第6章-無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料

6.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料

定義：在各種粉碎或原來松散的土、或礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數(shù)量的無機(jī)結(jié)合料（如石灰、水泥）及水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)壓實及養(yǎng)生后，具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在廣義上統(tǒng)稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料，或無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。廣西工學(xué)院土木工程系★路面基層材料的類型粒料類：級配型集料、填隙碎石結(jié)合料穩(wěn)定類：有機(jī)結(jié)合料——瀝青無機(jī)結(jié)合料——水泥、石灰、工業(yè)廢渣★無機(jī)結(jié)合料石灰穩(wěn)定類水泥穩(wěn)定類水泥石灰穩(wěn)定類石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類面層基層廣西工學(xué)院土木工程系★混合料礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣等細(xì)粒土、中粒土、粗粒土★結(jié)合料穩(wěn)定類技術(shù)特性優(yōu)點：整體性強(qiáng)、承載能力大、較為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度和剛度介于剛性混凝土和柔性粒料材料之間材料品種水泥混凝土粒料半剛性材料模量～4×104～102～103缺點：耐久性差、平整度低、易產(chǎn)生干縮裂縫、起塵等廣西工學(xué)院土木工程系主要內(nèi)容無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的技術(shù)特性——強(qiáng)度形成機(jī)理及其影響因素、收縮特性等無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的組成設(shè)計（實驗法

—擊實試驗、計算法—填充理論）廣西工學(xué)院土木工程系6.1石灰穩(wěn)定土

石灰土：用石灰穩(wěn)定細(xì)粒土得到的混合料石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂礫土—天然砂礫土、級配砂礫（無土）石灰碎石土—天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石）結(jié)構(gòu)類型

骨架密實式：粒料≈80%

懸浮式：粒料≤50%廣西工學(xué)院土木工程系6.0石灰

6.0石灰的生產(chǎn)、消化與硬化1.石灰的煅燒：CaCO3→CO2↑＋CaO（生石灰）①欠火石灰②過火石灰→陳伏2.石灰的消化：CaO＋H2O→Ca(OH)2（

消石灰粉）①水化反應(yīng)進(jìn)行速度快②消化時體積急劇膨脹：過火石灰→陳伏3.石灰的磨細(xì)——生石灰粉

①提高“過火石灰”的利用率②克服“過火石灰”對體積不安定的危害4.石灰的硬化：Ca(OH)2→結(jié)晶硬化碳酸化硬化：CO2＋Ca(OH)2→

CaCO3

石灰不宜在長期潮濕的環(huán)境中或有水環(huán)境中使用廣西工學(xué)院土木工程系6.0石灰的品質(zhì)要求

1）石灰的化學(xué)品質(zhì)⑴f-CaO＋f-MgO含量——判定石灰質(zhì)量⑵CO2含量2）石灰的技術(shù)要求⑴未消化殘渣含量⑵細(xì)度——活性⑶游離水含量3)石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（教材P191）⑴建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC）：優(yōu)等品，一等品和合格品⑵道路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ034－93）：3個等級廣西工學(xué)院土木工程系6.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料

定義：在各種粉碎或原來松散的土、或礦質(zhì)碎（礫）石、或工業(yè)廢渣中，摻入一定數(shù)量的無機(jī)結(jié)合料（如石灰、水泥）及水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)壓實及養(yǎng)生后，具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在廣義上統(tǒng)稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類混合料，或無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。廣西工學(xué)院土木工程系無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定混合料半剛性基層材料石灰水泥工業(yè)廢渣砂礫土碎石土礦渣集料細(xì)粒土中粒土粗粒土廣西工學(xué)院土木工程系6.1石灰穩(wěn)定土

石灰土：用石灰穩(wěn)定細(xì)粒土得到的混合料石灰穩(wěn)定集料：用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂礫土—天然砂礫土、級配砂礫（無土）石灰碎石土—天然碎石土、級配碎石（包括未篩分碎石）結(jié)構(gòu)類型

骨架密實式：粒料≈80%

懸浮式：粒料≤50%廣西工學(xué)院土木工程系石灰穩(wěn)定土石灰土石灰集料懸浮式密實式廣西工學(xué)院土木工程系6.1.2石灰穩(wěn)定土的技術(shù)性質(zhì)

6.1.2.1石灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度1)強(qiáng)度形成機(jī)理——石灰與細(xì)粒土離子交換反應(yīng)石灰自身硬化火山灰反應(yīng)機(jī)械壓實廣西工學(xué)院土木工程系離子交換反應(yīng)——石灰中Ca++、OH－～土中Na+、K+交換——減薄吸附水膜、土粒聚凝、易于壓實1)強(qiáng)度形成機(jī)理——石灰與細(xì)粒土廣西工學(xué)院土木工程系石灰硬化——膠結(jié)作用CaCO3

→CO2↑＋CaO（生石灰）

CaO＋H2O→Ca(OH)2（消石灰）Ca(OH)2→結(jié)晶硬化碳酸化硬化：CO2＋Ca(OH)2→

CaCO31)強(qiáng)度形成機(jī)理——石灰與細(xì)粒土廣西工學(xué)院土木工程系火山灰反應(yīng)復(fù)習(xí)反應(yīng)條件：堿活性激發(fā)劑——Ca(OH)2——石灰活性物質(zhì)——Al2O3、SiO2——粘土——Al2O3＋H2O＋Ca(OH)2→水化鋁酸鈣——SiO2＋H2O＋Ca(OH)2→水化硅酸鈣1)強(qiáng)度形成機(jī)理——石灰與細(xì)粒土廣西工學(xué)院土木工程系1）反應(yīng)條件⑴具有活性物質(zhì)：活性SiO2和活性Al2O3⑵具有活性激發(fā)劑：激發(fā)活性材料潛在活性的物質(zhì)Ca(OH)2溶液（堿性激發(fā)劑）CaSO4·2H2O溶液（硫酸鹽激發(fā)劑）2）反應(yīng)機(jī)理SiO2＋Ca(OH)2＋H2O→CaOSiO2·mH2O

不定型水化硅酸鈣（凝膠）Al2O3＋Ca(OH)2＋H2O→CaOAl2O3·nH2O

不定型水化鋁酸鈣（凝膠）Al2O3＋CaSO4·2H2O→水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）火山灰反應(yīng)（又稱二次反應(yīng)）廣西工學(xué)院土木工程系機(jī)械壓實—顆?？繑n、形成緊密穩(wěn)定結(jié)構(gòu)總結(jié)：初期：離子交換壓實作用中、后期：氫氧化鈣的結(jié)晶和碳酸化反應(yīng)火山灰反應(yīng)1)強(qiáng)度形成機(jī)理廣西工學(xué)院土木工程系2)石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度的影響因素

石灰的質(zhì)量與劑量、土質(zhì)、養(yǎng)生條件與齡期⑴石灰——質(zhì)量（活性：f-CaO含量、細(xì)度）劑量⑵土——粘土礦物成分（Al2O3、SiO2）比表面積—塑性指數(shù)IP

⑶集料

圖6-1

⑷含水量——石灰消解、火山灰反應(yīng)最佳含水量：壓實圖6-2

⑸養(yǎng)生條件——溫度、濕度⑹齡期——時間廣西工學(xué)院土木工程系圖6-1礦質(zhì)混合料類型與強(qiáng)度的關(guān)系單純用石灰穩(wěn)定無粘性或無塑性指數(shù)的集料，效果遠(yuǎn)不如用石灰土穩(wěn)定的效果：石灰穩(wěn)定粉質(zhì)粘土的強(qiáng)度＞石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土石灰穩(wěn)定砂質(zhì)粘土＞石灰穩(wěn)定均質(zhì)砂

廣西工學(xué)院土木工程系在適宜的含水量下壓實，可以取得最佳的壓實效果最大干密度→最佳含水量:壓實功↑最佳含水量↓最大密實度↑

細(xì)料含量↑最佳含水量↑最大密實度↓

石灰劑量↑最佳含水量↑最大密實度↓含水量與干密度的關(guān)系廣西工學(xué)院土木工程系3)強(qiáng)度指標(biāo)⑴抗壓強(qiáng)度——無側(cè)限抗壓強(qiáng)度配合比設(shè)計、施工質(zhì)量控制⑵劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)計算與驗算⑶抗折強(qiáng)度廣西工學(xué)院土木工程系2收縮特征及其影響因素1）溫縮：因溫度變化而造成的收縮——新生凝膠礦物——熱脹冷縮程度大2）干縮：因含水量變化而造成的收縮——新生凝膠礦物——產(chǎn)生干縮的主要因素

圖6-3

收縮程度：石灰土＞懸浮式粒料＞密實式粒料

改善措施：選擇材料、控制含水量、施工壓實、養(yǎng)生條件廣西工學(xué)院土木工程系3耐久性⑴收縮裂縫⑵水穩(wěn)定性：軟化、沖刷⑶抗凍性

石灰土和懸浮式石灰粒料禁止用作高等級路面的基層

只宜作為高等級路面的底基層，或一般交通量道路的基層廣西工學(xué)院土木工程系砂礫體積率與干縮系數(shù)的關(guān)系石灰穩(wěn)定砂礫干縮系數(shù)＜石灰土隨著粒料含量，干縮系數(shù)↓

圖6-3廣西工學(xué)院土木工程系廣西工學(xué)院土木工程系瀝青路表翻漿廣西工學(xué)院土木工程系6.1.3石灰穩(wěn)定類混合料組成材料的質(zhì)量要求石灰：3級以上消石灰生石灰(磨細(xì)生石灰——高速公路和一級公路)土：塑性指數(shù)范圍宜為15～20硫酸鹽含量不得超過0.8％有機(jī)質(zhì)含量不得超過30％集料：級配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸石、粒狀礦渣為無塑性指數(shù)的粒料或不含粘土的集料時：+15％左右粘性土級配良好（當(dāng)級配不好時，宜外加某種集料改善其級配）最大粒徑壓碎值水補(bǔ)充知識廣西工學(xué)院土木工程系6.1.4石灰穩(wěn)定類混合料的組成設(shè)計

6.1.4.1設(shè)計要求確定混合料中組成材料比例石灰土：石灰劑量=石灰質(zhì)量/干土質(zhì)量石灰集料：石灰：土：碎石（或砂礫）確定混合料的最大干密度γmax和最佳含水量ω06.1.4.2石灰土配合比設(shè)計方法（實驗法）1）確定石灰土中的石灰劑量2)石灰穩(wěn)定集料的配合比設(shè)計

廣西工學(xué)院土木工程系步驟1：確定石灰土的最佳含水量和最大干密度

⑴石灰劑量范圍的確定

⑵石灰土的擊實試驗廣西工學(xué)院土木工程系注：括號中數(shù)據(jù)為內(nèi)插值

試件計算干密度＝γmax×壓實度（現(xiàn)場干密度/最大干密度）石灰劑量(％)最佳含水量0(％)

最大干密度max(

g/cm3)計算干密度i(

g/cm3)抗壓強(qiáng)度R(MPa)518.71.711.640.24（7）（19.4）（1.68）1.610.76920.11.651.581.24（11）（20.9）（1.62）1.561.701321.81.581.522.12擊實試驗及強(qiáng)度檢驗結(jié)果廣西工學(xué)院土木工程系步驟2：強(qiáng)度檢驗

⑴試件計算干密度＝γmax×壓實度（現(xiàn)場干密度/最大干密度）

⑵抗壓強(qiáng)度試驗：試件成型→試件養(yǎng)生→抗壓強(qiáng)度表⑶計算強(qiáng)度特征參數(shù)

強(qiáng)度平均值：強(qiáng)度變異系數(shù)：步驟3：確定石灰劑量⑴計算石灰土的配制強(qiáng)度：⑵繪制強(qiáng)度與石灰劑量關(guān)系試驗曲線廣西工學(xué)院土木工程系石灰劑量與試件7d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線廣西工學(xué)院土木工程系2)石灰穩(wěn)定集料的配合比設(shè)計石灰土：碎石（或礫石）＝1：4按照石灰土強(qiáng)度確定石灰劑量強(qiáng)度測試、記錄

廣西工學(xué)院土木工程系6.2石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定土

（石灰粉煤灰穩(wěn)定土）

常用工業(yè)廢渣品種——粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、鋼渣以及其它冶金礦渣、煤矸石等礦物組成特點——活性Al2O3、SiO2或CaO，具有水硬性石灰粉煤灰穩(wěn)定土二灰——石灰粉煤灰二灰土——石灰粉煤灰穩(wěn)定細(xì)粒土二灰集料(或粒料)——石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫、碎石、礦渣、煤矸石等結(jié)構(gòu)類型：懸浮式——粒料≤50%

密實式——粒料≥80%廣西工學(xué)院土木工程系6.2.1石灰粉煤灰穩(wěn)定土的技術(shù)性質(zhì)

6.2.1.1強(qiáng)度特征⑴強(qiáng)度形成機(jī)理石灰自硬、粉煤灰材料的火山灰反應(yīng)石灰粉煤灰的填充作用集料的骨架作用機(jī)械壓實廣西工學(xué)院土木工程系⑵強(qiáng)度特點較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性早期強(qiáng)度較低，有著較高的后期強(qiáng)度⑶強(qiáng)度的主要影響因素粒料比例粉煤灰摻量越高早期強(qiáng)度越低，但不影響后期強(qiáng)度養(yǎng)生溫度養(yǎng)生溫度（℃）203040強(qiáng)度（MPa）A組1.35

-5.85B組1.603.036.78廣西工學(xué)院土木工程系二、收縮特征⑴粒料含量懸浮式二灰粒料＞密實式二灰粒料

?密實式二灰粒料平均干縮系數(shù)為55×10-6，溫縮系數(shù)為4.2×10-6

?懸浮式二灰粒料平均干縮系數(shù)為109×10-6，溫縮系數(shù)為6.7×10-6⑵結(jié)合料劑量

粉煤灰用量：石灰劑量一定，粉煤灰用量↑干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)↓

石灰劑量：粉煤灰用量一定，石灰劑量↑干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)↑⑶排序石灰土＞石灰砂礫＞石灰粉煤灰＞二灰穩(wěn)定砂礫廣西工學(xué)院土木工程系6.2.1.3耐久性穩(wěn)定性、抗凍性有較石灰穩(wěn)定類有顯著的改善

溫度收縮系數(shù)比石灰穩(wěn)定類有所減小二灰土收縮性雖小于石灰土和水泥土，但仍具有相當(dāng)?shù)母煽s變形，不允許應(yīng)用于高等級道路的上基層廣西工學(xué)院土木工程系6.2.2石灰粉煤灰穩(wěn)定土組成材料的質(zhì)量要求石灰和粉煤灰:

石灰質(zhì)量：3級或3級以上消石灰或生石灰粉煤灰：SiO2＋Al2O3＋Fe2O3≥70%燒失量≤20%比面積≥2500cm2/g濕粉煤灰的含水量≤35%土:塑性指數(shù)12～20的粘性土（亞粘土）土中土塊的最大尺寸≤15mm，有機(jī)質(zhì)含量≤10％集料:最大粒徑和壓碎值級配補(bǔ)充廣西工學(xué)院土木工程系6.2.3石灰粉煤灰穩(wěn)定土的配合比設(shè)計⑴目的：確定石灰劑量確定石灰與粉煤灰的比例確定結(jié)合料與集料的比例⑵實驗法存在問題：工作量大→劑量3×5×2＝15×2個試件試驗結(jié)果不準(zhǔn)確：最大干密度偏小98%96%石灰劑量強(qiáng)度廣西工學(xué)院土木工程系6.3水泥穩(wěn)定土分類水泥土——水泥穩(wěn)定砂性土、粉性土和粘性土水泥砂——水泥穩(wěn)定砂水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫——水泥穩(wěn)定級配碎石、未篩分碎石、砂礫等廣西工學(xué)院土木工程系6.3.2水泥穩(wěn)定類土的組成材料及其技術(shù)要求6.3.2.1水泥普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥復(fù)習(xí)終凝時間較長6.3.2.2土與集料適宜材料：級配碎石、未篩分碎石、砂礫、碎石土、砂礫土、煤矸石和各種粒狀礦渣不宜材料：塑性指數(shù)較大的細(xì)粒土有機(jī)質(zhì)含量超過2％或硫酸鹽含量超過0.25％的土集料的顆粒組成：級配集料最大粒徑和壓碎值要求：與二灰穩(wěn)定土相同廣西工學(xué)院土木工程系4.3常用硅酸鹽水泥☆

硅酸鹽水泥☆普通硅酸鹽水泥☆礦渣硅酸鹽水泥☆火山灰硅酸鹽水泥☆粉煤灰硅酸鹽水泥廣西工學(xué)院土木工程系生料熟料水泥石主要化學(xué)成分主要礦物成分主要水化產(chǎn)物（比例）CaOSiO2Al2O3Fe2O3C3SC2SC3AC4AFCaSO4·2H2O水化硅酸鈣（

～70％）Ca(OH)2（

～20％)三硫型水化鋁酸鈣（鈣礬石～7%)硫型水化鋁酸鈣三硫型水化鐵鋁酸鈣單硫型水化鐵鋁酸鈣廣西工學(xué)院土木工程系水泥強(qiáng)度等級和標(biāo)號意義：強(qiáng)度是水泥的重要技術(shù)性質(zhì)之一也是劃分水泥強(qiáng)度等級的主要依據(jù)強(qiáng)度等級

※強(qiáng)度試驗條件：水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂＝1:3、水灰比＝0.5，試件4×4×16㎝，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、測定3d與28d抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度

※型號：早強(qiáng)型R和普通型（根據(jù)3d強(qiáng)度）

※強(qiáng)度等級：硅酸鹽水泥—42.5、42.5R、52.5、52.6R、62.5、62.5R

普通水泥—32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.6R

表1硅酸鹽水泥各齡期強(qiáng)度值

影響強(qiáng)度等級因素：熟料礦物

C3S、C2S↑，強(qiáng)度↑

細(xì)度大，水化反應(yīng)快并充分，強(qiáng)度高廣西工學(xué)院土木工程系4.3.3道路硅酸鹽水泥1）作用和使用要求

用途：供道路面層和機(jī)場道面結(jié)構(gòu)專用

主要技術(shù)要求：抗折強(qiáng)度高干縮性小耐磨性好廣西工學(xué)院土木工程系4.3.3道路硅酸鹽水泥2）礦物組成對技術(shù)性能的影響①抗折強(qiáng)度高：C3S↑、C4AF↑、C3A↓、f-CaO↓。②干縮性小（抗?jié)B、抗凍）：C3A↓，C4AF↑③耐磨性好：C4AF↑，C3S↑，C3A↓，強(qiáng)度高廣西工學(xué)院土木工程系4.3.3道路硅酸鹽水泥3）化學(xué)品質(zhì)要求（高鐵低鋁）①C3S：51～60%，以提高早期強(qiáng)度，盡早放開交通；②C2S：不宜過多，其早期強(qiáng)度過低③C3A≤5%，考慮到其水化生成物耐腐蝕性較差④C4AF≥16%，提高水泥的抗折強(qiáng)度⑤控制堿含量廣西工學(xué)院土木工程系6.3水泥穩(wěn)定土水泥穩(wěn)定土的特點具有較其它穩(wěn)定土高的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性與水泥混凝土的比較材料組成：水泥用量較低、允許混合料中含土施工方法：機(jī)械攤鋪、碾壓技術(shù)特性：強(qiáng)度小、耐久性差、抗裂性低廣西工學(xué)院土木工程系6.3.1水泥穩(wěn)定類土的技術(shù)性質(zhì)6.3.1.1強(qiáng)度的形成與影響因素⑴強(qiáng)度形成水泥硬化火山灰反應(yīng)離子交換

會影響水泥的水化，使強(qiáng)度增長速度緩慢

機(jī)械壓實廣西工學(xué)院土木工程系6.3.1水泥穩(wěn)定類土的技術(shù)性質(zhì)⑵強(qiáng)度的主要影響因素①組成材料水泥劑量：相同材料時→水泥劑量↑強(qiáng)度↑土質(zhì)圖6-8集料級配

改善級配可以明顯增加水泥穩(wěn)定集料的強(qiáng)度②養(yǎng)生溫度圖6-8③延遲時間：從加水拌和開始到碾壓終了的時間

圖6-9延遲時間與水泥砂礫強(qiáng)度和干密度廣西工學(xué)院土木工程系圖6-8土質(zhì)、養(yǎng)生溫度與強(qiáng)度的關(guān)系相同養(yǎng)生溫度：Ip↑強(qiáng)度↓相同齡期時：養(yǎng)生溫度↑強(qiáng)度↑

廣西工學(xué)院土木工程系延遲時間與水泥砂礫強(qiáng)度和干密度

延遲時間越長，穩(wěn)定土強(qiáng)度和密度的損失越大。在土質(zhì)不變時，用終凝時間短的水泥時，延遲時間對混合料強(qiáng)度損失的影響