《道路建筑材料》 第六章 无机结合料稳定类材料 主讲人：延西利 教授 长安大学 公路学院

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2 《道路建筑材料》 第六章 无机结合料稳定类材料 主讲人：延西利 教授 长安大学 公路学院 http://202.117.64.98/ec/C24/index.asp

3 关于无机结合料稳定类材料授课 我们应该重点掌握： 1 ）是什么？种类？用途？ 2 ）力学特性、技术性能？ 注 意：注 意：  无机结合料  无机结合料稳定类材料，即：混合料；  科学、技术、生产（相互区别、相互关联）；  科学（可以用图表、符号及公式表达的学科）。 2

4 3 主要内容 概 述 6.1 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 6.2 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 6.3 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 6.4

5 4 6.1 概 述 1 ）土木工程： 道路材料  道路工程  公路工程  土木工程 民用工程（ Civil Engineering ）＝ 土木工程   军事工程（ Military Engineering ） 土木工程含：公路、铁路、房建、港航、水利 … 土木工程四大范畴：材料、结构、工艺、维修。 1. 材料的学科属性

6 55 6.1 概 述 2 ）土工材料 (Geomaterials) ： 用于土木工程的主体材料，如土、石、砖、碎砾石、水 稳混合料、二灰混合料、 BM 、 CC 等非金属材料。 其物理结构有三大类： 颗粒性材料 水硬性胶结材料 均质性材料 显然，无机结合料混合料  土工材料 [ 物理结构 ?] 1. 材料的学科属性

7 6 6.1 概 述 3 ）基本力学性质：颗粒性 与 粘弹性。 路面材料大多具有这样的二重性。 1. 材料的学科属性

8 7 1 ）材料通识：［如何认识、介绍、考察一个材料］ 产源  制作工艺  产品特征  使用性能。 2 ）基本定义：在土或碎 ( 砾 ) 石中加入无机结合料， 以改善其路用性能。 注：无机结合料［水泥、石灰、粉煤灰 … ］。 有机结合料［？］ 3 ）主要种类：目前的使用率依次为［水稳混合料、 二灰混合料、石灰土混合料］。 6.1 概 述 2. 关于无机结合料混合料

9 8 4 ）通常用途：主要用于路面的 ( 底 ) 基层。 5 ）基本特性：半刚性明显、板体性好、耐磨性差、 颗粒性、粘弹性 … 6.1 概 述 2. 关于无机结合料混合料

10 9 6 ）材料要求： ① 石灰的 CaO+MgO 含量， ② 水泥的类别和标号， ③ 粉煤灰的 SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 >70% 和烧失量  20%... 7 ）基本试验：击实试验、无侧限抗压试验。 要点：试件制作、养生、加载速度、设备标定。 8 ）应用问题：剂量，养生，工艺，裂缝 etc. 6.1 概 述 2. 关于无机结合料混合料

11 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 10 天然湖沥青 岩沥青  组成： 由不同性质和标号的水泥与集料 ( 或细粒土 ) ， 按比例配合而成。  种类：水泥土、水稳砂砾、水稳碎石 … 水泥稳定的材料范围很广。  说明：  水泥有硅酸盐、铝酸盐、矿渣、火山灰质等类别，一般 用普通硅酸盐 32.5 级；  主要用于路面 ( 底 ) 基层；  工程上，以水稳碎 ( 砾 ) 石为主。 1. 材料组成

12 11 天然湖沥青 岩沥青 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 2. 力学特性 1 ）强度构成特性： c-φ 值。 2 ）强度形成过程：［是 c-φ 值此消彼长的过程］ ① 水化硬凝反应， ② 离子交换作用， ③ 碳酸化作用。 3 ）影响因素：原材料（水泥、集料）的品质、剂量、水、 温度、压实、龄期 etc. 4 ）应力应变特性：  半刚性特性（ E ）；  颗粒性特性（ K ， σ 3 ）  水硬性胶结特性（龄期、水）；  粘弹性特性（ t ， T ） …

13 12 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 2. 力学特性 ［相对］半刚性特性 压实度与强度和模量

14 13 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 2. 力学特性 抗压强度与土质、龄期、养生温度 干缩系数与水泥剂量

15 14 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 3. 路用性能  为半刚性材料；  具有良好的整体性（板体性）；  足够的力学强度（压、弯拉）及刚度；  良好的水稳性和耐冻性；  耐磨性一般较差（不作面层）；  易缩裂（作基层时的致命弱点，水稳碎石较好）；  水泥用量  ，混合料强度显著  ，裂缝  （数量、宽度）；  不存在最佳水泥剂量，但有经济用量；  存在最佳含水量。

16 15 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 4. 组成设计  内容：通过试验选择合适的水泥、集料（或土）、级配、 合适水泥剂量、最佳混合料含水量。  试验： ① 重型击实试验； ② 无侧限抗压试验 ( 如 15×15cm ， 7d ， 50mm/min) 。  步骤： (1) 拟定配合比 ( 至少 3 个水泥用量 ) ，制备水稳 混合料； (2) 击实试验确定（ϒ dmax 、 ω opt ）； (3) 确定无侧限抗压强度（工地预定压实度）； (4) 根据试验结果，选择合适的配合比。

17 16 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 举例：《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的规定. 水泥稳定类材料用集料的技术要求 水泥剂量推荐值： (a= 水泥质量／集料质量）  《公路路面基层施工技术规范》推荐范围 3 ～ 16% ；  工程多用水稳碎石， 3.8 ～ 4.2%( 基层 ) 、 3.6 ～ 4.0%( 底基层 ) ；  土越细、塑限越大，剂量越大。 道路等级高速公路、一级公路二级及其以下公路 结构层位基 层基 层底基层基 层基 层 最大粒径 (mm)≤ 31.537.5 53 压碎值 (%)≤ 30 3540

18 17 6.2 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ) 举例：《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的规定. 水泥稳定类材料的压实度 (%) 及 7d 无侧限抗压强度 (MPa) 层 位层 位 稳 定类 型稳 定类 型 特重交通重、中交通轻交通 压实度抗压强度压实度抗压强度压实度抗压强度 基 层基 层 集 料集 料 ≥98 3.5 ～ 4.5 ≥98 3～43～4 ≥97 2.5 ～ 3.5 细粒土／ ≥96 底基层 集 料集 料 ≥97 ≥2.5 ≥97 ≥2.0 ≥96 ≥1.5 细粒土 ≥96 ≥95

19 18 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 1. 材料组成  组成： 由不同性质和等级的石灰与集料 ( 或细粒土 ) ， 按比例配合而成。  种类：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土 …  说明： 1) 石灰性质 ( 按 MgO 含量 ) 有钙质石灰、镁质 石灰，等级［优等品、一等品、合格品］； 2) 一般用于低等级公路的路面 ( 底 ) 基层； 3) 工程上以石灰土为主，但目前使用极少。

20 19 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 1 ）强度构成特性： c-φ 值。 2 ）强度形成过程：［是 c-φ 值此消彼长的过程］ 离子交换作用，碳酸化作用，结晶作用，火山灰作用。 3 ）影响因素：石灰的品质与剂量、土与集料的种类、 养生条件和龄期、压实程度 etc. 4 ）应力应变特性：  半刚性特性（ E ）；  颗粒性特性（ K ， σ 3 ）  水硬性胶结特性（龄期、水）；  粘弹性特性（ t ， T ） … 2. 力学特性

21 20 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 2. 力学特性 抗压强度与土质、石灰剂量 干缩系数与砂砾含量

22 21 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 3. 路用性能 基本性能［半刚性、整体性 ( 板体性 ) 、力学强度、开裂 等 ] 类似于［水稳混合料］；不存在最佳石灰剂量，但 有经济用量；存在最佳含水量。 但存在这样一些致命弱点：  耐磨性很差 ( 不利开放施工车辆，更不可作面层 ) ；  极易开裂，在面层产生较强的反射裂缝；  遇水表面软化，抗水冲刷能力差。

23 22 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 4. 组成设计  内容：通过试验选择合适的石灰、集料 ( 或土 ) 、级配、 合适石灰剂量、最佳混合料含水量。  试验： ① 重型击实试验， ② 无侧限抗压试验 ( 如 10×10cm ， 7d ， 50mm/min) 。  步骤： (1) 拟定配合比 ( 至少 3 个石灰用量 ) ，制备石灰土 混合料； (2) 击实试验确定 ( ϒ dmax 、 ω opt ) ； (3) 确定无侧限抗压强度 ( 工地预定压实度 ) ； (4) 根据试验结果，选择合适的配合比。

24 23 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ) 举例：《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的规定. 石灰稳定类材料用集料的技术要求 石灰剂量推荐值：（ a= 石灰质量／干土质量）  《公路路面基层施工技术规范》 : 砂砾土和碎石土 3 ～ 7 ％，粘性土 5 ～ 16% ；  土越细、塑限越大，剂量越大。 道路等级高速公路、一级公路二级及其以下公路 结构层位基 层基 层底基层基 层基 层 最大粒径 (mm)≤ /37.5 53 压碎值 (%)≤ /3530/3540

25 24 举例：《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的规定. 石灰稳定类材料的压实度 (%) 及 7d 无侧限抗压强度 (MPa) 层 位层 位 稳 定类 型稳 定类 型 重、中交通轻交通 压实度抗压强度压实度抗压强度 基 层基 层 集 料集 料 / ≥97≥0.5 细粒土 ≥95 ( 注 ) ≥0.8 底基层 集 料集 料 ≥97 ≥0.8 ≥96 ≥0.7 细粒土 ≥95 注：三、四级公路，压实机具有困难时，可降低 1 ％。 6.3 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 )

26 25 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 1. 材料组成  组成： 石灰＋粉煤灰＋集料 ( 或细粒土 ) ［按比例混合］ ＝二灰混合料。  种类：二灰土、二灰砂砾、二灰碎石 …  粉煤灰： 成份： SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 （成份 >70% ，烧失量  20% ）； 来源：火力发电厂、其它矿渣； 供应：曾经变废为宝，目前经济市场。

27 26 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 1 ）强度构成特性： c-φ 值。 2 ）强度形成过程：［是 c-φ 值此消彼长的长时间过程］ 初期类似于石灰土混合料，后期类似于水稳混合料。 3 ）影响因素：石灰和粉煤灰的活性成份与剂量、土与集料 的种类、养生温度和龄期、压实程度 etc. 4 ）应力应变特性：  半刚性特性（ E ）；  颗粒性特性（ K ， σ 3 ）  水硬性胶结特性（龄期、水）；  粘弹性特性（ t ， T ） … 2. 力学特性

28 27 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 2. 力学特性 举例 1 ：二灰碎石的养生温度与 7d 抗压强度 养生温度（ °C ） 203040 抗压强度 (MPa) 悬浮式二灰粒料 1.35/5.85 密实式二灰粒料 1.603.036.78 举例 2 ：二灰混合料的最大干缩应变及与石灰土的对比 混合料种类 二灰稳定粒料石灰 : 粉煤灰 : 碎石 : 土 二灰土石灰土 多粗集料多细集料含土 0 ％含土 23 ％ 最大干缩应 变 (x10 -3 ) 0.23-0.270.830.671.780.34-2.633.12-6.03

29 28 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 3. 路用性能 基本性能［半刚性、整体性 ( 板体性 ) 、力学强度、开裂等 ] 均相类似［无机结合料混合料］；不存在明显的最佳二灰 剂量，但有经济用量；存在最佳含水量。 注：配合比有［举例］参考值。 但存在这样一些差异：  强度形成慢，养生周期长，开放交通晚；  耐磨性介于前述二者之间；  不易开裂，防裂效果较好［粉煤灰可作防裂外掺剂］；  作路面 ( 底 ) 基层时，多用二灰碎石，几乎无二灰土。

30 29 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 4. 组成设计  内容：通过试验选择合适的石灰、粉煤灰、集料 ( 或土 ) 、 级配、合适二灰剂量、最佳混合料含水量。  试验： ① 重型击实试验， ② 无侧限抗压试验 ( 如 15×15cm ， 7d ， 50mm/min) 。  步骤： (1) 依据参考值，拟定配合比，制备二灰混合料； (2) 击实试验确定 ( ϒ dmax 、 ω opt ) ； (3) 确定无侧限抗压强度 ( 工地预定压实度 ) ； (4) 根据试验结果，选择合适的配合比。

31 30 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 举例： 石灰粉煤灰稳定类材料用集料的技术要求 石灰粉煤灰混合料的配合比参考值 道路等级高速公路、一级公路二级及其以下公路 结构层位基 层基 层底基层基 层基 层 最大粒径 (mm)≤ 31.537.5 53 压碎值 (%)≤ 3035 40 混合料类型材料比例及配合比 二灰石灰 : 粉煤灰 =1:2 ～ 1:9 二灰土石灰粉煤灰 : 土 ( 石灰 : 粉煤灰 )=30:70 ～ 90:10(1:2 ～ 1:4) 二灰集料石灰粉煤灰 : 集料 ( 石灰 : 粉煤灰 )=15:85 ～ 20:80(1:2 ～ 1:4)

32 31 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 ( 二灰混合料 ) 举例：《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的规定. 石灰粉煤灰稳定类材料的压实度 (%) 及 7d 无侧限抗压强度 (MPa) 层 位层 位 稳 定类 型稳 定类 型 特重、重、中交通轻 交 通轻 交 通 压实度抗压强度压实度抗压强度 基 层基 层 集 料集 料 ≥98≥0.8≥97 ≥0.6 细粒土 /≥96 底基层 集 料集 料 ≥97 ≥0.6 ≥96 ≥0.5 细粒土 ≥96≥95

33 32 思考题  试说明无机稳定类混合料的种类及其材料组成。  试在 σ-ε 坐标系中，相对于刚性和柔性材料，描述 无机稳定类混合料的半刚性特征。  简述水泥稳定碎 ( 砾 ) 石的强度形成过程和强度构成 特性，及二者的关联。  试说明石灰粉煤灰混合料的路用技术性能。  以水泥稳定碎 ( 砾 ) 石为例，试设计试验分析方案， 以确定无机稳定类混合料的配合比。

34 《道路建筑材料》 敬请关注后续章节！ 祝同学们学习愉快！