第15章_无机结合料稳定材料及路面(整理)

3）不同材料的温缩比较 石灰土砂砾（16.7×10-6）>悬浮二灰粒料 （15.3×10-6）>密实式二灰粒料（11.4×10-6）和 水泥砂砾（5～7％水泥剂量为10～15×10-6） 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
经过一定龄期的养 生，半刚性材料的 变形以温度收缩为 主。 半刚性基层修建初 期，同时受到干燥 收缩和温度收缩的 综合作用。
二灰砂砾（小梁）应力强度比疲劳寿命曲线
4、无机结合料稳定材料的干缩和温缩 ������ 无机结合料稳定材料拌和压实后，由于 失水干燥，或降温影响而收缩。由此可引起 收缩应力及开裂破坏。 ������ 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。
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，石灰稳定土的密实度每增减1%，强度约 增减4%左右； 密实的石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现 象也少。
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。 ������ （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。
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：
Rt =R 1tβ
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。
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 则慢； 负温条件下甚至不增长； 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。
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； 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； 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、比表面积及表面能大，掺 入石灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃， 石灰土强度随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。
第二节无机结合料稳定材料的特性
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。
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。
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、水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂 无土：二灰、二渣、水泥矿渣等
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。
石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定 的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般 可用于低等级公路的基层或底基层。 石灰稳定土因其水稳定性较差，不应做高速公路或 一级公路的基层，必要时可以用作底基层。在冰冻 地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也 不宜采用石灰土做基层
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。 2）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，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。
第十五章 无机结合料稳定路面
主要内容
������ ������ 性 ������ ������ ������ 层 ������
第一节概述 第二节无机结合料稳定材料的特 第三节石灰稳定类基层/底基层 第四节水泥稳定类基层/底基层 第五节工业废渣稳定类基层/底基
第一节概述
1、无机结合料稳定材料及其特点 ������ 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，得到的抗压强度符合规定的材料。 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。
3、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。 ������ 我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈 裂疲劳。
双对数
单对数
室内小梁弯拉疲劳试验设备照片 （三分点加载）
半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验，但是 一般认为其变异性较大。
3 ）结晶作用 经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体， 晶体间能够相互结合，与土形成共晶体，从而 使得土粒胶结成整体。
4 ）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。
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。
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， 以达到（底）基层抗压强度。用石灰稳定细粒土得 到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基 层（底基层）。
������ 5）干缩试验 ������ 试件：100mm×100mm×400mm梁式试件， 标准养护条件下养护7天； ������ 条件：温度为25℃，湿度50％左右； ������ 检测：第1天为6小时一次，第2～5天为12小时 一次，之后24小时一次，直到含水量基本不变为止；
������ 6）温缩试验 ������ 试件：100mm×100mm×400mm梁式试件， 标准养护条件养护28天； ������ 温度范围：+55℃～-25℃，每10℃为一个温度区 段 ������ 时间设定：降温时间10min（即1℃/min），恒 温120min。
数据采集系统
WGD高低温交变环境箱
7、无机结合料稳定材料的收缩特性 ①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

7、无机结合料稳定材料的收缩特性 2）干缩影响因素： 无机结合料稳定材料的干缩特性的大小与结合 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。 3）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 4）干缩的发生与预防 ① 选择稳定剂种类与用量；
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。 石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。 在石灰剂量较低时（小于3～4％），起稳定作用， 土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强 度、和易性等得到改善； 随着剂量的增加，强度和稳定性均提高； 但剂量超过一定范围后，强度反而降低。 常用最佳剂量范围： 粘性土及粉性土为8～14％； 砂性土则为9～16％； 最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。
同时由于劈裂试验 更能反映材料在路 面结构中的受力状 态，因此实际常采 用劈裂疲劳试验。
劈裂试验示意图
1）通过不同应力比(应变水平)疲劳试验可测绘出疲 劳曲线； 2）在一定的应力（应变水平）水平条件下，材料的 疲劳寿命取决于材料的强度和刚度，强度愈大刚度愈 小，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化关系不大。 3）σf/σs <50%时，原则上可至无穷加荷次数，但材 料本身变异性大，实际试验中因材料的不均匀性，疲 劳寿命要小得多。