12章无机结合料稳定材料及路面

6、施工注意事项
（1）注意无机结合料稳定材料类型选择；
稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜 用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于： ①稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温
缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的
收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝； ②裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害； ③稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会 导致施工污染或者施工质量差等不利情况。
无机结合料稳定材料的特点：
板体性好，具有一定的抗拉强度； 稳定性好，抗冻性强； 强度和刚度随着龄期而增长； 经济性好； 干缩温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。
二灰稳定碎石的摊铺、碾压与养护
水稳碎石的摊铺与碾压
2、无机结合料稳定材料的种类
1）原材料
①土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土 ②无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等 2）无机结合料稳定材料种类： 细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土 粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、
3）不同材料的温缩比较
石灰土砂砾（16.7×10 ） >悬浮二灰粒料（15.3×10 ）> 密实
-6 -6
式二灰粒料（ 11.4×10 ）和水泥砂砾（ 5 ～ 7 ％水泥剂量为
10～15×10 ）
-6
-6
4）温缩的发生时节及控制
时节：冬季低温 控制：选择材料种类与配比
半刚性基层修建初期，半刚性材料同时 受到干燥收缩和温度收缩的综合作用。
一般衡量材料的体积变化相对较难，因此，实际中往 往采取一维单向变化测定来反映材料的收缩性能，通 过收缩应变及收缩系数来表征材料的收缩性能大小。
3）干缩影响因素： 无机结合料稳定材料的干缩特性 ( 最大干缩应变和平均干缩 系数)的大小与结合料的类型、剂量、被稳定材料的类别、粒料 含量、小于0.6mm细颗粒含量、试件含水量和龄期等有关。
定土的密实度每增减1%，强度约增减4%左右。而密实的石灰稳
定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象也少。
6）龄期：
石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较低，前期(1～ 2个月)的增长速率较后期快 。其强度与龄期的关系可表示为：
R1—一个月龄期的抗压强度； Rt—t个月龄期的抗压强度； β—系数，约0.1～0.5。
土塑性指数的增加而增大。重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是
不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。
2）灰质：
石灰应采用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细的 生石灰粉。石灰质量应符合III级以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的
存放时间。
3）石灰剂量
石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率，即：
3）火山灰作用
土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，同时必须增加土 的碱性； 火山灰作用生成物具有水硬性性质，是构成石灰土早期强度的 主要原因。
4）碳酸化作用
生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度和水稳 性，它对土的胶结作用使土得到了加固。
石灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二氧
化碳的进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土后期强度 的主要原因。
4）几种材料的干缩比较 对稳定粒料类，三类半刚性材料的干缩特性的大小次序为： 石灰稳定类>水泥稳定类>石灰粉煤灰稳定类 对于稳定细粒土，三类半刚性材料的收缩性的大小排列为： 石灰土>水泥土和水泥石灰土>石灰粉煤灰土
5）干缩的发生与预防 ① 选择稳定剂种类与用量； ② 控制材料成型时的含水量及成型时机； ③ 保湿养生。
7）养生条件（温度与湿度）：
温度高，物理化学反应快，强度增长快；反之强度增长慢，
在负温条件下甚至不增长。因此，要求施工期的最低温度应在5℃
以上，并在第一次重冰冻(-3～-5℃)到来之前1个月～1个半月完成。
在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。
4、石灰稳定类材料的缩裂防治
1）严格控制压实含水量：石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂
第一节 概述
1、无机结合料稳定材料及其特点
无机结合料稳定材料定义：
在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水泥、或石灰、或 工业废渣等无机结合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后， 其抗压强度符合规定要求的材料。 由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料(如沥青混合料) 和刚性材料(如水泥混凝土)之间，所以也称为半刚性材料，由其 铺筑的结构层称为半刚性层。
方程表示较合理，为： 或
双对数
单对数
3、无机结合料稳定材料的干缩特性
无机结合料稳定材料拌和压实后，由于水分挥发及其
内部的水化作用引起干燥收缩。
湿度在材料使用过程中总有变化，但一般更多考虑的
是材料在成型之初的湿度降低影响。
1）收缩机理(原因)
毛细管作用
吸附作用
分子间力作用 矿物晶体或凝胶体层间水作用 碳化收缩作用 2）衡量方法
3、石灰稳定材料的强度影响因素
1）土质：
各种成因土都可用石灰稳定，但塑性指数低于10以下的低塑
性土（这与水泥稳定土刚好相反）不适宜稳定，更适宜于稳定
粘性土，尤其是塑性指数在12～20的粘性土。
原因：粘性颗粒的活性强、比表面积大、表面能大，掺入石
灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，因此石灰土强度随
弯拉强度试验示意图
无机结合料稳定材料的设计龄期
设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长
的速度不同，在路面结构设计时的参数设计龄期，对于水泥稳定
类材料的劈裂及模量的龄期为90天，对于石灰或者二灰稳定类的
龄期为180天，水泥粉煤灰稳定类为120天，材料组成设计7天的抗
压强度。 因此抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计的主要指标，抗压强 度是材料组成设计的主要指标。
缝显著，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）严格养生条件：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。
4）禁防干晒：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。
设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，
2、无机结合料稳定材料的疲劳特性
所谓疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强度会随着作用
次数的增加而降低的现象；一般有劈裂疲劳和小梁疲劳试验。
无机结合料的疲劳寿命一般取决于重复应力与重复荷载作用前
的一次性极限应力的比值，试验证明，用双对数方程或单对数
四种作用中，主要是离子交换作用与火山灰作用，是构成石灰
土早期强度的主要因素，后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶
作用。
由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性质发生
根本的改变。在初期，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含
水量增加和最大密实度减小等。后期主要表现为结晶结构的形成， 从而提高其板体性、强度和稳定性。
（2）注意施工季节；
（3）注意材料组成设计； （4）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围； （5）注意养生与保湿； （6）注意减少施工车辆的养生期间的作用。
石灰稳定类基层/底基层
1、水泥稳定类材料的定义
无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关。所以要按不同
龄期（7d、28d、90d、180天等）和不同的温度(淮河以北地 区 20℃、淮河以南地区 25 ℃ )来测定试件的强度，抗压和劈 裂测定用圆柱体试件。
9 8 7
抗压强度（MPa）
6 5 4 3 2 1 龄期（d） 0 0 50 100 150 200 水泥 二灰
4、半刚性材料的温度收缩
1）收缩原理：
由固相、液相和气相组成。半刚性材料的外观胀缩性是三 相的不同温度收缩性的综合效应表现。
一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可 以忽略，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小，粉粒以 下的颗粒温度收缩较大。 2）无机结合料稳定材料的温缩影响因素
无机结合料稳定材料温度收缩的大小与结合料类型和剂量、 被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关
经过一定龄期的养生，半刚性材料 的变形以温度收缩为主。
第三节 石灰稳定类基层/底基层
1、石灰稳定（底）基层
在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺入适量的石灰
和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，
其抗压强度符合规定要求的路面（底）基层称为石灰稳定类（底）基层。
4）含水量：
最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高的压实度。
石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行确定， 经验公式为： 石灰土的最佳含水量＝素土的最佳含水量＋拌和过程中的蒸发量
（约在1.5%左右）＋石灰反应所需的水（0.2×石灰剂量）。
5）密实度：
石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰稳
水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂
无土：二灰、二渣、水泥矿渣等
第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性
1、无机结合料稳定材料的应力—应变特性
1）强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的强 度变化规律也不同；
2）有较好的板体性，具有一定的抗拉性能；
3 ）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回弹 模量、抗弯拉强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温缩等 来衡量材料的性能； 4 ） 应力 —应变特性 与原材料和结合料的性质与用量、 混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。
2、石灰稳定材料的强度形成机理
1 ）离子交换作用
土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离子、钾 离子和氢离子，石灰中的钙离子会与其发生离子交换作用， 形成钙土，减小了土颗粒表面水膜厚度，分子引力增加。