无机结合料稳定材料及路面

第十二章无机结合料稳定路面HunanUniversityofTechnology湖南工业大学主要内容第一节概述第二节无机结合料稳定材料的特性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/底基层第六节水泥稳定类基层工程应用实例（自学）HunanUniversityofTechnology湖南工业大学主要内容基层的要求和分类各类基层强度形成原理基层路用性能基层材料组成设计基层施工工艺重点－基层强度形成原理，路用性能、材料组成设计HunanUniversityofTechnology湖南工业大学一、基层的作用与要求1、承受面层传递的荷载并扩散到下承层－－足够的强度、刚度2、抵抗上层渗水和下层毛细水的侵蚀－－足够的水稳性3、抵抗高速行车荷载与水作用产生的动水压力－－抗冲刷性能4、抵抗湿度和温度变化引起收缩变形－－抗裂性能5、抵抗冻融循环破坏作用－－抗冻性能HunanUniversityofTechnology湖南工业大学无机结合料稳定材料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，其抗压强度符合规定要求的材料。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基层。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。◆1、无机结合料稳定材料及其特点第一节概述HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述二灰碎石的摊铺与碾压水泥稳定碎石的摊铺、碾压与养护HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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、水泥矿渣等第一节概述◆2、无机结合料稳定材料的种类HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述2、无机结合料稳定材料的种类1、按材料组成类别划分（1）水泥稳定类（水泥稳定土、水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾、水泥稳定砂等）（2）石灰粉煤灰稳定类（二灰稳定土、二灰稳定碎石、二灰稳定砂砾等）（3）水泥粉煤灰稳定类（水泥粉煤灰稳定碎石等）HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述（4）石灰稳定类（石灰稳定土、石灰稳定砂砾等）（5）沥青稳定类（沥青稳定土、沥青稳定碎石等）（6）碎（砾）石类（级配碎石、填隙碎石、级配砾石、天然砂砾等）（7）水泥混凝土类（贫混凝土、普通混凝土、钢筋混凝土等）HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述2、按结合料或稳定材料划分按结合料分：（1）有机结合料稳定类（如沥青稳定碎石等）（2）无机结合料稳定类（如水泥稳定碎石等）（3）无结合料类（如级配碎石等）按被稳定材料分：（1）稳定土（细粒土）（如水泥稳定土等）（2）稳定粒料（粗粒土）（如水泥稳定碎石等）HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述3、按力学性质特征划分（1）半刚性基层－－前期刚度较低，后期刚度较大（如无机结合料稳定类）。（2）柔性基层－－刚度较低，荷载作用下变形较大（如沥青稳定类基层、无结合料类基层）（3）刚性基层－－刚度较大，荷载作用下变形较小（如水泥混凝土类基层）HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述4、按材料结构类型特征划分：（1）骨架密实结构（2）悬浮密实结构（3）骨架孔隙结构（4）均匀密实结构HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第一节概述半刚性基层是我国主导的路面基层类型半刚性基层是我国传统的路面基层类型半刚性基层：材料来源广，结构性能优良，施工工艺简单，建筑成本低。HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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。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HunanUniversityofTechnology湖南工业大学无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关。所以要按不同龄期（7d、28d、90d、180天等）和不同的温度(淮河以北地区20℃、淮河以南地区25℃)来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用圆柱体试件。第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学间接拉伸（劈裂）试验示意图无侧限抗压强度试验示意图弯拉强度试验示意图第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期为90天，对于石灰或者二灰稳定类的龄期为180天，水泥粉煤灰稳定类为120天，材料组成设计7天的抗压强度。设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的主要指标。第二节无机结合料稳定材料的特性◆2、无机结合料稳定材料的设计龄期HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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；无机结合料的疲劳寿命一般取决于重复应力与重复荷载作用前的一次性极限应力的比值，试验证明，用双对数方程或单对数方程表示较合理，为：或第二节无机结合料稳定材料的特性双对数单对数◆3、无机结合料稳定材料的疲劳特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第二节无机结合料稳定材料的特性图中所示为小梁弯拉疲劳试验，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。UTM试验机室内小梁弯拉疲劳试验设备照片（三分点加载）◆3、无机结合料稳定材料的疲劳特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第二节无机结合料稳定材料的特性◆3、无机结合料稳定材料的疲劳特性劈裂试验示意图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。HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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）f/s50%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。第二节无机结合料稳定材料的特性◆3、无机结合料稳定材料的疲劳特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学二灰砂砾（小梁）应力强度比疲劳寿命曲线第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学水泥砂砾（小梁）应力与强度比疲劳寿命曲线第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学无机结合料稳定材料拌和压实后，由于水分挥发及其内部的水化作用引起干燥收缩，以及混合料受降温影响引起的温度收缩等。由此引起其体积收缩变化，表现出结构的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。第二节无机结合料稳定材料的特性◆4、无机结合料稳定材料的干缩和温缩HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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；第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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高低温交变环境箱第二节无机结合料稳定材料的特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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碳化收缩作用第二节无机结合料稳定材料的特性◆7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学2）干缩影响因素：无机结合料稳定材料的干缩特性(最大干缩应变和平均干缩系数)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控制材料成型时的含水量及成型时机；③保湿养生。第二节无机结合料稳定材料的特性◆7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学②温度收缩1）收缩原理：由固相、液相和气相组成。半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同温度收缩性的综合效应表现。一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩较大。2）无机结合料稳定材料的温缩影响因素无机结合料稳定材料温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关第二节无机结合料稳定材料的特性◆7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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第二节无机结合料稳定材料的特性◆7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学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，半刚性材料同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用。第二节无机结合料稳定材料的特性◆7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学第二节无机结合料稳定材料的特性7、无机结合料稳定材料的收缩特性HunanUniversityofTechnology湖南工业大学①稳定