無機結(jié)合料穩(wěn)定材料及路面

1、,無機結(jié)合料穩(wěn)定路面,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概述第二節(jié) 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的特性第三節(jié) 石灰穩(wěn)定類基層/底基層第四節(jié) 水泥穩(wěn)定類基層/底基層第五節(jié) 工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層/底基層第六節(jié) 水泥穩(wěn)定類基層工程應(yīng)用實例（自學(xué)）,無機結(jié)合料穩(wěn)定材料定義 在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的水泥、或石灰、或工業(yè)廢渣等無機結(jié)合料及水，拌和得到混合料經(jīng)壓實和養(yǎng)生后，其抗壓強度符合規(guī)定要求的材料。 由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的剛度處于

2、柔性材料(如瀝青混合料)和剛性材料(如水泥混凝土)之間，所以也稱為半剛性材料，由其鋪筑的結(jié)構(gòu)層稱為半剛性層。 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的特點 板體性好，具有一定的抗拉強度；穩(wěn)定性好，抗凍性強；強度和剛度隨著齡期而增長；經(jīng)濟性好；干縮溫縮大，耐磨性差，抗疲勞性也稍差。,◆1、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料及其特點,第一節(jié) 概述,水穩(wěn)碎石的攤鋪與碾壓,二灰穩(wěn)定碎石的攤鋪、碾壓與養(yǎng)護,1）原材料①土（廣義）：細粒土、粗粒土、巨粒土②無機結(jié)合料

3、：水泥、石灰、工業(yè)廢渣等 2）無機結(jié)合料穩(wěn)定材料種類： 細粒土：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、二灰穩(wěn)定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、 水泥穩(wěn)定碎石、二灰砂、水泥砂 無土：二灰、二渣、水泥礦渣等,◆2、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的種類,1）強度和模量隨齡期增長而變化，不同種類材料的強度變化規(guī)律也不同； 2）有

4、較好的板體性，具有一定的抗拉性能； 3）用抗壓強度與抗壓回彈模量、劈裂強度與劈裂回彈模量、抗彎拉強度與抗彎拉彈性模量、干縮與溫縮等來衡量材料的性能； 4）應(yīng)力—應(yīng)變特性與原材料和結(jié)合料的性質(zhì)與用量、混合料的含水量及密實度以及齡期、溫度等有關(guān)。,第二節(jié) 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的特性,◆1、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的應(yīng)力—應(yīng)變特性,無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的強度與時間和溫度有關(guān)。所以要按不同齡期（7d、28d、90d、180天等）和不同的溫度(淮河以

5、北地區(qū) 20℃、淮河以南地區(qū) 25 ℃ )來測定試件的強度，抗壓和劈裂測定用圓柱體試件。,彎拉強度試驗示意圖,設(shè)計齡期：不同無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的強度和模量隨齡期增長的速度不同，因此，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時的參數(shù)設(shè)計齡期，對于水泥穩(wěn)定類材料的劈裂及模量的齡期為90天，對于石灰或者二灰穩(wěn)定類的齡期為180天，水泥粉煤灰穩(wěn)定類為120天，材料組成設(shè)計7天的抗壓強度。設(shè)計指標(biāo)：由于半剛性基層材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度，因此抗拉強度（劈裂強度）是

6、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要指標(biāo)，抗壓強度是材料組成設(shè)計的主要指標(biāo)。,◆2、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的設(shè)計齡期,所謂疲勞是指在荷載反復(fù)作用下，材料的極限強度會隨著作用次數(shù)的增加而降低的現(xiàn)象；一般有劈裂疲勞和小梁疲勞試驗。我國無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞一般采用劈裂疲勞；無機結(jié)合料的疲勞壽命一般取決于重復(fù)應(yīng)力與重復(fù)荷載作用前的一次性極限應(yīng)力的比值，試驗證明，用雙對數(shù)方程或單對數(shù)方程表示較合理，為：

7、 或,◆3、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞特性,圖中所示為小梁彎拉疲勞試驗，半剛性材料可以進行小梁彎拉疲勞試驗，但是一般認為其變異性較大。,室內(nèi)小梁彎拉疲勞試驗設(shè)備照片（三分點加載）,劈裂試驗示意圖,同時由于劈裂試驗更能反映材料在路面結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，因此實際常采用劈裂疲勞試驗。,1）通過不同應(yīng)力比(應(yīng)變水平)疲勞試驗可測繪出疲勞曲線； 2）在一定的應(yīng)力（應(yīng)變水平）水平條件下，材料的疲勞壽命

8、取決于材料的強度和剛度，強度愈大剛度愈小，疲勞壽命就愈長；跟試驗溫度的變化關(guān)系不大 。 3）?f/?s <50%時，原則上可至無窮加荷次數(shù)，但材料本身變異性大，實際試驗中因材料不均勻性，疲勞壽命要小得多。,二灰砂礫（小梁）應(yīng)力強度比疲勞壽命曲線,,,,,水泥砂礫（小梁）應(yīng)力與強度比疲勞壽命曲線,,,,,無機結(jié)合料穩(wěn)定材料拌和壓實后，由于水分揮發(fā)及其內(nèi)部的水化作用引起干燥收縮，以及混合料受降溫影響引起的溫度收縮等。由此引起

9、其體積收縮變化，表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力及開裂破壞。一般衡量材料的體積變化相對較難，因此，實際中往往采取一維單向變化測定來反映材料的收縮性能，通過收縮應(yīng)變及收縮系數(shù)來表征材料的收縮性能大小。,◆4、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮和溫縮,1）干縮試驗試件：100mm×100mm×400mm梁式試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下 養(yǎng)護7天；條件：溫度為25℃，濕度50％左右；檢測：第1天為6小時一次，第2～5天為12小時一次，之后24小

10、時一次，直到含水量基本不變?yōu)橹梗?2）溫縮試驗試件：100mm×100mm×400mm梁式試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件 養(yǎng)護28天；溫度范圍：+55℃～-25℃，每 10℃為一個溫度區(qū)段時間設(shè)定：降溫時間10min（即1℃/min），恒溫120min；,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),WGD高低溫交變環(huán)境箱,①干燥收縮 濕度在材料使用過程中總有變化，但一般更多考慮的是材料在成型之初的濕度降低影響。 1）收縮機理(原因)

11、 ?毛細管作用 ?吸附作用 ?分子間力作用 ?礦物晶體或凝膠體層間水作用 ?碳化收縮作用,◆5、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的收縮特性,2）干縮影響因素： 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性(最大干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù))的大小與結(jié)合料的類型、劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、小于0.6mm細顆粒含量、試件含水量和齡期等有關(guān)。 3）幾種材料的干縮比較 對穩(wěn)定粒料

12、類，三類半剛性材料的干縮特性的大小次序為：石灰穩(wěn)定類>水泥穩(wěn)定類>石灰粉煤灰穩(wěn)定類 對于穩(wěn)定細粒土，三類半剛性材料的收縮性的大小排列為：石灰土>水泥土和水泥石灰土>石灰粉煤灰土 4）干縮的發(fā)生與預(yù)防 ① 選擇穩(wěn)定劑種類與用量； ② 控制材料成型時的含水量及成型時機； ③ 保濕養(yǎng)生。,②溫度收縮 1）收縮原理： 由固相、液相和氣相組

13、成。半剛性材料的外觀脹縮性是三相的不同溫度收縮性的綜合效應(yīng)表現(xiàn)。 一般氣相大部分與大氣貫通，在綜合效應(yīng)中影響較小，可以忽略，原材料中砂粒以上顆粒的溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫度收縮較大。 2）無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的溫縮影響因素 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料溫度收縮的大小與結(jié)合料類型和劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、齡期等有關(guān),3）不同材料的溫縮比較 石灰土砂礫（16.7

14、15;10-6）>懸浮二灰粒料（15.3×10-6）>密實式二灰粒料（11.4×10-6）和水泥砂礫（5～7％水泥劑量為10～15×10-6） 4）溫縮的發(fā)生時節(jié)及控制 時節(jié)：冬季低溫 控制：選擇材料種類與配比,經(jīng)過一定齡期的養(yǎng)生，半剛性材料的變形以溫度收縮為主。,半剛性基層修建初期，半剛性材料同時受到干燥收縮和溫度收縮的綜合作用。,①穩(wěn)定細粒土的干縮和溫縮性均較穩(wěn)

15、定粗粒土的干縮和溫縮性大很多，因此穩(wěn)定細粒土基層可能會產(chǎn)生相對更加嚴重的收縮裂縫，并反射到瀝青面層上形成反射裂縫； ②裂縫產(chǎn)生后，雨水的浸入會加劇瀝青路面的病害； ③穩(wěn)定細粒土基層對施工環(huán)境和工序的要求更加嚴格，會導(dǎo)致施工污染或者施工質(zhì)量差等不利情況。,（1）注意無機結(jié)合料穩(wěn)定材料類型選擇； 穩(wěn)定細粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等級道路瀝青路面的基層，原因在于：,◆6、施工注意事項,（2

16、）注意施工季節(jié)； （3）注意材料組成設(shè)計； （4）注意施工含水量、壓實度、強度等控制在規(guī)定的范圍； （5）注意養(yǎng)生與保濕； （6）注意減少施工車輛的養(yǎng)生期間的作用。,,在粉碎的土或原狀松散的土（包括各種粗、細粒土）中，摻入適量的石灰和水，按照一定技術(shù)要求，經(jīng)拌和，在最佳含水量下攤鋪、壓實及養(yǎng)生，其抗壓強度符合規(guī)定要求的路面（底）基層稱為石灰穩(wěn)定類（底）基層。用石灰穩(wěn)定細粒土得到的混合料簡稱石灰土，所做成的基層稱石灰土基層（底基層

17、）。石灰穩(wěn)定不但具有較高的抗壓強度，而且也具一定的抗彎強度，且強度隨齡期逐漸增加。因此，一般可用于低等級公路的基層或底基層。石灰穩(wěn)定土因其水穩(wěn)定性較差，不應(yīng)做高速公路或一級公路的基層，必要時可以用作底基層。在冰凍地區(qū)的潮濕路段以及其他地區(qū)的過分潮濕路段，也不宜采用石灰土做基層,◆1、石灰穩(wěn)定（底）基層,第三節(jié) 石灰穩(wěn)定類基層/底基層,1 ）離子交換作用 土具有膠體性質(zhì)，表面帶負電荷，并吸附鈉離子、鉀離子和氫離子，石灰

18、中的鈣離子會與其發(fā)生離子交換作用，形成鈣土，減小了土顆粒表面水膜厚度，分子引力增加。,2）碳酸化作用,生成的碳酸鈣是堅硬的晶體，具有較高的強度和水穩(wěn)性，它對土的膠結(jié)作用使土得到了加固。 石灰土表面鈣化后，形成硬殼層，進一步阻礙了二氧化碳的進入，碳化過程十分緩慢，是形成石灰土后期強度的主要原因。,◆2、石灰穩(wěn)定材料的強度形成機理,4 ）火山灰作用,3 ）結(jié)晶作用,經(jīng)過結(jié)晶作用，消石灰逐漸由膠體轉(zhuǎn)化為晶體，晶體間能夠相互結(jié)合

19、，與土形成共晶體，從而使得土粒膠結(jié)成整體。,土中充分的硅、鈣離子是火山灰作用的前提，同時必須增加土的堿性；火山灰作用生成物具有水硬性性質(zhì)，是構(gòu)成石灰土早期強度的主要原因。,四種作用中，主要是離子交換作用與火山灰作用，是構(gòu)成石灰土早期強度的主要因素，后期強度則更多源于碳酸化作用和結(jié)晶作用。由于石灰與土發(fā)生了一系列的相互作用，從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本的改變。在初期，主要表現(xiàn)為土的結(jié)團、塑性降低、最佳含水量增加和最大密實度減小等。后期主要

20、表現(xiàn)為結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從而提高其板體性、強度和穩(wěn)定性。,1）土質(zhì)： 各種成因土都可用石灰穩(wěn)定，但塑性指數(shù)低于10以下的低塑性土（這與水泥穩(wěn)定土剛好相反）不適宜穩(wěn)定，更適宜于穩(wěn)定粘性土，尤其是塑性指數(shù)在12～20的粘性土。 原因：粘性顆粒的活性強、比表面積大、表面能大，摻入石灰穩(wěn)定材料后，形成的四種作用比較活躍，因此石灰土強度隨土塑性指數(shù)的增加而增大。重粘土雖然粘土顆粒含量高，但是不易粉碎和拌和，穩(wěn)定效果反而不好。

21、,◆3、石灰穩(wěn)定材料的強度影響因素,2）灰質(zhì)： 石灰應(yīng)采用消石灰粉或生石灰粉，對高速公路或一級公路宜用磨細的生石灰粉。石灰質(zhì)量應(yīng)符合III級以上的技術(shù)指標(biāo)，并要盡量縮短石灰的存放時間。,石灰劑量是石灰質(zhì)量占全部土顆粒的干質(zhì)量的百分率，即： 石灰劑量＝石灰質(zhì)量／干土質(zhì)量。 石灰劑量對石灰穩(wěn)定土的強度影響非常顯著。在石灰劑量較低時（小于3～4％），起穩(wěn)定作用，土的塑性、膨脹、吸水量減小，

22、使土的密實度、強度、和易性等得到改善；隨著劑量的增加，強度和穩(wěn)定性均提高，但劑量超過一定范圍后，強度反而降低。 常用最佳劑量范圍：對于粘性土及粉性土為8～14％；對砂性土則為9～16％。最終根據(jù)結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求進行混合料組成設(shè)計。,3）石灰劑量,0.1mol/L乙二胺四乙酸二鈉EDTA滴定法,4）含水量： 最佳含水量及略小于最佳含水量時最易壓實達到較高的壓實度。 石灰穩(wěn)定類材料的最佳含水量需要通過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗進

23、行確定，經(jīng)驗公式為：石灰土的最佳含水量＝素土的最佳含水量＋拌和過程中的蒸發(fā)量（約在1.5%左右）＋石灰反應(yīng)所需的水（0.2×石灰劑量）。5）密實度： 石灰穩(wěn)定土的強度隨密實度的增加而增長。實踐證明，石灰穩(wěn)定土的密實度每增減1%，強度約增減4%左右。而密實的石灰穩(wěn)定土，其抗凍性、水穩(wěn)定性好，縮裂現(xiàn)象也少。,6）齡期： 石灰穩(wěn)定土的強度隨齡期增長，一般初期強度較低，前期(1～2個月)的增長速率較后期快

24、。其強度與齡期的關(guān)系可表示為： R1—一個月齡期的抗壓強度； Rt—t個月齡期的抗壓強度； β—系數(shù)，約0.1～0.5。7）養(yǎng)生條件（溫度與濕度）： 溫度高，物理化學(xué)反應(yīng)快，強度增長快；反之強度增長慢，在負溫條件下甚至不增長。因此，要求施工期的最低溫度應(yīng)在5℃以上，

25、并在第一次重冰凍(-3～－5℃)到來之前1個月～1個半月完成。 在一定潮濕條件下養(yǎng)生強度的形成比在一般空氣中養(yǎng)生要好。,1）嚴格控制壓實含水量：石灰穩(wěn)定土含水量過多產(chǎn)生的干縮裂縫顯著，壓實時含水量應(yīng)略小于最佳含水量。2）嚴格控制壓實標(biāo)準(zhǔn)：壓實度小時產(chǎn)生的干縮比壓實度大時嚴重，應(yīng)盡可能達到最大壓實度。3）嚴格養(yǎng)生條件：干縮發(fā)生在成型初期，要重視初期的保濕養(yǎng)護，保證石灰穩(wěn)定土表面處于潮濕狀況。4）禁防干曬：石灰穩(wěn)定土

26、施工結(jié)束后可及早鋪筑面層，使石灰穩(wěn)定土基層含水量不發(fā)生大的變化，從而減輕干縮裂縫。,◆4、石灰穩(wěn)定類材料的縮裂防治,5）施工季節(jié)：溫縮的最不利季節(jié)是材料處于最佳含水量附近，而且溫度在0～-10℃時，因此施工要在當(dāng)?shù)貧鉁剡M入0℃前一個月結(jié)束，以防在不利季節(jié)產(chǎn)生嚴重溫縮。6）控制劑量：在滿足強度要求情況下，盡可能選擇較低劑量的無機結(jié)合料；在石灰穩(wěn)定土中摻加60～70%的集料也可提高其強度、穩(wěn)定性和抗裂性。7）反射裂縫的防治：（1）設(shè)置聯(lián)

27、結(jié)層；（2）鋪筑碎石隔離過渡層；（3）提高瀝青下面層抗裂性能,◆5、石灰穩(wěn)定類材料的混合料設(shè)計,1）混合料的設(shè)計步驟,根據(jù)強度標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗選取合適的土，確定最佳的石灰劑量和混合料的最佳含水量。,在規(guī)定溫度(北方冰凍地區(qū)為20±2℃，南方非冰凍地區(qū)為25土2℃)下保濕養(yǎng)生6d （濕度為95%） 浸水1d，進行無側(cè)限抗壓強度試驗。試件的尺寸為：5cm×5cm(高×直徑)的圓柱體。要求試驗測定的強度符合：,工地

28、實際采取的石灰劑量應(yīng)較實驗室內(nèi)試驗確定的劑量多0.5％~1.0％。,2）石灰穩(wěn)定土的強度及壓實要求,3）石灰穩(wěn)定土的施工,石灰土凍壞,在粉碎或原狀松散土中，摻入適量水泥和水，按技術(shù)要求進行拌和、攤鋪，在最佳含水量時進行壓實和養(yǎng)護成型，其抗壓強度符合要求，該類基層稱為水泥穩(wěn)定類基層。 水泥可用來穩(wěn)定絕大多數(shù)的土類（高塑性粘土和有機質(zhì)較多的土除外），改善其物理力學(xué)性質(zhì)。水泥穩(wěn)定類一般可用于路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層，但水泥土禁止作為高速公路

29、或一級公路路面的基層，只能用做底基層。,◆1、水泥穩(wěn)定類材料的定義,第四節(jié) 水泥穩(wěn)定類基層/底基層,水泥穩(wěn)定類基層具有良好的整體性、足夠的力學(xué)強度、抗水性和耐凍性。其初期強度較高，且隨齡期增長而增長，應(yīng)用范圍很廣。水泥穩(wěn)定土包括水泥穩(wěn)定碎石、砂礫、土等多種材料，水泥土是水泥穩(wěn)定細粒土（粘土、粉土、黃土等）的總稱。,◆2、水泥穩(wěn)定類材料的特點和種類,水泥穩(wěn)定過程中，水泥、土和水之間發(fā)生了多種非常復(fù)雜的作用：化學(xué)作用：水泥顆粒的水化、

30、硬化作用；有機物的聚合作用；水泥水化產(chǎn)物與粘土礦物之間的化學(xué)作用等。物理－化學(xué)作用：粘土顆粒與水泥及水泥水化產(chǎn)物之間的吸附作用；微粒的凝聚作用；水及水化產(chǎn)物的擴散、滲透作用；水化產(chǎn)物的溶解、結(jié)晶作用等。物理作用：如土塊機械粉碎作用，混合料的拌和、壓實作用等。,①水泥的水化作用：,◆3、水泥穩(wěn)定類材料的強度形成,②離子交換作用：③化學(xué)激發(fā)作用： 當(dāng)粘土顆粒周圍介質(zhì)的pH值增加到一定程度時，粘土礦物中的部分Si02和A120

31、3的活性將被激發(fā)出來，與溶液中的Ca2＋進行反應(yīng)，生成新的礦物，這些礦物主要是硅酸鈣和鋁酸鈣系列，這些礦物具有膠凝能力。生成的這些膠結(jié)物質(zhì)包裹著粘土顆粒表面，與水泥的水化產(chǎn)物一起，將粘土顆粒凝結(jié)成一個整體。④碳酸化作用：,各類砂礫土、砂土、粉土和粘土均可用水泥穩(wěn)定。用水泥穩(wěn)定級配良好的碎(礫)石和砂礫的效果最好，強度高、水泥用量少；其次是砂性土；再次之是粉性土和粘性土。一般要求土的塑性指數(shù)不大于17。,1）土質(zhì),通常情況下，硅酸鹽水泥

32、的穩(wěn)定效果好，而鋁酸鹽水泥較差 ；水泥分散度增加，其活性程度和硬化能力也有所增大。 水泥土的強度隨水泥劑量的增加而增長，水泥用量過多，經(jīng)濟上不合理，且容易開裂。試驗和研究證明，水泥劑量為3～5％較為合理。,2）水泥的成分和劑量,◆4、影響水泥穩(wěn)定土強度的因素,從開始加水拌和到碾壓完成一般控制在6小時之內(nèi)，最好在3小時之內(nèi)。水泥穩(wěn)定土需濕法養(yǎng)生，保證水泥充分水化形成強度；養(yǎng)生溫度愈高，強度增長的愈快。,4）施工工藝及養(yǎng)生,

33、3）含水量,水泥正常水化所需水量約為水泥重的20% 。對砂性土，完全水化達最高強度的含水量較最佳密度含水量??；而粘性土則相反。,5、水泥穩(wěn)定類材料的混合料設(shè)計,根據(jù)強度標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗選取合適的土，確定最佳的水泥劑量和混合料的最佳含水量。,無側(cè)限抗壓強度試驗： 在規(guī)定溫度(北方冰凍地區(qū)為20±2℃，南方非冰凍地區(qū)為25土2℃)下保濕養(yǎng)生6d （濕度為95％），浸水1d，進行無側(cè)限抗壓強度試驗。試件尺寸為：Φ150mm&#

34、215;150mm的圓柱體。,,,水泥穩(wěn)定碎石拌合樓,6、水泥穩(wěn)定土的施工,水泥穩(wěn)定碎石攤鋪,控制攤鋪厚度,水泥穩(wěn)定碎石基層壓實,水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)生,撒布透層油,道路工程中應(yīng)用的工業(yè)廢渣主要是指工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的具有一定水硬性特點的無機工業(yè)廢料，如：粉煤灰（fly ash ）、煤渣、鋼渣、高爐渣、銅礦渣及各種下腳料。工業(yè)廢渣一般可在有水的條件下與石灰等堿性材料共同作用，產(chǎn)生火山灰反應(yīng)，穩(wěn)定各種粒徑不同的土。工程應(yīng)用中一般采用石

35、灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣或與工業(yè)廢渣共同穩(wěn)定土，其中最常用的工業(yè)廢渣為粉煤灰，形成石灰粉煤灰穩(wěn)定路面基層，簡稱為二灰穩(wěn)定類基層。,◆1、工業(yè)廢渣材料,第五節(jié) 工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層/底基層,石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣基層具有水硬性、緩凝性、高強度、穩(wěn)定性好等特點，能形成板體且強度隨齡期不斷增加，抗水、抗凍、抗裂性能好，且收縮性小，能夠適應(yīng)各種氣候環(huán)境和水文地質(zhì)條件。 石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣常用作高級或者次高級路面的基層或底基層。 其火山灰作用的反應(yīng)原理如下：,◆2

36、、工業(yè)廢渣穩(wěn)定材料及其特點與應(yīng)用,用銅礦石下腳料鋪筑的（底）基層,石灰粉煤灰(簡稱二灰)基層是用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、攤鋪、碾壓及養(yǎng)生而形成的基層。在二灰中摻入一定量的土，經(jīng)加水拌和、攤鋪、碾壓及養(yǎng)生成型的基層，稱二灰穩(wěn)定土基層。其抗壓強度也應(yīng)符合規(guī)定要求。,二灰穩(wěn)定土的配比：石灰與粉煤灰的比，常用1：2～1：4；石灰粉煤灰與細粒土的比為30：70～50：50；石灰粉煤灰與粒料的比常采用20：80～15：85。 為了

37、防止裂縫，采用石灰與粉煤灰的比為1：3～1：4，集料含量為80～85%左右為最佳，既可抗干縮又可抗溫縮。二灰穩(wěn)定土的特點：收縮性能好；早期強度低，后期強度比較高（施工時，應(yīng)盡量安排在溫暖高溫季節(jié)，以利于形成早期強度而成型）；易造成施工污染。,◆3、二灰穩(wěn)定路面基層,1）灰質(zhì)質(zhì)量應(yīng)符合Ⅲ級以上質(zhì)量指標(biāo)。2）粉煤灰成分粉煤灰的活性成分（二氧化硅＋三氧化二鋁）含量大于70％，燒失量小于20％（控制其中有機質(zhì)含量）。有害物質(zhì)如硫酸

38、鈣等含量不宜過大。S的含量3）粒料石灰工業(yè)廢渣混合料中粒料重量宜占80%以上，并有良好的級配；高速公路和一級公路集料的壓碎值應(yīng)≯30%，二級公路和二級以下公路集料的壓碎值應(yīng)≯35%。顆粒最大粒徑高速公路和一級公路不大于31.5mm(方孔篩)，二級公路和二級以下公路不大于40mm(圓孔篩)。,◆4、二灰穩(wěn)定路面基層的材料要求,使用合格粉煤灰和高硫酸鈣含量粉煤灰的二灰碎石強度對比,,,,5、二灰穩(wěn)定類材料的混合料組成設(shè)計,根據(jù)強度標(biāo)準(zhǔn)

39、，通過試驗選取合適的二灰和集料，確定最佳的配合比和混合料的最佳含水量。,無側(cè)限抗壓強度試驗： 在規(guī)定溫度(北方冰凍地區(qū)為20±2℃，南方非冰凍地區(qū)為25土2℃)下保濕養(yǎng)生6d （濕度為95％），浸水1d，進行無側(cè)限抗壓強度試驗。試件尺寸為：Φ150mm×150mm的圓柱體。,6、二灰及水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料的強度要求,,,硫酸鈣含量過高引起的二灰碎石基層病害,優(yōu)良二灰碎石基層表面,1、何謂半剛性路面或基層？請

40、從力學(xué)特性來解釋“半剛性”的含義。具有半剛性的結(jié)構(gòu)層為何只宜作基層或墊層？此類基層的主要缺點是什么？在路面結(jié)構(gòu)組合中又如何克服這些缺點？2、半剛性材料有哪些種類？各自的性能有何優(yōu)缺點？3、名詞解釋：石灰劑量；石灰土的設(shè)計齡期；石灰土的凍前齡期；石灰土中的合理石灰劑量4、為何在高速公路中不能使用石灰土底基層？5、在石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣中摻入粗骨料的目的何在？6、作為冰凍地區(qū)的路面結(jié)構(gòu)層材料，石灰土與石灰粉煤灰土兩者之間你認為應(yīng)該選用

41、哪一種？為什么？7、什么是無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的設(shè)計齡期？ 8、如何進行水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的組成設(shè)計？9、簡要分析石灰土的強度影響因素。,復(fù)習(xí)思考題,復(fù)習(xí)思考題(可選做),10．無機結(jié)合料穩(wěn)定材料可以分幾類?各類的路用性能有何特點?11．試分析比較石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土強度形成機理。它們對土的類別及性質(zhì)的要求有何不同?石灰與水泥劑量如何確定?施工工藝有何異同?12．石灰（水泥）穩(wěn)定類基層收縮裂縫對瀝青面層有何影響?有哪些防治措施

42、?13．無機結(jié)合料穩(wěn)定類半剛性基層材料抗拉強度有哪幾種測試方法?我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定的抗拉強度指標(biāo)是什么?14. 試分析比較水泥穩(wěn)定類基層與石灰粉煤灰穩(wěn)定類基層的強度特性與收縮性能，評述它們作為高等級瀝青路面基層的優(yōu)劣。,課外任務(wù)二： 請從路面結(jié)構(gòu)受力作用特點角度討論道路工程中應(yīng)用半剛性基層材料的優(yōu)缺點，并從結(jié)構(gòu)與材料角度提出改進的途徑!,課外任務(wù),水穩(wěn)碎石基層具有強度高，穩(wěn)定性好，抗沖刷能力強等優(yōu)點，廣泛用于我國

43、公路的基層與底基層存在問題 水穩(wěn)碎石的干縮和溫縮易導(dǎo)致收縮裂縫收縮裂縫反射到瀝青面層形成大量反射裂縫 規(guī)范規(guī)定水穩(wěn)基層7天強度較高，而模量取值偏低 目前水穩(wěn)碎石基層裂縫解決方法效果欠佳,第六節(jié) 水穩(wěn)基層工程應(yīng)用實例,本節(jié)可自學(xué),1）基層7天無側(cè)限抗壓強度要求我國規(guī)范：代表值：3～5MPa，以15％的變異系數(shù)計算，平均值可達4～7MPaPCA(波特蘭水泥協(xié)會)：一般：2.1～2.8MPa細集料：≤2.1MPa

44、粗集料：≤3.1MPa南非： 基層：2.1～4.1MPa 底基層：1.1～2.1MPa田納西州： 規(guī)范：3.5MPa 實際使用：1.4～2.1MPa歐洲(兩種觀點) ： 德國、比利時、英國等：6～10MPa 奧地利、瑞士等：2～4MPa,2）裂縫處理主要從三方面考慮：瀝青面層——高性能改性瀝青，厚度，外加劑，級配設(shè)置隔離層、應(yīng)力吸收層或土工類材料夾層

45、水穩(wěn)基層本身——集料級配，水泥含量，外加劑，施工控制隨著新材料的發(fā)展，諸如聚酯玻纖布一類的土工合成防裂材材料在工程中的初步應(yīng)用。,級配規(guī)范規(guī)定范圍中值（中或z表示）粗級配（粗或c表示）骨架級配（骨或g表示）,中值級配7天抗壓強度,粗級配7天抗壓強度,3）水泥劑量對抗壓強度的影響,粗級配28天抗壓強度,骨架級配28天抗壓強度,中值級配抗壓強度,強度隨水泥劑量增加而線性增加。線性相關(guān)性隨齡期增加而增大。水泥劑量對不同級配強度的

46、影響規(guī)律相似。,養(yǎng)生時間對抗壓強度的影響,齡期增加，強度增加，后期強度增長趨于穩(wěn)定；不同水泥劑量混合料強度隨時間增加的趨勢具有相似性；不同級配強度增長相似；,中值>粗級配>骨架級配,級配對抗壓強度的影響,劈裂強度與抗壓強度的關(guān)系,試驗設(shè)備 劈裂強度試驗在MTS進行，加載速率為1mm/min試驗結(jié)果表明：水泥劑量和級配對劈裂強度的影響與其對抗壓強度的影響規(guī)律相似；即劈裂強度隨水泥劑量增加而增加；級配偏粗，劈裂強度有所

47、降低。,4）劈裂強度,5）干縮試驗試件：100mm×100mm×400mm梁式試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下 養(yǎng)護7天；條件：溫度為25℃，濕度50％左右；檢測：第1天為6小時一次，第2～5天為12小時一次，之后24小時一次，直到含水量基本不變?yōu)橹梗?6）溫縮試驗試件：100mm×100mm×400mm梁式試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件 養(yǎng)護28天；溫度范圍：+55℃～-25℃，每 10℃為一個溫度區(qū)段時間