得到最大限度的粉碎和均匀拌和，并使其在 最小压实功能的情况下达到最大密实度。不同土质 的石灰土有不同的最佳含水量，一般而言石灰土的最
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灰质和剂量 石灰中活性CaO和MgO的含量直接影响石灰
与土的反应程度，也影响到石灰土的强度。 【注】： 石灰剂量相同时：
CaO和MgO的含量愈高，稳定效果愈好； 细度越大，比表面积也愈大，稳定效果愈好；
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（2）影响石灰土强度的因素
石灰剂量较低时（小于3％～4%），石灰加 入土中后主要起稳定作用，土的塑性、膨胀 率、聚水量减小，土的密度及强度得到提高。
佳含水量为素土的最佳含水量与拌和过程中蒸发所需的水 量（约1.5%）和石灰反应过程中所需水量（约为石灰剂量 的20%）之和。
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【总结】： 1）土质：塑性指数为15～20的粘性土较好;
粒料和砂性土不宜;有机质含量大不宜。 2）灰质：消石灰粉或生石灰粉，Ⅲ级以上的技 术标准，妥善保管 。
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（一）土质 粉质粘土的稳定效果最好 重粘土虽然所含粘土颗粒较多，但由于其
不易粉碎和拌和，稳定效果反而较差，而 且易产生收缩裂缝
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塑性指数偏低的土，难以碾压成型；
塑性指数小于15的土，不宜用石灰稳定； 塑性指数为15～20的土易于粉碎均匀，便于
碾压成型，铺筑效果较好；
厂拌法施工： 拌和－摊铺－碾压－养生
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二、水泥稳定类
概念：在粉碎的土或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒 土)中，掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺， 在最佳含水量下压实及养生成型，其抗压强度符合规定要 求，以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。 分类：水泥土、水泥砂砾、水泥稳定碎石。
思考：石灰加入土中后主要产生了哪些作用？
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离子交换作用→ Ca2+→Na+、H+K+ 结晶作用 → 火山灰作用 →
碳酸化作用 →
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1）离子交换作用
离子交换作用几乎是在石灰与土接触后立即 产生的。石灰消解后含大量游离的Ca2+，与土拌 和后，Ca2+即与土颗粒表面的Na+，H+及K+置换， 从而使土颗粒表面被Ca2+包裹，缩小了土颗粒之 间的间距，增加了粘结力，另外还使土颗粒外的 结合水膜厚度减薄，提高了土体的水稳定性，并 由此改变了土的塑性和压实性能。
13%、14%、16%。塑性指数大于12的粘性土：5%、
7%、9%、11%、13%。
做底基层用：塑性指数小于12的粘性土：8%、
10%、11%、12%、14%。
塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、8%、
9%、11%。
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3）确定混合料的最佳含水 量和最大干密度（用标准重型 击实试验）。
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2）石灰自身的结晶作用
石灰不断吸收水分，由胶体逐渐形成晶体。这种晶体能够 互相结合，并能与土粒相结合形成共晶体，将土胶结为整 体。
3）火山灰作用
石灰与土中的活性SiO２，和A12O3起反应，生 成硅酸钙和铝酸钙等化合物。它们在水分的作用
下逐渐变硬而形成晶体，可以认为是构成石灰土
早期强度的主要原因。
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4）碳酸化作用
碳酸化作用又称硬化作用，它包含两个结晶 过程：
石灰与空气中的C02起作用生成碳酸钙 （CaCo3），CaCo3为坚硬的结晶体，具有较高 的强度和水稳定性，使土得到加固；
需要一个相当长的反应时间，这也是石灰土后期 强度形成的主要原因。
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2.影响石灰土强度的因素