无机结合料材料及路面.ppt

1、第十讲 无机结合料材料及路面第一节第一节 概述概述第二节第二节 无机结合料稳定材料的特性无机结合料稳定材料的特性第三节第三节 石灰稳定类基层石灰稳定类基层/底基层底基层第四节第四节 水泥稳定类基层水泥稳定类基层/底基层底基层第五节第五节 工业废渣稳定类基层工业废渣稳定类基层/底基层底基层主要内容第一节 概述1.1 1.1 无机结合料稳定材料及其特点无机结合料稳定材料及其特点u 定义：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、或工业废渣等工业废渣等无机结合料无机结合料和和水水，拌和得到混合料经，拌和得到混合料经压实压实和和养生养生

2、后，其抗后，其抗压强度符合规定要求的材料。压强度符合规定要求的材料。u 由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料(如沥青混合料如沥青混合料)和刚和刚性材料性材料(如水泥混凝土如水泥混凝土)之间，所以也称为之间，所以也称为半刚性材料半刚性材料，由其铺筑的结，由其铺筑的结构层称为半刚性层。构层称为半刚性层。u 特点：特点：板体性好，板体性好，强度高、强度高、具有一定的抗拉强度；具有一定的抗拉强度；稳定性好稳定性好，抗冻，抗冻性强；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；性强；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；干缩、温缩大干缩、温缩大，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。

3、，耐磨性差，抗疲劳性也稍差。第一节 概述1.2 1.2 无机结合料稳定材料的种类无机结合料稳定材料的种类 （1 1）原材料的种类）原材料的种类 土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土 无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等 2 2）无机结合料稳定种类：）无机结合料稳定种类：细粒土：细粒土：二灰土二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土、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、粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、水泥稳定碎石水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂、二灰砂

4、、水泥砂 无土：二灰、二渣、水泥矿渣等无土：二灰、二渣、水泥矿渣等 第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.1 2.1 无机结合料稳定材料的应力无机结合料稳定材料的应力应变特性应变特性（1 1）强度和模量随）强度和模量随龄期龄期增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不同；同；（2 2）有较好的）有较好的板体性板体性，具有一定的抗拉性能；，具有一定的抗拉性能；（3 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）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；度与抗弯拉弹性

5、模量、干缩与温缩等来衡量材料的性能；（4 4）应力）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。及密实度以及龄期、温度等有关。（5 5）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（）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（7d7d、28d28d、90d90d、180d180d等）和不同的温度等）和不同的温度(淮河以北地区淮河以北地区 2020、淮河以南地区、淮河以南地区 25 )25 )来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用圆柱体试件。来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用

6、圆柱体试件。第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.1 2.1 无机结合料稳定材料的应力无机结合料稳定材料的应力应变特性应变特性无侧限抗压强度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弯拉强度试验示意图第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.1 2.1 无机结合料稳定材料的应力无机结合料稳定材料的应力应变特性应变特性 （1 1）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）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

7、龄期为定类材料的劈裂及模量的龄期为9090天天，对于石灰或者二灰稳定类的龄期，对于石灰或者二灰稳定类的龄期为为180180天天，水泥粉煤灰稳定类为，水泥粉煤灰稳定类为120120天天，材料组成设计，材料组成设计7 7天天的抗压强度。的抗压强度。（2 2）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）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，因此度，因此抗拉强度抗拉强度（劈裂强度）是（劈裂强度）是路面结构设计路面结构设计的主要指标，抗压强度的主要指标，抗压强度是是材料组成设计材料组成设计的主要指标。的主要指标。第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.2 2.2 无机结合

8、料稳定材料的龄期无机结合料稳定材料的龄期 （1 1）所谓疲劳是指在）所谓疲劳是指在荷载反复作用荷载反复作用下，材料的极限强度会随着下，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。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。（2 2）我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用）我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳劈裂疲劳；（3 3）无机结合料的疲劳寿命一般）无机结合料的疲劳寿命一般取决于取决于重复应力与重复荷载作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

9、数方程表示较合理，为：程表示较合理，为：或或第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.3 2.3 无机结合料稳定材料的疲劳特性无机结合料稳定材料的疲劳特性 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，但其试验，但其变异性变异性较大。较大。UTM试验机试验机室内小梁弯拉疲劳试验设备照片室内小梁弯拉疲劳试验设备照片（三分点加载）（三分点加载）第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.3 2.3 无机结合料稳定材料的疲劳特性无机结合料稳定材料的疲劳特性劈裂试验示意图劈裂试验示意图 同时由于同时由于劈裂试验劈裂试验更更能

10、反映材料在路面结构中能反映材料在路面结构中的受力状态，因此实际常的受力状态，因此实际常采用劈裂疲劳试验。采用劈裂疲劳试验。第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.3 2.3 无机结合料稳定材料的疲劳特性无机结合料稳定材料的疲劳特性 （4 4）通过不同）通过不同应力比应力比（应变水平）疲劳试验可测绘出疲劳曲线；（应变水平）疲劳试验可测绘出疲劳曲线；（5 5）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）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料的强度和刚度强度和刚度，强度愈大刚度愈小，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化，强度愈大刚度愈小，疲劳寿命就愈长；跟试

11、验温度的变化关系不大关系不大 。（6 6）f f/s s 50%水泥稳定类水泥稳定类 石灰粉煤灰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：对于稳定细粒土，三类半刚性材料的收缩性的大小排列为：石灰土石灰土 水泥土和水泥石灰土水泥土和水泥石灰土 石灰粉煤灰土石灰粉煤灰土（4 4）干缩的发生与预防）干缩的发生与预防 选择稳定剂种类与用量；选择稳定剂种类与用量；控制材料成型时的含水量及成型时机；控制材料成型时的含水量及成型时机；保湿养生。保湿养生。第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.4 2.4 无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性无机结合料稳定材料的干缩与温缩特

12、性u 无机结合料稳定材料的温缩无机结合料稳定材料的温缩 （1 1）收缩原理收缩原理：由固相、液相和气相组成。半刚性材料的外观胀缩：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。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，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，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒粉粒以下的颗粒温度收缩温度收缩较大。较大。（2 2）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）温缩影响因素：无机结合料稳定材

13、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物理力学特性2.4 2.4 无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性u 无机结合料稳定材料的温缩无机结合料稳定材料的温缩 （3 3）不同材料的温缩比较）不同材料的温缩比较 石灰土砂砾（石灰土砂砾（16.716.71010-6-6）悬浮二灰粒料（悬浮二灰粒料（15.315.31010-6-6）密实式密实式二灰粒料（二灰粒料（11.411.41010-6-6）和水泥砂砾（）和水泥砂砾（5 57 7水泥剂量为水泥剂量为

14、101015151010-6-6）（4 4）温缩的发生时节及控制）温缩的发生时节及控制 时节：冬季低温时节：冬季低温 控制：选择材料种类与配比控制：选择材料种类与配比第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.4 2.4 无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性u 无机结合料稳定材料的温缩无机结合料稳定材料的温缩半刚性基层修建初期，半刚性材料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同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用。合作用。经过一定龄期的养生，半刚性经过一定龄期的养生，半刚性材料的变形以温度收缩为主。材料的变形以温度收缩为主。第二节 无机结合料

15、稳定材料的物理力学特性2.4 2.4 无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性 稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝；上形成反射裂缝；裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害；裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害；稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染稳定细粒土基层对施工环境和工序的要求更加严格，会导致施工

16、污染或者施工质量差等不利情况。或者施工质量差等不利情况。（1 1）注意无机结合料稳定材料类型选择；）注意无机结合料稳定材料类型选择；稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜不宜用作高等级道用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于：路沥青路面的基层，原因在于：第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性2.4 2.4 无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性无机结合料稳定材料的干缩与温缩特性2.5 2.5 无机结合料稳定材料的施工注意事项无机结合料稳定材料的施工注意事项（2 2）注意施工季节；）注意施工季节；（3 3）注意材料组成设计；）注意材料组成设计；（4 4）注意施工含水量、压实度、强度等控）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围；制在规定的范围；（5 5）注意养生与保湿；）注意养生与保湿；（6 6）注意养生期间减少施工车辆。）注意养生期间减少施工车辆。第二节 无机结合料稳定材料的物理力学特性3.1 3.1 石灰稳定基层石灰稳定基层/底基层的概念和特点底基层的概念和特点 第三节 石灰稳定类基层/底基层u 在粉碎的土或原状松散的土（