路基路面工程第14章

湖北工程学院城市建设学院路面工程第14章无机结合料稳定基层湖北工程学院城市建设学院14.1概述14.2无机结合料稳定材料的力学性质14.3石灰稳定类基层14.4水泥稳定类基层14.5工业废渣稳定类基层14.6半刚性路面面层湖北工程学院城市建设学院14.1概述1）定义：在各种粉碎或原状松散的土、碎（砾）石、工业废渣中，掺入适当数量的无机结合料(如水泥、石灰或工业废渣等)和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定类混合料，以此修筑的路面基层称为无机结合料稳定基层。湖北工程学院城市建设学院14.1概述无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，常称之为半刚性材料。以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层或半刚性底基层。在我国已建成的高速公路和一级公路中，大多数路面采用了这种基层。2）优点：稳定性好，抗冻性能强，结构本身自成板体。3）缺点：耐磨性差，干缩，温缩，养生期长。(所以一般不用作面层)湖北工程学院城市建设学院14.2无机结合料稳定材料的力学性质强度特征应力-应变特性疲劳特征干缩特性温度收缩特性湖北工程学院城市建设学院14.2.1强度特征1）抗拉强度：小梁弯拉试验→抗弯拉强度直接拉伸试验→直接抗拉强度间接拉伸（劈裂）试验→间接拉伸强度（劈裂强度）2）抗压强度：无侧限抗压试验→7d龄期无侧限抗压强度88.051.0RSS——无机结合料稳定类混合料的抗弯拉强度，MPa；R——无机结合料稳定类混合料的无侧限抗压强度，MPa；湖北工程学院城市建设学院14.2.2应力-应变特性无机结合料稳定类材料的回弹模量值主要同土类、结合料剂量及龄期、侧限应力有关，在较大范围内变动。1）三轴压缩试验→应力-应变关系曲线→非线性；在应力水平较低时，应力-应变曲线近似线性→回弹模量。2）室内承载板试验→)1(42lpDEr湖北工程学院城市建设学院14.2.3疲劳特征1）疲劳破坏：是在小于材料极限强度的应力反复作用下所产生的累积破坏。2）耐疲劳性能：是指某种材料对不同水平应力的反复作用的反应，它以不同应力水平达到破坏时的荷载反复作用次数（疲劳寿命）来表示。湖北工程学院城市建设学院14.2.3疲劳特征3）疲劳试验方法：弯拉疲劳试验、劈裂疲劳试验。4）疲劳试验结果：曲线→对数坐标→直线拟合fsfN/湖北工程学院城市建设学院14.2.4干缩特性1）干缩：无机结合料稳定类材料经拌和压实后，由于水分挥发和混合料内部的水化作用，混合料的水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等引起材料体积收缩。2）指标：干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率。湖北工程学院城市建设学院14.2.4干缩特性3）影响因素：结合料的类型和剂量、被稳定（或处治）土的类别（细粒土，中粒土或粗粒土）、粒料的含量、小于0.5mm的细土含量、塑性指数、小于0.002mm的粘粒含量和矿物成分、制作（室内试件）含水量和龄期等。稳定粒料类：石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类。稳定细粒土：石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土。同一类半刚性材料：稳定细粒土稳定粒料土稳定粒料。湖北工程学院城市建设学院14.2.5温缩特征1）温缩：组成半刚性材料的三个相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相（水）和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚性材料产生体积收缩，即温度收缩。2）影响因素：含水量、集料或土的含量、土的矿物成分、环境温度、龄期湖北工程学院城市建设学院14.2.5温缩特征3）温缩特性：石灰土砂砾（16.7×10-6）悬浮式石灰粉煤灰粒料（15.3×10-6）密实式石灰粉煤灰粒料（12.4×10-6）和水泥砂砾（5%~7%水泥剂量为10~10-6~15×10-6）。4）修建初期：温缩+干缩→养生保护湖北工程学院城市建设学院14.3石灰稳定类基层石灰稳定土强度形成原理影响石灰土强度的因素石灰稳定土基层缩裂防治石灰稳定土混合料设计石灰稳定土层的施工1）概念：在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量消解后的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和后，在最佳含水量时摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。2）分类：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土。湖北工程学院城市建设学院14.3.1石灰稳定土强度形成原理离子交换作用→结晶作用→火山灰作用→碳酸化作用→Ca2+→Na+、H+、K+湖北工程学院城市建设学院14.3.2影响石灰土强度的因素（1）土质塑性指数为12～18的粘性土较好;粒料和砂性土不宜;有机质含量大不宜。（2）灰质消石灰粉或生石灰粉，Ⅲ级以上的技术标准，妥善保管。（3）石灰剂量存在最佳石灰剂量，对于粘性土及粉性土为8%～14%；对砂性土则为9%～16%。（4）含水量通过标准击实试验确定最佳含水量。湖北工程学院城市建设学院14.3.2影响石灰土强度的因素（5）拌和及压实土的粉碎程度和拌和的均匀性；压实度（每增加2%，抗压强度平均增加14.1%）。（6）养生条件与龄期温度高可使反应过程加快，一定的湿度为结晶和火山灰反应提供了必要的水。强度随龄期而缓慢增长，（28d－30%强度），强度增长期可达8～10年以上。tRRit湖北工程学院城市建设学院14.3.3石灰稳定土基层缩裂防治1)控制压实含水量2)严格控制压实标准3)温缩的最不利季节4)重视初期养护5)及早铺筑面层6)掺加集料(砂砾、碎石等)7)为了防止基层裂缝的反射：①设置沥青碎石或沥青贯入式联结层；②铺筑级配碎石过渡层；③土工织物夹层；④应力吸收层（SAMI）；⑤锯缝；⑥预裂。湖北工程学院城市建设学院14.3.4石灰稳定土混合料设计石灰土的强度标准－混合料设计指标石灰土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定。在规定温度保湿养生6d、浸水ld后无侧限抗压强度标准见表。湖北工程学院城市建设学院14.3.4石灰稳定土混合料设计1)制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料做基层用：砂砾土和碎石土：5%、6%、7%、8%、9%。塑性指数小于12的粘性土：10%、12%、13%、14%、16%。塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、9%、11%、13%。湖北工程学院城市建设学院14.3.4石灰稳定土混合料设计做底基层用：塑性指数小于12的粘性土：8%、10%、11%、12%、14%。塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、8%、9%、11%2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实试验)。至少做三个不同石灰剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。湖北工程学院城市建设学院14.3.4石灰稳定土混合料设计3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试验，根据强度标准，选定合适的石灰剂量。试件在规定温度(冰冻地区20±2℃，非冰冻地区25±2℃)下保湿养生6d，浸水1d，进行无侧限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符合工地实际采用的石灰剂量应比室内试验确定的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增加0.5%；路拌法施工时，宜增加1%。vadCZRR1湖北工程学院城市建设学院14.3.5石灰稳定土层施工路拌法施工①准备下承层②施工放样③摊铺④拌和与洒水⑤整型和碾压⑥养生厂拌法施工拌和－摊铺－碾压－养生湖北工程学院城市建设学院14.4水泥稳定类基层强度形成原理影响强度的因素混合料组成设计水泥稳定土层的施工1）概念：在粉碎的土或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量下压实及养生成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。2）分类：水泥土、水泥砂砾、水泥稳定碎石。湖北工程学院城市建设学院14.4.1水泥稳定土强度形成原理水泥的水化作用→离子交换作用→化学激发作用→碳酸化作用→Ca2+→Na+、H+、K+硅酸三钙：2C3S+6H20→C3S2H3+3CH硅酸二钙：2C2S+4H20→C3S2H3+CH铝酸三钙：C3A+6H2O→C3AH6铁铝酸四钙：C4AF+7H20→C4AFH74CaO·5SiO2·5H2O、4CaO·Al2O3·19H2O、3CaO·Al2O3·16H2O、CaO·A12O3·10H2O湖北工程学院城市建设学院14.4.2影响水泥稳定土强度的因素（1）土质碎(砾)石和砂砾＞砂性土＞粉性土和粘性土。（2）水泥品种及剂量硅酸盐类水泥较好，铝酸盐水泥较差，优先选用终凝时间较长(6h以上)的低强度水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，不经济，易开裂，水泥剂量为4%～8%较为合理。（3）施工及养生达到最佳密实度的含水量，满足完全水化和水解作用的需要。混合料须拌和均匀并充分压实。水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能的短，一般要在6h以内。湿法养生；养生温度愈高，强度增长得愈快。湖北工程学院城市建设学院14.4.3水泥稳定土混合料设计水泥土的强度标准－混合料设计指标水泥土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定，7d无侧限抗压强度标准：湖北工程学院城市建设学院14.4.3水泥稳定土混合料设计1)制备同一种土样、不同水泥剂量的水泥稳定土混合料。做基层用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指数小于12的土：5%、7%、8%、9%、11%其他细粒土：8%、10%、12%、14%、16%湖北工程学院城市建设学院14.4.3水泥稳定土混合料设计做底基层用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5%、6%、7%塑性指数小于12的土：4%、5%、6%、7%、9%其他细粒土：6%、8%、9%、10%、12%2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实试验)。至少做三个不同水泥剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。湖北工程学院城市建设学院14.4.3水泥稳定土混合料设计3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试验，根据强度标准，选定合适的水泥剂量。进行7d无侧限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符合工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量稍多一些，集中厂拌法施工时，可只增加0.5%；路拌法施工时，宜增加1%。vadCZRR1湖北工程学院城市建设学院14.4.4水泥稳定土层施工施工工序：①准备下承层②拌和与摊铺③整型和碾压④接缝处理⑤养生及交通管制宜用厂拌法拌制混合料，并用摊铺机摊铺。施工期的最低气温应在5℃以上，冰冻地区应在第一次重冰冻(-3～-5℃)到来之前半个月到一个月完成。湖北工程学院城市建设学院14.5工业废渣稳定类基层1）概念：一定数量的石灰和粉煤灰，或石灰和煤渣与其他集料（土）相配合，加入适量的水(通常为最佳含水量)，经拌和、压实及养生后得到的路面结构层，当其抗压强度符合规定要求时，称为石灰工业废渣基层。2）分类：粉煤灰、煤渣、矿渣、钢渣、煤矸石等。湖北工程学院城市建设学院14.5.1材料要求（1）石灰符合Ⅲ级以上的技术指标，尽量缩短存放时间。有效钙含量在20%以上的等外石灰、贝壳石灰、珊瑚石灰、电石渣等，应通过试验，当混合料的强度符合要求时，方可应用。（2）废渣粉煤灰中SiO2、Al203和Fe2O3的总含量应大于70%，烧失量不超过20%，比表面积宜大于2500cm2/g。湖北工程学院城市建设学院14.5.1材料要求煤渣的主要成分是SiO2、Al203，松干密度，最大粒径不应大于30mm，颗粒组成宜有一定级配，且不含有害物质。（3）粒料粒料应少含或不含有塑性的土，集料压碎值，最大粒径，级配。湖北工程学院城市建设学院14.5.2石灰工业废渣混合料组成设计1）根据强度标准，通过试验选取最适宜于稳定的土，2）确定石灰粉煤灰或石灰煤渣与土(包括各种集料)的比例(质量比)3）确定混合