无机结合料稳定类混合料.ppt

6 无机结合料稳定类混合料 定义 在各种粉碎或原来松散的土 或矿质碎 砾 石 或工业废渣中 掺入一定数量的无机结合料 如石灰 水泥 及水 经拌和得到的混合料 经压实及养生后 具有一定的强度和稳定性 在广义上统称为无机结合料稳定类混合料 或无机结合料稳定土 路面基层材料的类型粒料类 级配型集料 填隙碎石结合料稳定类 有机结合料 沥青无机结合料 水泥 石灰 工业废渣 无机结合料石灰稳定类水泥稳定类水泥石灰稳定类石灰工业废渣稳定类 面层 基层 混合料矿质碎 砾 石 或工业废渣等细粒土 中粒土 粗粒土 结合料稳定类技术特性优点 整体性强 承载能力大 较为经济强度和刚度介于刚性混凝土和柔性粒料材料之间 缺点 耐久性差 平整度低 易产生干缩裂缝 起尘等 主要内容无机结合料稳定类混合料的技术特性 强度形成机理及其影响因素 收缩特性等无机结合料稳定类混合料的组成设计 实验法 击实试验 计算法 填充理论 6 1石灰稳定土 石灰土 用石灰稳定细粒土得到的混合料石灰稳定集料 用石灰稳定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂砾土 天然砂砾土 级配砂砾 无土 石灰碎石土 天然碎石土 级配碎石 包括未筛分碎石 结构类型 骨架密实式 粒料 80 悬浮式 粒料 50 6 1 1石灰 6 1 1 1石灰的生产 消化与硬化1 石灰的煅烧 CaCO3 CO2 CaO 生石灰 欠火石灰 过火石灰 陈伏2 石灰的消化 CaO H2O Ca OH 2 消石灰粉 水化反应进行速度快 消化时体积急剧膨胀 过火石灰 陈伏3 石灰的磨细 生石灰粉 提高 过火石灰 的利用率 克服 过火石灰 对体积不安定的危害4 石灰的硬化 Ca OH 2 结晶硬化碳酸化硬化 CO2 Ca OH 2 CaCO3 石灰不宜在长期潮湿的环境中或有水环境中使用 6 1 1 2石灰的品质要求 1 石灰的化学品质 f CaO f MgO含量 判定石灰质量 CO2含量2 石灰的技术要求 未消化残渣含量 细度 活性 游离水含量3 石灰的技术标准 教材P191 建材行业标准 JC 优等品 一等品和合格品 道路行业标准 JTJ034 93 3个等级 6 无机结合料稳定类混合料 定义 在各种粉碎或原来松散的土 或矿质碎 砾 石 或工业废渣中 掺入一定数量的无机结合料 如石灰 水泥 及水 经拌和得到的混合料 经压实及养生后 具有一定的强度和稳定性 在广义上统称为无机结合料稳定类混合料 或无机结合料稳定土 无机结合料稳定混合料 半刚性基层材料 6 1石灰稳定土 石灰土 用石灰稳定细粒土得到的混合料石灰稳定集料 用石灰稳定中粒土和粗粒土得到的混合料石灰砂砾土 天然砂砾土 级配砂砾 无土 石灰碎石土 天然碎石土 级配碎石 包括未筛分碎石 结构类型 骨架密实式 粒料 80 悬浮式 粒料 50 6 1 2石灰稳定土的技术性质 6 1 2 1石灰稳定土的强度1 强度形成机理 石灰与细粒土离子交换反应石灰自身硬化火山灰反应机械压实 离子交换反应 石灰中Ca OH 土中Na K 交换 减薄吸附水膜 土粒聚凝 易于压实 1 强度形成机理 石灰与细粒土 石灰硬化 胶结作用CaCO3 CO2 CaO 生石灰 CaO H2O Ca OH 2 消石灰 Ca OH 2 结晶硬化碳酸化硬化 CO2 Ca OH 2 CaCO3 1 强度形成机理 石灰与细粒土 火山灰反应复习反应条件 碱活性激发剂 Ca OH 2 石灰活性物质 Al2O3 SiO2 粘土 Al2O3 H2O Ca OH 2 水化铝酸钙 SiO2 H2O Ca OH 2 水化硅酸钙 1 强度形成机理 石灰与细粒土 1 反应条件 具有活性物质 活性SiO2和活性Al2O3 具有活性激发剂 激发活性材料潜在活性的物质Ca OH 2溶液 碱性激发剂 CaSO4 2H2O溶液 硫酸盐激发剂 2 反应机理SiO2 Ca OH 2 H2O CaOSiO2 mH2O不定型水化硅酸钙 凝胶 Al2O3 Ca OH 2 H2O CaOAl2O3 nH2O不定型水化铝酸钙 凝胶 Al2O3 CaSO4 2H2O 水化硫铝酸钙 钙矾石 火山灰反应 又称二次反应 机械压实 颗粒靠拢 形成紧密稳定结构总结 初期 离子交换压实作用中 后期 氢氧化钙的结晶和碳酸化反应火山灰反应 1 强度形成机理 2 石灰稳定土强度的影响因素石灰的质量与剂量 土质 养生条件与龄期 石灰 质量 活性 f CaO含量 细度 剂量 土 粘土矿物成分 Al2O3 SiO2 比表面积 塑性指数IP 集料图6 1 含水量 石灰消解 火山灰反应最佳含水量 压实图6 2 养生条件 温度 湿度 龄期 时间 图6 1矿质混合料类型与强度的关系 单纯用石灰稳定无粘性或无塑性指数的集料 效果远不如用石灰土稳定的效果 石灰稳定粉质粘土的强度 石灰稳定砂质粘土石灰稳定砂质粘土 石灰稳定均质砂 在适宜的含水量下压实 可以取得最佳的压实效果最大干密度 最佳含水量 压实功 最佳含水量 最大密实度 细料含量 最佳含水量 最大密实度 石灰剂量 最佳含水量 最大密实度 含水量与干密度的关系 3 强度指标 抗压强度 无侧限抗压强度配合比设计 施工质量控制 劈裂抗拉强度结构计算与验算 抗折强度 6 1 2 2收缩特征及其影响因素 1 温缩 因温度变化而造成的收缩 新生凝胶矿物 热胀冷缩程度大2 干缩 因含水量变化而造成的收缩 新生凝胶矿物 产生干缩的主要因素图6 3 收缩程度 石灰土 悬浮式粒料 密实式粒料 改善措施 选择材料 控制含水量 施工压实 养生条件 6 1 2 3耐久性 收缩裂缝图6 4 水稳定性 软化 冲刷图6 5 抗冻性石灰土和悬浮式石灰粒料禁止用作高等级路面的基层只宜作为高等级路面的底基层 或一般交通量道路的基层 砂砾体积率与干缩系数的关系 石灰稳定砂砾干缩系数 石灰土随着粒料含量 干缩系数 沥青路表翻浆 6 1 3石灰稳定类混合料组成材料的质量要求 石灰 3级以上消石灰生石灰 磨细生石灰 高速公路和一级公路 土 塑性指数范围宜为15 20硫酸盐含量不得超过0 8 有机质含量不得超过30 集料 级配碎石 未筛分碎石 砂砾 碎石土 砂砾土 煤矸石 粒状矿渣为无塑性指数的粒料或不含粘土的集料时 15 左右粘性土级配良好 当级配不好时 宜外加某种集料改善其级配 最大粒径压碎值水 6 1 4石灰稳定类混合料的组成设计 6 1 4 1设计要求确定混合料中组成材料比例石灰土 石灰剂量 石灰质量 干土质量石灰集料 石灰 土 碎石 或砂砾 确定混合料的最大干密度 max和最佳含水量 06 1 4 2石灰土配合比设计方法 实验法 1 确定石灰土中的石灰剂量2 石灰稳定集料的配合比设计 步骤1 确定石灰土的最佳含水量和最大干密度 石灰剂量范围的确定 石灰土的击实试验 注 括号中数据为内插值试件计算干密度 max 压实度 现场干密度 最大干密度 击实试验及强度检验结果 步骤2 强度检验 试件计算干密度 max 压实度 现场干密度 最大干密度 抗压强度试验 试件成型 试件养生 抗压强度表 计算强度特征参数强度平均值 强度变异系数 步骤3 确定石灰剂量 计算石灰土的配制强度 绘制强度与石灰剂量关系试验曲线 石灰剂量与试件7d抗压强度的关系曲线 2 石灰稳定集料的配合比设计 石灰土 碎石 或砾石 1 4按照石灰土强度确定石灰剂量强度测试 记录 6 2石灰工业废渣稳定土 石灰粉煤灰稳定土 常用工业废渣品种 粉煤灰 煤渣 高炉矿渣 钢渣以及其它冶金矿渣 煤矸石等矿物组成特点 活性Al2O3 SiO2或CaO 具有水硬性石灰粉煤灰稳定土二灰 石灰粉煤灰二灰土 石灰粉煤灰稳定细粒土二灰集料 或粒料 石灰粉煤灰稳定砂砾 碎石 矿渣 煤矸石等结构类型 悬浮式 粒料 50 密实式 粒料 80 6 2 1石灰粉煤灰稳定土的技术性质 6 2 1 1强度特征 强度形成机理石灰自硬 粉煤灰材料的火山灰反应石灰粉煤灰的填充作用集料的骨架作用机械压实 强度特点较高的强度和稳定性早期强度较低 有着较高的后期强度 强度的主要影响因素粒料比例粉煤灰掺量越高早期强度越低 但不影响后期强度养生温度 6 2 1 2收缩特征 粒料含量悬浮式二灰粒料 密实式二灰粒料 密实式二灰粒料平均干缩系数为55 10 6 温缩系数为4 2 10 6 悬浮式二灰粒料平均干缩系数为109 10 6 温缩系数为6 7 10 6 结合料剂量 粉煤灰用量 石灰剂量一定 粉煤灰用量 干缩系数和温缩系数 石灰剂量 粉煤灰用量一定 石灰剂量 干缩系数和温缩系数 排序石灰土 石灰砂砾 石灰粉煤灰 二灰稳定砂砾 6 2 1 3耐久性 稳定性 抗冻性有较石灰稳定类有显著的改善 温度收缩系数比石灰稳定类有所减小 二灰土收缩性虽小于石灰土和水泥土 但仍具有相当的干缩变形 不允许应用于高等级道路的上基层 6 2 2石灰粉煤灰稳定土组成材料的质量要求 石灰和粉煤灰 石灰质量 3级或3级以上消石灰或生石灰粉煤灰 SiO2 Al2O3 Fe2O3 70 烧失量 20 比面积 2500cm2 g湿粉煤灰的含水量 35 土 塑性指数12 20的粘性土 亚粘土 土中土块的最大尺寸 15mm 有机质含量 10 集料 最大粒径和压碎值级配 6 2 3石灰粉煤灰稳定土的配合比设计 目的 确定石灰剂量确定石灰与粉煤灰的比例确定结合料与集料的比例 实验法存在问题 工作量大 剂量3 5 2 15 2个试件试验结果不准确 最大干密度偏小 6 3水泥稳定土 分类水泥土 水泥稳定砂性土 粉性土和粘性土水泥砂 水泥稳定砂水泥稳定碎石 水泥稳定砂砾 水泥稳定级配碎石 未筛分碎石 砂砾等 6 3 2水泥稳定类土的组成材料及其技术要求 6 3 2 1水泥普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥复习终凝时间较长6 3 2 2土与集料适宜材料 级配碎石 未筛分碎石 砂砾 碎石土 砂砾土 煤矸石和各种粒状矿渣不宜材料 塑性指数较大的细粒土有机质含量超过2 或硫酸盐含量超过0 25 的土集料的颗粒组成 级配集料最大粒径和压碎值要求 与二灰稳定土相同 2 3常用硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 水泥强度等级和标号 意义 强度是水泥的重要技术性质之一也是划分水泥强度等级的主要依据强度等级 强度试验条件 水泥 标准砂 1 3 水灰比 0 5 试件4 4 16 标准养护 测定3d与28d抗压强度与抗折强度 型号 早强型R和普通型 根据3d强度 强度等级 硅酸盐水泥 42 5 42 5R 52 5 52 6R 62 5 62 5R普通水泥 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 6R表1硅酸盐水泥各龄期强度值影响强度等级因素 熟料矿物C3S C2S 强度 细度大 水化反应快并充分 强度高 2 3 3道路硅酸盐水泥 1 作用和使用要求 用途 供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求 抗折强度高干缩性小耐磨性好 2 3 3道路硅酸盐水泥 2 矿物组成对技术性能的影响 抗折强度高 C3S C4AF C3A f CaO 干缩性小 抗渗 抗冻 C3A C4AF 耐磨性好 C4AF C3S C3A 强度高 2 3 3道路硅酸盐水泥 3 化学品质要求 高铁低铝 C3S 51 60 以提高早期强度 尽早放开交通 C2S 不宜过多 其早期强度过低 C3A 5 考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF 16 提高水泥的抗折强度 控制碱含量 6 3水泥稳定土 水泥稳定土的特点具有较其它稳定土高的强度 刚度和稳定性与水泥混凝土的比较材料组成 水泥用量较低 允许混合料中含土施工方法 机械摊铺 碾压技术特性 强度小 耐久性差 抗裂性低 6 3 1水泥稳定类土的技术性质 6 3 1 1强度的形成与影响因素 强度形成水泥硬化火山灰反应离子交换会影响水泥的水化 使强度增长速度缓慢机械压实 6 3 1水泥稳定类土的技术性质 强度的主要影响因素 组成材料水泥剂量 相同材料时 水泥剂量 强度 土质图6 8集料级配改善级配可以明显增加水泥稳定集料的强度 养生温度图6 8 延迟时间 从加水拌和开始到碾压终了的时间图6 9延迟时间与水泥砂砾强度和干密度 图6 8土质 养生温度与强度的关系 相同养生温度 Ip 强度 相同龄期时 养生温度 强度 延迟时间与水泥砂砾强度和干密度 延迟时间越长 稳定土强度和密度的损失越大 在土质不变时 用终凝时间短的水泥时 延迟时间对混合料强度损失的影响大 在水泥不变的情况下 延迟时间为2h时 用中等粘土或砾质砂等制得的水泥稳定土强度可损失60 用原状砂砾或粗石灰石等 制得的混合料的强度损失只有20 左右 甚至没有损失 6 3 1 2收缩特性及影响因素 温度收缩 粘性土含量 温度收缩系数 干缩系数粒料含量 干缩系数 粘土矿物 干缩系数 水泥剂量图6 10含水量 含水量增加的影响 水泥用量增加的影响粒料土的塑性指数越大 含水量的影响越大 三种稳定土收缩系数的排序温缩系数 石灰土 石灰土砂砾 石灰粉煤灰 水泥砂砾 二