第六章无机结合料稳定类混合料.ppt

1、第六章 无机结合料稳定类混合料,第一节 稳定类混合料的技术性质,教学目的: 了解半刚性材料的强度形成机理和影响因素。,概述： 无机结合料稳定材料常用作路面基层材料，是在粉碎或原状的土（或砂砾）中掺入一定量的无机胶结材料和适量的水，经拌和、压实与养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳定性均较好的材料。 根据基层材料的不同无机结合料稳定材料分为稳定土和稳定砂砾，由于采用不同的无机胶结材料，其又可分为水泥稳定类、石灰稳定类、综合稳定类、工业废渣稳定类（主要是石灰粉煤灰稳定类）。 由于无机结合料稳定材料耐磨性差，具有较大的变形能力，刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，故常将这类材料称为半刚性

2、材料，以此修筑的基层或底基层亦称半刚性基层（或底基层）。,第一节 稳定类混合料的技术性质,一、石灰稳定土的技术性质,定义：在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层为石灰稳定土。,用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层。,1）.离子交换作用,石灰,（1）石灰稳定土强度形成原理,1.石灰稳定土强度,2）.结晶作用,石灰土中只有一部分熟石灰Ca(OH)2进行离子交换，绝大部分饱和的Ca(OH)2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格。,Ca(OH)2

3、 + nH2O = Ca(OH)2nH2O,3）.火山灰作用,熟石灰中的游离Ca2+与土中的活性氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就是火山灰作用。,xCa(OH)2 + SiO2 + nH2O = xCaO SiO2( n+1)H2O,xCa(OH)2 + Al2O3 + nH2O = xCaO Al2O3( n+1)H2O,4）.碳酸化作用,在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用：,Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O,作用结果：,CaCO3是坚硬的结晶体，和其他生成的盐类把土粒胶结起来，大大提高了土的强度和整体性。,初期，主要表现

4、为土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减小等，后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。,熟石灰结晶网格和含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质，具有水硬性，并在土微粒团外形成一层稳定保护膜，减少了颗粒间的空隙与透水性，同时提高密实度。,1.土质 塑性指数12-18的粘性土。 塑性指数偏大的粘性土，要加强粉碎，土中1525mm的土块不宜超过5。 不宜直接采用硫酸盐类含量超过0.8或腐殖质含量超过10的土。,（2）影响强度的因素,块状生石灰,生石灰粉：块状磨细,消石灰粉：块状水消化熟石灰Ca(OH)2,2.灰质,消石灰粉或生石灰粉,级以上技术指标,尽量缩短存放时间.,

5、石灰剂量较低(小于3-4)时，石灰主要起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强度得到改善。 随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围时，强度增加不明显。,3.石灰剂量,存在最佳剂量范围 粘性土及粉性土为8-14； 砂性土为9-16。,促使石灰土发生物理化学变化，形成强度； 便于土的粉碎、拌和与压实，并且有利于养生。 掺入石灰后，增加，降低。 所用水应是干净可供饮用的水。,4.含水量,6.石灰土的龄期 石灰土强度具有随龄期增长的特点（180d）,5.密实度 石灰土的强度随密实度的增加而增长。 密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象少。,7.养生条件,养生条件主

6、要指温度与湿度。 养生条件不同，其强度也有差异。,温度：温度高时，物理化学反应、硬化、强度增长快，反之强度增长慢，在负温条件下甚至不增长。施工期的最低温度应在5以上，并在第一次重冰冻(-3-5)到来之前1个月1个半月完成。,湿度：在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。,2.石灰稳定土的体积收缩特征,（1）温度胀缩原因固体矿物组成和液相的热胀缩构成体积收缩。 温缩的最不利季节：要在当地气温进入0前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。 （2）干缩水分蒸发而产生。 干缩的最不利情况：在石灰稳定土成型初期，要重视初期养护，保证石灰土表面处于于潮湿状况，禁防干晒。,石灰稳定土不但具有

7、较高的抗压强度，而且也具有一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。 石灰稳定土可以用于各类路面的底基层。 石灰土水稳定性较差，不应做高速公路或一级公路的基层，必要时可以用作底基层。 在冰冻地区的潮湿路段及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层。,3.石灰稳定土的应用,路拌法施工,二、石灰粉煤灰(简称二灰)稳定土技术性质,定义：用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而成型的材料。 强度特征及影响因素 收缩特征及影响因素,特性： 具有水硬性，物理力学性质基本上与石灰土相似，但其强度与水稳定性都比石灰土好。 初期强度增长慢，尚有一定的塑性，达到一定龄期后，处于弹性工作状态，成板体

8、，具有刚性。 冷缩和干缩时，易产生裂缝。,三、 水泥稳定土技术性质,定义：在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。,特性： 足够的力学强度、抗水性和耐冻性。 其初期强度较高，且随龄期增长而增长。,1、强度形成原理,化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，以及水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等等。,物理化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等等。

9、,物理作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等等。,水化产物在土的孔隙中相互交织搭接，将土颗粒包覆连接起来，使土逐渐丧失了原有的塑性等性质，混合料逐渐坚固起来。,（1）水泥的水化作用 首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度的主要来源。,（2）离子交换作用,（3）化学激发作用,粘土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列， 这些矿物的组成和结构与水泥的水化产物都有很多类似之处，并且同样具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一

10、起，将粘土颗粒凝结成一个整体。,（4）碳酸化作用,Ca(OH)2 + CO2 + nH2O = CaCO3 + （n+1）H2O,碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，可以对土的基体起到填充和加固作用。,（1）土质,2、影响强度的因素,（2）水泥的剂量,（4）施工工艺过程,（3）含水量,（1）土质 用水泥稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好； 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数不大于17。,2、影响强度的因素,水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响。 通常硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差。 水泥剂量为4-8较为合理。,（2）水泥的成分和剂量,（3）含水量,使含水量达到最佳含水量的同时，也要满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。 水泥正常水化所需的水量约为水泥重的20。,（4）施工工艺过程,水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短，一般要在6h以内。 在水泥终凝时间达不到规定要求时，可以使用一定剂量的缓凝剂。 水泥稳定土需要湿治养生，以满足水泥水化形成强度的需要。,用途： 水