无机结合料稳定土材料.pptx

第六章第六章 无机结合料稳定类混合料无机结合料稳定类混合料无机结合料稳定类混合料无机结合料稳定类混合料是指在各种粉碎或原来松散的土、是指在各种粉碎或原来松散的土、或矿质碎（砾）石、或工业废渣中，掺入一定数量的无机或矿质碎（砾）石、或工业废渣中，掺入一定数量的无机结合料（如水泥、石灰等）及水、或掺入土壤固化剂，经拌结合料（如水泥、石灰等）及水、或掺入土壤固化剂，经拌和得到的混合料。和得到的混合料。性能特点：性能特点：整体性强、承载能力大、强度介于刚性水泥混凝土整体性强、承载能力大、强度介于刚性水泥混凝土和柔性粒料之间，且强度和刚度随时间增长，但耐久性较差、和柔性粒料之间，且强度和刚度随时间增长，但耐久性较差、平整度低、容易产生干缩裂缝、起尘等。平整度低、容易产生干缩裂缝、起尘等。无机结合料稳定类材料又称为半刚性材料。无机结合料稳定类材料又称为半刚性材料。由其制成的基层又称之为半刚性基层。由其制成的基层又称之为半刚性基层。第一节第一节 无机结合料稳定类混合料分类和强度特征无机结合料稳定类混合料分类和强度特征一、分类一、分类1.按土或集料粒径分类按土或集料粒径分类-按单颗粒的粒径大小和颗粒组成按单颗粒的粒径大小和颗粒组成1）细粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于）细粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于10mm，且其中小于，且其中小于2mm的的 颗粒含量不少于颗粒含量不少于90%；2）中粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于）中粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于30mm，且其中小于，且其中小于20mm的的 颗粒含量不少于颗粒含量不少于85%；3）粗粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于）粗粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于50mm，且其中小于，且其中小于40mm的的 颗粒含量不少于颗粒含量不少于85%；1）悬浮式稳定粒料：砂砾或碎石含量不超过）悬浮式稳定粒料：砂砾或碎石含量不超过50%；2）骨架密实式粒料：砂砾或碎石含量在）骨架密实式粒料：砂砾或碎石含量在80%以上。以上。2.按矿料级配组成特征分类按矿料级配组成特征分类3.3.按结合料品种分类按结合料品种分类按结合料品种分类按结合料品种分类1 1）水泥稳定类；）水泥稳定类；）水泥稳定类；）水泥稳定类；包括水泥土、水泥砂、水泥碎石等。包括水泥土、水泥砂、水泥碎石等。包括水泥土、水泥砂、水泥碎石等。包括水泥土、水泥砂、水泥碎石等。2 2）石灰稳定类；）石灰稳定类；）石灰稳定类；）石灰稳定类；包括石灰土、石灰稳定集料等。包括石灰土、石灰稳定集料等。包括石灰土、石灰稳定集料等。包括石灰土、石灰稳定集料等。3 3）水泥石灰稳定类，又叫综合稳定类；）水泥石灰稳定类，又叫综合稳定类；）水泥石灰稳定类，又叫综合稳定类；）水泥石灰稳定类，又叫综合稳定类；4 4）工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰）；）工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰）；）工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰）；）工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰）；使用较为广泛的工业废渣是粉煤灰。使用较为广泛的工业废渣是粉煤灰。使用较为广泛的工业废渣是粉煤灰。使用较为广泛的工业废渣是粉煤灰。石灰粉煤灰常被简称为二灰石灰粉煤灰常被简称为二灰石灰粉煤灰常被简称为二灰石灰粉煤灰常被简称为二灰。二灰稳定细粒土，。二灰稳定细粒土，。二灰稳定细粒土，。二灰稳定细粒土，简称为二灰土；二灰稳定砂砾、碎石等，简称为简称为二灰土；二灰稳定砂砾、碎石等，简称为简称为二灰土；二灰稳定砂砾、碎石等，简称为简称为二灰土；二灰稳定砂砾、碎石等，简称为二灰稳定集料。二灰稳定集料。二灰稳定集料。二灰稳定集料。5 5）土壤固化类。）土壤固化类。）土壤固化类。）土壤固化类。二、稳定类混合料的技术性能要求二、稳定类混合料的技术性能要求或表述为或表述为（强度）、（抗变性能力）和（水稳定性）（强度）、（抗变性能力）和（水稳定性）。1.强度特征强度特征 稳定类混合料的强度指标有无侧限抗压强度、抗拉强度、稳定类混合料的强度指标有无侧限抗压强度、抗拉强度、承载比等。目前在工程上，较多采用抗压强度和劈裂强度承载比等。目前在工程上，较多采用抗压强度和劈裂强度来评价稳定类混合料的强度。来评价稳定类混合料的强度。2.疲劳特性疲劳特性 在我国现行在我国现行公路沥青路面设计规范公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）中，利用材料的容许拉应力来评价稳定类混合料的疲劳性能。中，利用材料的容许拉应力来评价稳定类混合料的疲劳性能。3.收缩特性收缩特性 当无机结合料与各种土、水拌和、压实后，都会产生一定的当无机结合料与各种土、水拌和、压实后，都会产生一定的 收缩。收缩。当收缩量达到一定程度时，会在结构中出现收缩裂缝，裂缝当收缩量达到一定程度时，会在结构中出现收缩裂缝，裂缝 扩展至面层，形成扩展至面层，形成反射裂缝反射裂缝。描述材料干缩特性的指标主要有干缩量、失水率、干缩应变描述材料干缩特性的指标主要有干缩量、失水率、干缩应变和干缩系数等。和干缩系数等。第二节第二节 水泥稳定类混合料水泥稳定类混合料一、水泥稳定土的强度特征一、水泥稳定土的强度特征1.水泥稳定土的强度形成机理水泥稳定土的强度形成机理 1）水泥水化硬化）水泥水化硬化 2）离子交换反应）离子交换反应 3）火山灰反应）火山灰反应2.组成材料对水泥稳定土强度的影响组成材料对水泥稳定土强度的影响 1）水泥剂量：）水泥剂量：水泥剂量越大，水泥稳定土强度越大，水泥剂量越大，水泥稳定土强度越大，但收缩性也越大，且不经济。但收缩性也越大，且不经济。2）土质：）土质：各种类型土均可用水泥稳定，但稳定粉土质各种类型土均可用水泥稳定，但稳定粉土质粘土强度最高，稳定重粘土强度最低。粘土强度最高，稳定重粘土强度最低。3）混合料级配组成：）混合料级配组成：实践表明：采用骨架密实型的集实践表明：采用骨架密实型的集料级配可以最大限度提高水泥稳定碎石的强度，降低水料级配可以最大限度提高水泥稳定碎石的强度，降低水泥用量。随着粗集料颗粒的减少，水泥稳定集料的抗压泥用量。随着粗集料颗粒的减少，水泥稳定集料的抗压强度和最大干密度随之提高。强度和最大干密度随之提高。2.组成材料对水泥稳定土强度的影响组成材料对水泥稳定土强度的影响 4）最佳含水率：）最佳含水率：在最佳含水率时进行压实，可以获在最佳含水率时进行压实，可以获得较为经济的压实效果，即达到最大密实度。得较为经济的压实效果，即达到最大密实度。3.环境因素对水泥稳定土强度的影响环境因素对水泥稳定土强度的影响 1）养生温度：）养生温度：在相同龄期时，温度越高，强度也越高。在相同龄期时，温度越高，强度也越高。2）施工延迟时间：）施工延迟时间：延迟时间是指水泥稳定土施工过程中，延迟时间是指水泥稳定土施工过程中，从加水拌和开始到碾压结束所经历的时间。一般来讲，延迟从加水拌和开始到碾压结束所经历的时间。一般来讲，延迟时间越长，强度和密度的损失就越大。时间越长，强度和密度的损失就越大。二、水泥稳定土的收缩特性二、水泥稳定土的收缩特性-与水泥混凝土相同与水泥混凝土相同三、水泥稳定土的适用性三、水泥稳定土的适用性水泥稳定土具有较高的强度、刚度和稳定性，可适用于各种水泥稳定土具有较高的强度、刚度和稳定性，可适用于各种交通类别道路的基层和底基层。但不适合用做高等级沥青路交通类别道路的基层和底基层。但不适合用做高等级沥青路面的基层，只能作为底基层；在高速公路和一级公路的水泥面的基层，只能作为底基层；在高速公路和一级公路的水泥混凝土面层下，水泥土也不能做基层。混凝土面层下，水泥土也不能做基层。1.温缩特征：热胀冷缩温缩特征：热胀冷缩一般来讲，稳定的颗粒尺寸越大，温缩效应越小。一般来讲，稳定的颗粒尺寸越大，温缩效应越小。2.干缩特征：干缩湿胀干缩特征：干缩湿胀水泥稳定土的干缩系数受粒料含量、矿物成分、水泥剂量和含水率水泥稳定土的干缩系数受粒料含量、矿物成分、水泥剂量和含水率等因素的影响。等因素的影响。水泥稳定土中的黏土成分越高，土的塑性指数越大，混合料的干缩水泥稳定土中的黏土成分越高，土的塑性指数越大，混合料的干缩现象越严重。现象越严重。粒料土的塑性指数越大，含水率对干缩性的影响也越大。粒料土的塑性指数越大，含水率对干缩性的影响也越大。四、水泥稳定土的组成设计四、水泥稳定土的组成设计1.组成材料的技术要求组成材料的技术要求1）水泥：通用水泥均可。但宜选用终凝时间较长（宜在）水泥：通用水泥均可。但宜选用终凝时间较长（宜在6h以上）的水泥，以上）的水泥，可采用强度等级较低的水泥（如可采用强度等级较低的水泥（如32.5级）的水泥。快硬、早强及受潮变质级）的水泥。快硬、早强及受潮变质的水泥不应使用。的水泥不应使用。2）集料：适宜用水泥稳定的材料有级配碎石、未筛分碎石、砂砾、砂砾）集料：适宜用水泥稳定的材料有级配碎石、未筛分碎石、砂砾、砂砾土、煤矸石和各种矿渣等。主要通过集料最大粒径和压碎值评价。土、煤矸石和各种矿渣等。主要通过集料最大粒径和压碎值评价。最大粒径越大，拌和机、平地机和摊铺机等施工机械越容易损坏，混合料最大粒径越大，拌和机、平地机和摊铺机等施工机械越容易损坏，混合料越容易产生粗细集料离析现象，铺筑层也越难达到平整度要求。越容易产生粗细集料离析现象，铺筑层也越难达到平整度要求。最大粒径太小，则稳定性不足，且增加集料的加工量。最大粒径太小，则稳定性不足，且增加集料的加工量。3）土：水泥稳定混合料中不宜含有塑性指数较大的细土。或应控制其含量。）土：水泥稳定混合料中不宜含有塑性指数较大的细土。或应控制其含量。一般不得使用塑性指数大于一般不得使用塑性指数大于17的土。不得不使用时，宜采用石灰稳定或用水的土。不得不使用时，宜采用石灰稳定或用水泥和石灰综合稳定。泥和石灰综合稳定。有机质含量超过有机质含量超过2%的土，必须先用石灰进行处理，闷料一夜后再用水泥稳定。的土，必须先用石灰进行处理，闷料一夜后再用水泥稳定。硫酸盐含量超过硫酸盐含量超过0.25%的土不应用水泥稳定。的土不应用水泥稳定。3.水泥稳定土的配合比设计水泥稳定土的配合比设计1）稳定类配合比设计的目的：）稳定类配合比设计的目的：根据强度指标和使用性能要求，确定稳根据强度指标和使用性能要求，确定稳定土中定土中组成材料的比例组成材料的比例；根据击实试验，确定稳定土的；根据击实试验，确定稳定土的最大干密度和最最大干密度和最佳含水率佳含水率，作为工地现场进行质量控制的参考数据。，作为工地现场进行质量控制的参考数据。2.混合料设计级配范围混合料设计级配范围级配良好，则稳定效果也好。级配良好，则稳定效果也好。2）配合比设计内容：）配合比设计内容：确定最大干密度和最佳含水量；确定水泥剂量。确定最大干密度和最佳含水量；确定水泥剂量。其中以细粒土为稳定对象的水泥土、二灰土和石灰土等，通过其中以细粒土为稳定对象的水泥土、二灰土和石灰土等，通过“试验法试验法”确定最大干密度和最佳含水量；而稳定粒料类的水泥稳定碎石、二灰碎确定最大干密度和最佳含水量；而稳定粒料类的水泥稳定碎石、二灰碎石等，则用石等，则用“计算法计算法”。3）配合比设计（试验法）的主要步骤）配合比设计（试验法）的主要步骤（1）选择水泥土中的水泥剂量）选择水泥土中的水泥剂量（2）确定最佳含水率和最大干密度）确定最佳含水率和最大干密度（4）确定水泥剂量）确定水泥剂量（3）无侧限抗压强度试验）无侧限抗压强度试验单一结合料稳定的混合料，结合料的含量用单一结合料稳定的混合料，结合料的含量用剂量剂量表示，表示，即混合料中结合料的干质量与干混合料质量的百分比。即混合料中结合料的干质量与干混合料质量的百分比。？两种或两种以上两种或两种以上结合料的用结合料的用配合比配合比表示。表示。外掺法：a干结合料/干混合料内掺法：a干结合料/干土（集料）（1）选择水泥土中的水泥剂量）选择水泥土中的水泥剂量如水泥稳定细粒土基层如水泥稳定细粒土基层选择的水泥剂量为选择的水泥剂量为8%，12%，16%。其中的。其中的10%和和14%的的最佳含水率和最大干密度可通过内插法确定。最佳含水率和最大干密度可通过内插法确定。（2）确定最佳含水率和最大干密度）确定最佳含水率和最大干密度 一般至少选择一般至少选择3组不同水泥剂量，分别表示最小剂量、组不同水泥剂量，分别表示最小剂量、中间剂量和最大剂量。通过内插共生成中间剂量和最大剂量。通过内插共生成5组不同水泥剂量。组不同水泥剂量。确定细粒土最佳含水率和最大干密度的方法为确定细粒土最佳含水率和最大干密度的方法为“试验法试验法”，即通过即通过击实试验击实试验确定。确定。试样准备，确定击实试验方法；备料，闷料；击实试验；试样准备，确定击实试验方法；备料，闷料；击实试验；测试件的含水量；确定最佳含水量和最大干密度。测试件的含水量；确定最佳含水量和最大干密度。（3）无侧限抗压强度试验）无侧限抗压强度试验 在上述最佳含水率和最大干密度基础上成型无侧限抗压在上述最佳含水率和最大干密度基础上成型无侧限抗压强度试件。试件在强度试件。试件在标准养生条件标准养生条件下养生下养生6d，浸水，浸水1d，然后测，然后测抗压强度。抗压强度。无侧限抗压强度就是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。无侧限抗压强度就是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。仪器仪器方方孔孔筛筛：孔孔径径53mm53mm、37.5mm37.5mm、31.5mm31.5mm、26.5mm26.5mm、4.75mm4.75mm、2.36mm2.36mm的筛各一个。的筛各一个。试试模模大大、中中、小小三三种种分分别别用用于于粗粗、中中、细细三三种土。种土。脱脱模模器器、反反力力框框架架、千千斤斤顶顶、击击实实仪仪、湿湿气气养护箱、水槽、养护箱、水槽、路强仪路强仪，其它如台称、量筒等。，其它如台称、量筒等。无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试模小、中、大三种无侧限抗压强度试模小、中、大三种路面强度仪路面强度仪由测力环、百分表由测力环、百分表框架组成框架组成电动脱模器电动脱模器由机箱、反力框架组成由机箱、反力框架组成试件的制备试件的制备原材料准备原材料准备进行击实试验进行击实试验成型试件：成型试件：细粒土细粒土至少至少6 6个试件个试件一个件约一个件约180180210210克土，一次拌克土，一次拌6 6个。个。中中粒粒土土至至少少9 9个个试试件件，一一个个件件约约1700170019001900克克土土，一一次拌三个，两盘。次拌三个，两盘。粗粗粒粒土土至至少少1313个个试试件件，一一个个件件约约5700570060006000克克土土，拌十三盘。拌十三盘。取风干料筛分（剔除超大粒径）取风干料筛分（剔除超大粒径）（40mm；25（20）mm）；）；5mm测风干含水量测风干含水量确定最佳含水量和最大干密度确定最佳含水量和最大干密度 试件的制备试件的制备向向盘盘内内加加水水和和石石灰灰，拌拌匀匀，放放到到密密闭闭容容器器中中浸浸润润备备用用。水水泥泥在在试试验验前前一一小小时时加加，超一小时作废。超一小时作废。浸浸润润时时间间：粘粘性性土土12-2412-24小小时时，粉粉土土8-168-16小小时时，砂砂砾砾土土4 4小小时时，砂砂砾砾碎碎石石含含土土少少的的可以可以2 2小时。小时。按预定干密度制件按预定干密度制件计算制备一个预定干密度的试件计算制备一个预定干密度的试件,需要混合料需要混合料.M M1 1=P=Pd dVK(1+0.01w)VK(1+0.01w)V-V-试模的体积（试模的体积（cmcm3 3 ）P Pd d-稳定土试件的干密度稳定土试件的干密度 （g/cmg/cm3 3 ）w-w-稳定土混合料含水量（稳定土混合料含水量（%）K K稳定土要求的压实度（）稳定土要求的压实度（）装模压件（静压法或击实）脱模装模压件（静压法或击实）脱模称称质质量量M M2 2（小小、中中、大大试试件件分分别别准准确确到到1g1g、2g2g、5g5g。）量试件高度量试件高度h h，准确到，准确到0.1mm0.1mm。养生养生大大、中中、小小试试件件用用塑塑料料袋袋包包好好，放放入入湿湿气气箱箱养生养生6 6天，天，称质量称质量M M3 3。小小、中中、大大试试件件质质量量损损失失不不超超过过（1 1、4 4、1010）克，否则试件作废。）克，否则试件作废。浸水一天。浸水一天。新规范统一为温度新规范统一为温度202022；湿度；湿度95。无侧限抗压强度检测步骤无侧限抗压强度检测步骤将试件取出，用软布吸去试件表面水分。称将试件取出，用软布吸去试件表面水分。称M M4 4，测高度，测高度。放放在在路路强强仪仪上上以以每每分分钟钟1mm1mm的的速速度度加加压压，记记下下破破坏坏时时的的最最大压力大压力P P（N N）测每个试件的含水量。测每个试件的含水量。计算强度值：计算强度值：试验精度与允许偏差试验精度与允许偏差小小小小Rc=0.00051P Cv=6%Rc=0.00051P Cv=6%中中中中Rc=0.000127P Cv=10%Rc=0.000127P Cv=10%大大大大Rc=0.000057P Cv=15%Rc=0.000057P Cv=15%根据上述试件无侧限抗压强度值计算抗压强度平均值根据上述试件无侧限抗压强度值计算抗压强度平均值和偏差系数：和偏差系数：试件抗压强度平均值；试件抗压强度平均值；试件抗压强度测试结果；试件抗压强度测试结果；每一水泥剂量下水泥稳定土试件的个数；每一水泥剂量下水泥稳定土试件的个数；每强度偏差系数；每强度偏差系数；（4）确定水泥剂量）确定水泥剂量 标准正态分布表中随保证率而变的系数，高速公路、标准正态分布表中随保证率而变的系数，高速公路、一级公路，保证率取一级公路，保证率取95，Za1.645；其他公路，保证；其他公路，保证率取率取90，Za1.282。水泥稳定土的配制抗压强度；水泥稳定土的配制抗压强度；水泥稳定土的设计抗压强度；水泥稳定土的设计抗压强度；配制强度配制强度水泥剂量水泥剂量检测报告内容（新规范）检测报告内容（新规范）无机结合料稳定类材料的组成设计无机结合料稳定类材料的组成设计：1.1.确定原材料（当地材料）。如各种土和稳定剂。确定原材料（当地材料）。如各种土和稳定剂。对于粗、中粒土应做筛分或压碎值试验；对于粗、中粒土应做筛分或压碎值试验；2.2.检测稳定剂，如水泥石灰的成分指标和技术指标。检测稳定剂，如水泥石灰的成分指标和技术指标。3.3.拟定混合料配合比；拟定混合料配合比；4.4.按规范建议的剂量制备同一种土样的混合料试件若干（至按规范建议的剂量制备同一种土样的混合料试件若干（至少做三组不同剂量的试件，即最小、中间和最大剂少做三组不同剂量的试件，即最小、中间和最大剂 量）；量）；5.5.击实试验确定混合料的击实试验确定混合料的最佳含水量和最大干密度最佳含水量和最大干密度；6.6.对试件进行对试件进行强度检测强度检测，最终确定最理想的的剂量和配合比。，最终确定最理想的的剂量和配合比。无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度就是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。无侧限抗压强度就是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。4.水泥稳定粒料配合比的计算法水泥稳定粒料配合比的计算法（1）最大干密度的计算）最大干密度的计算水泥稳定粒料的最大干密度；水泥稳定粒料的最大干密度；粒料在振动台上加载振动而得到的最大干密度；粒料在振动台上加载振动而得到的最大干密度；水泥质量占水泥稳定粒料总质量的百分率；水泥质量占水泥稳定粒料总质量的百分率；水泥水化用水比例，一般在水泥水化用水比例，一般在0.10.23左右，应通过试验确定。左右，应通过试验确定。（2）最佳含水率的计算）最佳含水率的计算水泥稳定粒料的最佳含水率水泥稳定粒料的最佳含水率粒料的面湿饱水率粒料的面湿饱水率第三节第三节 石灰稳定类混合料石灰稳定类混合料一、石灰稳定土的技术特性一、石灰稳定土的技术特性1.强度特征及其影响因素强度特征及其影响因素（1）强度形成机理）强度形成机理机械压实；离子交换反应；氢氧化钙结晶；碳酸化反应；机械压实；离子交换反应；氢氧化钙结晶；碳酸化反应；火山灰反应等。火山灰反应等。（2）组成材料对石灰稳定土强度的影响）组成材料对石灰稳定土强度的影响石灰细度越大，在相同剂量下与土粒的作用越充分，反应进行得越快，石灰细度越大，在相同剂量下与土粒的作用越充分，反应进行得越快，稳定效果越好。稳定效果越好。随着石灰剂量的增加，石灰土的强度和稳定性提高，但超过某一定剂随着石灰剂量的增加，石灰土的强度和稳定性提高，但超过某一定剂量后，强度的增长不明显。量后，强度的增长不明显。石灰土的强度随着土中黏土矿物含量的增多、塑性指数的增大而提高。石灰土的强度随着土中黏土矿物含量的增多、塑性指数的增大而提高。塑性指数塑性指数1520的粘土，易于粉碎和拌和，便于碾压成型，施工和使用的粘土，易于粉碎和拌和，便于碾压成型，施工和使用效果较好。效果较好。（3）养生条件和龄期对石灰稳定土强度的影响）养生条件和龄期对石灰稳定土强度的影响较高温度、适当的湿度有利于石灰土强度的形成。较高温度、适当的湿度有利于石灰土强度的形成。石灰土的强度随龄期的增长大体符合指数规律。石灰土的强度随龄期的增长大体符合指数规律。2.石灰稳定土的体积收缩特征石灰稳定土的体积收缩特征温度收缩和干燥收缩。温度收缩和干燥收缩。3.石灰稳定土的适用性石灰稳定土的适用性石灰土禁止用做高等级路面的基层，只能用做高等级路面的底基层，石灰土禁止用做高等级路面的基层，只能用做高等级路面的底基层，或一般交通量道路路面的基层。或一般交通量道路路面的基层。二、石灰稳定土的组成设计二、石灰稳定土的组成设计