加固土原理精品课件

1、加固土原理第1页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土概述定义 加固土又称为稳定土，是通过一定的措施改善土的物理力学性质、以适应工程技术需要的一项技术手段。加固土的主要目的是提高土的结构强度，稳定土则主要提高土的水稳性。用途 加固土主要用于各种构造物的基础，由于我国的路面结构大多采用半刚性基层沥青路面，其中的半刚性基层大多采用加固土材料，所以加固土技术在道路工程中的应用具有极为重要的意义。 第2页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土概述加固土特点 在道路基层中采用加固土能够较好的满足强度、水稳性、耐久性等路用要求。特别是材料选择广泛、施工技术简

2、单、经济适用等特点，一直以来都是路面基层结构的最主要形式。加固土类型 根据方法的不同可分为机械方法、物理方法、化学方法和技术处理方法等； 根据粒径的大小分为粗粒料类和细粒料类； 根据起胶结材料的不同可分为无机胶结材料类和有机胶结材料类； 根据无机胶结材料分为石灰类、水泥类或水泥石灰综合稳定类；加固土目标 高的力学强度； 适宜的刚度； 高的稳定性； 第3页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一第一章 土第4页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土中粘土矿物（1）这里所说的土是指经历风化过程所形成的不同成分的第四纪表层细屑土和塑性土，它包括有多种矿物成分和粒度

3、成分，是一种多相分散体。土中的矿物种类很多，但土中最活跃和最重要的部分是那些次生矿物，即粘土矿物，这些矿物是原生硅酸盐和铝酸盐矿物经历风化过程后分解出的胶体类物质；粘土矿物主要代表是蒙脱石、高岭石、伊利石和石英等；粘土矿物的主要元素组成是氧、硅、铝。矿物组成主要是由硅氧四面体组成的水合硅土层和由铝氧八面体组成的铝矾土组配而成。其中高岭土由一层水合硅土层和一层铝矾土组合而成；蒙脱土是由两层水合硅土层中间夹一层铝矾土组成，而伊利土结构与与蒙脱土类似，只是晶格中部分硅被铝所取代，不足的正电荷通过吸附钾离子来平衡。第5页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土中粘土矿物（2）粘土矿物

4、性质粘土矿物具有较高的分散性和较强的吸附力，并具有较高的塑性、亲水性和遇水膨胀性；粘土矿物表面带有一定的未平衡的电荷，这些电荷极易吸附带相反电荷的物质。当粘土矿物与水混合后，能够在粘土矿物胶体颗粒表面中形成扩散双电层；粘土矿物性质粘土矿物性质依高岭土、伊利土和蒙脱土的顺序，相应的比表面积、分散性、吸附能力、离子交换容量、亲水性、塑性、膨胀性等性能依次增大。第6页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的粒度成分土的粒度成分表征土的分散性，随土颗粒粒径的增大，其分散程度也随之提高；通常砂粒粒径为20.074mm、粉粒粒径为0.0740.002mm、粘粒粒径0.002mm；可以通

5、过土的塑性指数来反映土的分散程度，塑性指数Ip愈大的土，粘粒含量愈多，其分散程度就愈高；土中细分散部分，具有较高的化学活波性，对土的工程性质起着关键作用。随土中粘粒成分的增加，土的水稳性变差；但当采用胶结材料进行加固时，这些粘粒成分是最活跃的部分，它对加固土的结构强度形成又起到十分积极的作用。所以，土中一定数量的粘粒含量，对任何一种加固方法都是十分必要的。第7页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土中的水分土是由土颗粒、水和气体组成的三相体；土质学将土中的水分为化合水、结晶水、紧密结合水、松弛结合水、游离水、气态水和固态水等几种形式；土中的水不仅是土和结合料之间发生相互反应

6、、实现加固稳定目标的必要条件，也是实施加固过程中必不可少的施工工艺条件。所以加固土的最佳含水量必须是在考虑结合料的性质和加固土性质的基础上加以确定；土中的水通常是溶解了一定物质的溶液，该溶液的性质取决于溶解的物质类型、浓度大小，以及溶液的pH值的高低等因素。第8页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的电化学性质第9页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一第二章 加固土原理综述第10页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的强度与稳定性土体强度（1）根据库仑定律，土体的强度在于土粒之间的粘聚力和土粒之间的内摩阻力；对于无粘性土，土体强度

7、主要来源于内摩阻力，土颗粒之间的摩擦性是控制土的抗剪强度发展的主要原因；粘性土的强度是由粘聚性和内摩阻力两部分构成，其中粘聚性占主要地位；第11页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的强度与稳定性土体强度（2）粘性土的粘聚力分为原始粘聚力（通过土粒之间的相互作用形成）和固化粘聚力（通过土中天然胶结物质的作用而产生）。原始粘聚力形成的根源就是土颗粒间的电化学力，该力主要以范德华力和库仑力来体现。其中的范德华力是以引力为主，而库仑力当以正负电荷相作用时是引力，同性电荷作用时是斥力；固化粘聚力来源于土中原先存在的天然胶结物，包括凝胶和非水溶性盐类物质。这些物质以薄膜的方式包裹土

8、粒，并渗入土的孔隙中，从而将土颗粒胶结起来。第12页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的强度与稳定性土中的水分（1） 土体的强度在很大程度上随土中含水量的不同而变化，通常随土中含水量的增加而降低。这种影响对土中粘土矿物尤其如此：水的侵入引起粘土矿物与水发生强烈作用，致使土粒周围的结合水膜加厚，造成土颗粒相互间疏远，使原始粘聚力减弱；水的侵入使形成固化粘聚力的某些水溶性胶结物遇水后溶解，导致固化粘聚力减弱；水还起着润滑作用，降低土粒之间的内摩阻力。大量水的浸入最终导致土体离散，形成湿坍和水化现象。第13页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的强度与稳

9、定性土中的水分（2） 粘土遇水后的体积变化和强度变化通常是由于物理作用（润滑）、物理化学作用（吸附）和化学作用（溶解）造成的。物理化学作用与土粒表面的亲水性有关；化学作用则取决于水对土中胶结物的溶解能力及其相互发生化学反应的能力。第14页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一土的强度与稳定性影响土体稳定性因素影响土体稳定性的因素主要有土的分散度、土的成分、土中天然胶结物质的性质，以及土体的密实度等。土中粘土胶粒的含量越多，遇水后膨胀性越强烈，强度降低的也越多，粘土矿物中蒙脱土矿物的亲水性强，遇水后膨胀量大；而高岭土矿物的亲水性较小，遇水膨胀量小；有机质的存在对土体的水稳性不利

10、；吸附性阳离子电价越高，土体膨胀量越小。水溶性的胶结物遇水后丧失其胶结能力，水对抗水性较强的胶结物质影响较小。土体的密实度越大，则空隙率越小，水不易侵入土体，因而水稳性较好。第15页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土基本原理土加固稳定经历的主要过程化学过程：这一过程又可分为结合料自身的化学反应、结合料与土粒之间的化学反应以及土粒自身的化学反应等。物理化学过程：主要指土粒对结合料的各种吸附过程，其中物理吸附、物理化学吸附和化学吸附对加固土具有特别重要的意义。物理力学过程：主要包括粉碎土团、拌和及压实等过程。第16页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期

11、一加固土基本原理土加固稳定的主要过程根据不同加固稳定方法，三种过程中的某一过程可能占主导地位，但三种过程相互联系、彼此配合和相互促进。只有产生化学过程和物理化学过程才能使土的强度与稳定性得到根本改善，而物理力学过程可加速并保证化学过程和物理力学过程的充分发生。第17页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本结构类型通过结合料自身或与土粒之间的作用，形成两种键合结构：凝聚结构和结晶缩合结构。凝聚结构是一种简单的结构形式，所产生的凝聚键合是通过液相薄层形成。液相膜越薄，键合强度则越高。该结构具有粘弹性及塑性，结构破坏后可以得到一定程度的恢复；但这种结构的强度一般较低。结

12、晶缩合结构是通过化学反应产生新的固相结晶体并进一步脱水缩合形成。这种结构具有较高的强度和刚度，但机械破坏后难以恢复。第18页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本结构类型改善不同结构类型效果的途径（1）为提高凝聚结构的稳定性，可采用一下措施： （1）提高土体的密实度，以增加土粒之间的接触点和减薄液相膜的厚度，机械压实是实现这一目标的最简单、最有效的方法，也是各种加固土方法中普遍采用的一种基本技术措施。同时，采用最佳级配的混合料也是实现这一目标的有效措施之一。 （2）往土中掺加粘性比水大、且在水中难以溶解的液相结合料（如沥青材料），使之在土粒和土团之间形成较为坚强稳

13、定的薄膜。 （3）往土中参加含有高价阳离子物质，以通过离子交换和增加溶液中离子浓度而减薄双电层厚度，使粘土胶粒凝聚成稳定的微团粒，从而降低吸湿性。第19页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本结构类型改善不同结构类型效果的途径（2）为在土中形成较为坚强稳定的结晶缩合结构，可采用如下措施： （1）排出土中结晶水及化学结合水，使土中矿物脱水缩合重新结晶，或使矿物熔化后重新结晶形成新的共晶体，都可形成结晶缩合结构。如将土加热到一定高的温度时，就可达到这一目标； （2）往土中掺加一些能够脱水或与土发生反应而产生新固相结晶体物质，这些晶粒在土体中结合成空间结构网，把土粒及土

14、团粒包裹于结构网中。用水泥、石灰等无机结合料加固土就是实现这一目标的一种经济而有效的方法； （3）往土中掺加一些能发展化学结合网的物质，通过聚合而生成高聚物，牢固地把土粒胶结成一个整体。采用高聚物类材料（如脲醛树脂、糠醛树脂等）对土进行加固就属此类措施。第20页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本原则（1）对土进行加固稳定必需遵循以下一些基本原则： （1）加固土的两大目标一是提高土的水稳性，二是提高土的结构强度，其中提高土的水稳性显得更为重要。 （2）土粒吸湿的根本原因是由于土矿物表面存在未补偿的活动中心，主要是未补偿的氧原子和羟基基团。水通过在土粒表面未补偿原

15、子相互作用形成水分子初始吸附层，然后逐渐加厚。所以，为使土粒憎水，就必需平衡土粒的活动中心。土粒的吸湿也源于粘土胶粒周围所吸附的反离子层的水化。因此，减薄双电层的厚度也是降低土粒吸湿性的一种有效途径。第21页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本原则（2） （3）采用结合料进行土的加固时，不应破坏土中原有微团粒和团粒结构，这些团粒有助于土的加固效果。通过胶结材料与土之间的相互作用，促进微团粒水稳性； （4）土中的细分散部分（主要指胶体颗粒）具有较高的比表面积和表面自由能，表现出明显的吸附、水化、凝集、凝聚等表面性能，是土中最活跃的部分。充分利用土中这些细粒分散部分

16、的特点，有目的地采取措施使这些细粒部分发生反应，形成更高稳定性的结构；第22页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本原则（3）（5）加固土方法的拟定，要尽可能促进加固土内部化学和物理反应，尤其是强化化学反应的程度。因为只有通过化学反应，使结合料或土粒自身、或结合料与土之间作用生成新的不溶物质，才能在土体中形成坚强的空间结构网，使土体的结构强度和水稳性都得到显著的提高；（6）凝聚结构只能在一定程度上提高土的水稳性和联结强度，只有生成稳定的结晶结构和缩合结构才能使土的结构强度得到根本改善与提高。因此，加固土方法的拟定，必须致力于在土中生成稳定的结晶缩合结构；第23页，

17、共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一加固土的基本原则（4）综合加固土是最有效地发挥各种结合料作用、提高加固效果的一种经济合理的途径。在某使用一结合料为主的同时，掺加一定数量其它结合料、或少量表面活性物质、电解质及其它一些活性外掺剂，可保证或加强化学反应和物理化学反应过程，从而显著提高加固效果；在使用结合料加固土时，其加固效果主要取决于：结合料的自身粘结力； 结合料与土粒之间的结合力； 在结合料的作用下土的性质改变程度； 在结构形成过程中的温度、湿度条件； 工艺过程等。第24页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一第三章 石灰加固土第25页，共61页，2022

18、年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（1）土中掺入石灰后，石灰与土之间发生了强烈的相互作用，从而使土的性质发生根本改变。在初期表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量的增加和最大干密度减小等；后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而使石灰土的板体性、强度及稳定性得以提高。第26页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（2） 离子交换反应 石灰与土粒之间发生离子交换反应：粘土颗粒表面常常吸附一些低价态离子，比如K、Na 、H等，石灰掺入土中后，在水的参与下石灰解离出高价Ca2离子，而Ca2与K、Na 、H等离子发生交换反应，其结果使得土颗粒表面的吸附双电层

19、减薄，粘土颗粒发生聚结。 这种交换反应的结果导致土的分散性降低和粘聚性提高，土的微团粒结构强度和稳定性得以提高，是造成石灰土早期变化的主要原因。第27页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（3） 石灰重结晶反应 熟石灰中氢氧化钙吸收水分形成含有结晶水的氢氧化钙物质： Ca(OH)2+nH2O Ca(OH)2 nH2O 形成的晶体产物相互结合，并与土粒结合起来形成共晶体，把土粒胶结成整体。同时，生成的带有结晶水的氢氧化钙具有较小的溶解度，因而使石灰土的水稳性得到提高。第28页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（4） 石灰碳酸化

20、反应 氢氧化钙碳酸化反应是指Ca(OH)2与空气中或水中溶解的CO2反应，生成CaCO3过程： Ca(OH)2 CO2 CaCO3+H2 生成物碳酸钙具有较高的强度与水稳性，它对土的胶结作用起到了促进作用。由于反应发生在土粒表面，所生成的碳酸钙成为硬壳覆盖在土粒表面，延缓或阻碍这一反应的进行，所以石灰的碳酸化反应是个缓慢而长期的过程。第29页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（5） 石灰与土之间的火山灰反应 土中的一些活性成分，如活性氧化硅、活性氧化铝在石灰碱性条件的激发下从土中解离，并在水的参与下和Ca(OH)2反应，生成含水的硅酸钙和铝酸钙物质： xCa

21、(OH)2SiO2+nH2O=xCaOSiO2(n+x) H2O yCa(OH)2Al2O3+nH2O=yCaOAl2O3(n+y) H2O 火山灰反应产物与水泥水化反应后的产物相类似，是一种水稳性良好的胶结材料。由于这种反应是在不断吸收水分的情况下逐渐发生的，因而产物具有水硬性的特点。第30页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰加固土原理（6） 综上所述，石灰加入土中以后，经过物理作用、物理化学作用和化学作用，使石灰土发生团聚，随之有凝胶物生成，构成凝胶结构。随龄期的增长，各种产物结晶体不断发育生长，形成结晶体的网架结构。随龄期的继续发展，凝胶物结构层加厚，结晶的网架

22、结构加密，形成了凝胶结晶的网状混合结构，并逐渐向结晶缩合结构转化，使整个结构的强度、刚度和水稳性得到不断提高和改善。第31页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一影响石灰加固土效果的因素土质因素石灰土的强度随土中的粘粒含量的增多和塑性指数的增大而增大，说明土中粘土矿物增大塑性指数增大，使得土的化学活性增强，有利于石灰与土的相互作用；石灰土的强度随土的pH值的增大而增大，说明土中溶液的碱性较大时，有利于土中硅铝矿物等的解离，从而促进石灰与土之间火山灰反应以及其它化学反应的进行；石灰土的强度有随土中CaCO3含量的增加而增大的趋势，其原因为CaCO3是一种难溶盐，具有一定的胶结性

23、，可使土的粘聚力得以加强。石灰土的强度随土中有机质含量的增多而降低，这是因为有机质一般呈酸性反应，使土的pH值降低。另外，有机质本身的水稳性较差，遇水明显膨胀，使土的强度降低；石灰土的强度有随土的硅铝率的增大而减少的趋势，说明硅铝率增大，土中扩张性晶格的粘土矿物增多，因而水稳性降低。第32页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一影响石灰加固土效果的因素石灰因素（1）各种石灰均可用于加固土，其中白云石石灰的效果优于方解石石灰；石灰等级越高，活性CaO和活性MgO的含量就越高，在同样石灰剂量下加固效果越好；石灰细度越大，其比表面积越大，在相同剂量下与土粒作用就越充分，反应的速度就

24、越快，因而加固效果就越好；生石灰由于消结过程放出的热量能够加以利用，同时刚消结的石灰其活性和溶解度都较高，所以生石灰加固效果由于熟石灰的效果；第33页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一影响石灰加固土效果的因素石灰因素（2）石灰剂量较低时（23），石灰主要起稳定作用，使土的塑性、膨胀性、吸水量等降低，初步具有水稳性；随石灰剂量的增加，石灰土的强度与稳定性均得以提高；当石灰剂量超过某一剂量后，过多的石灰在土的孔隙中以自由石灰存在，继续增加石灰剂量反倒引起土强度的降低。因此，石灰加固土具有一个最佳石灰剂量。不同土质具有不同的最佳石灰剂量，土质越粘、土中扩张性晶格的粘土矿物越多时

25、，最佳石灰剂量也就越高。不同龄期的石灰土表现出不同的最佳石灰剂量，在28d龄期内，最佳剂量随龄期的增大而增大，28d龄期之后基本趋于稳定。第34页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一影响石灰加固土效果的因素养生条件较高的养生温度，有利于石灰土的强度形成和发展；适宜的湿度同样有利于石灰土强度的形成，但过高的湿度将不利于强度的形成，原因在于湿度过大影响了新生产物的胶结效果和硬化程度；石灰土强度发展与龄期之间呈指数规律： 式中：RT不同龄期时的强度（MPa） t龄期（d） R1龄期为1d的抗压强度（MPa） a试验常数第35页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期

26、一提高石灰加固土早期强度措施 采用石灰作为胶结材料的加固土，一个明显的不足是其早期强度相对较低，现行规范对石灰类加固土7d强度最高要求还不到1PMa。尤其是在环境温度较低时，强度发展很慢，影响了石灰加固土应用时早日开放交通。 提高石灰土强度的措施有：掺加粗粒料、使用外加剂、加入水泥等。第36页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施掺入粗粒料 石灰土中掺入粗粒料，依靠其固有的棱角间嵌挤作用，能够显著提高加固土内部的内摩阻力和初期的承载能力。所以如今的路面基层中大多使用一定数量的粒料，特别是高等级公路的修建过程中，规范强调必需在基层中要掺入粗粒料。第37

27、页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施掺入水泥从石灰加固土原理可知，石灰土强度形成主要是通过石灰与土之间的相互作用实现的，而这种过程需要一个相对较长的时间，所以石灰土的早期强度较低。当在石灰土中掺入一定数量的水泥，情况就有了明显的改变。最根本的原因在于是水泥自身的水化硬化就能够形成加固土所需要的结构强度，而这种过程在相对较短的时间就能够形成，从而能显著改善石灰土的早期强度。第38页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施掺入外加剂利用化学试剂来改善石灰土早期强度，也是一个行之有效的方法。大致划分，适宜的化学

28、外掺剂有碱性类试剂、盐类试剂等；碱性试剂有氢氧化钠、氢氧化钾等；盐类试剂包括碳酸钠、硫酸钠、氯化钙、硫酸钙等。工程实际中常用外加剂有碱性碳酸钠和中性硫酸钠。第39页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施外加剂应用原理（1）碱性碳酸钠（Na2CO3）作用原理（1）Na2CO3在水中解离： Na2CO3 2Na+CO32-（2） CO32-一方面水中水解，产生OH ： CO32- H2O=HCO3OH（3） CO32-另一方面与石灰反应，生成Ca2CO3： CO32- Ca(OH)2 =CaCO3+ 2OH（4）水解产生的碱性OH 用于激发土中活性氧化硅

29、和活性氧化铝发生火山灰反应。第40页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施外加剂应用原理（2）中性盐硫酸钠（Na2SO4）作用原理（1） Na2SO4在水中解离： Na2SO42NaSO42（2）SO42与石灰反应，生成CaSO4并释放出OH： SO42 Ca(OH)2 =CaSO4 + 2OH（3）产生的碱性OH 用于激发土中活性氧化硅和活性氧化铝发生火山灰反应；（4）火山灰反应产物之一的水化铝酸钙（CaOAl2O3nH2O ）和CaSO4生成水化硫铝酸钙，也就是钙矾石，该产物具有增密和增强作用： CaOAl2O3nH2O CaSO4 CaOAl2

30、O3 3CaSO4 nH2O 第41页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一提高石灰加固土早期强度措施外加剂应用原理（3）可见化学外加剂作用原理在于：一方面直接与石灰反应生成具有胶结作用的难溶物质（ CaCO3 和CaSO4 ），起到促进加固土形成结构强度的作用；另一方面是释放出大量氢氧根离子（ OH ），为火山灰反应提供必要条件，促使火山灰反应的进行。而后者起到的作用更为重要；外加剂早强效果特别显著，通常加入这两类外加剂的石灰加固土7d强度都会超过不加外加剂石灰土28d强度，而且在环境温度较低的条件下同样可以发挥作用；外加剂用量相对较低，通常是细细粒土数量的12，可以固态颗

31、粒方式直接加入搅拌均匀即可。第42页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一第四章 石灰粉煤灰类加固土第43页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一石灰粉煤灰类加固土在石灰加固土中加入粉煤灰替代一定数量的土和全部将土替换，利用粉煤灰独特性质，来改善石灰加固土的路用性能；石灰粉煤灰类加固土简称二灰土，所用的粉煤灰是火力发电厂排放的废渣，含有大量的能够与石灰作用的活性物质，在一定条件下经多种反应形成具有良好路用行能的板体结构；现行规范中以二灰为主要材料的基层和底基层的路面结构形式占了50以上。第44页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一路用粉煤

32、灰特点（1）化学组成上：粉煤灰中含有大量有效成分氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3），在大多数情况下二者含量达到70以上。这些成分是采用石灰进行加固稳定时发挥作用的关键组分；粒径组成上：粉煤灰中含有相当数量的空心球体，其颗粒粒径大多集中在0.0020.1mm之间，具有较高的内表面积；矿物结构上：目前我国火力发电厂排灰时大多采用静电吸尘的干排过程，粉煤灰由高温状态向低温状态转换持续较长时间，所以温度梯度明显偏低，形成的粉煤灰结构比较稳定，因而我国大多数电厂排放的粉煤灰活性不足。第45页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一路用粉煤灰特点（2）实践中发现，我国一些地区的火力发

33、电厂排放的粉煤灰很难用石灰加以稳定，石灰粉煤灰混合后经历很长龄期后仍然无法形成一定的结构强度，这就是所谓的低活性粉煤灰，造成这种现象的原因在于粉煤灰形成过程的热历史所决定。粉煤灰在排放时经历由高温向低温转换的过程，如该过程所经历的温度梯度较大，则粉煤灰就能够积聚较高的内聚能，具有较高的反应活性；反之如果温度梯度较小，则粉煤灰所积聚的内聚能就较小，形成的结构相对稳定，其反应活性就相对较低。低活性粉煤灰就是因排放时热历史不利过程，使粉煤灰物质结构非常稳定，在一般条件下难以同石灰反应形成结构强度。只有采用特殊措施才能利用这中低活性粉煤灰。第46页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期

34、一粉煤灰路用技术指标 交通部现行路面基层施工规范要求路用粉煤灰应：氧化硅（ SiO2 ）、氧化铝（ Al2O3 ）和氧化铁（Fe2O3）含量不低于70；烧失量不大于20；比表面积不小于2500cm2/g；第47页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一二灰之间反应特点与石灰土作用原理相类似，除了石灰自身的重结晶反应和碳酸化反应之外，石灰与粉煤灰之间也发生离子交换反应和火山灰反应；由于粉煤灰在结构上的稳定性，二灰在早期反应的程度有限，早期强度仍然不高；因为粉煤灰含有较多的有效成分，参与火山灰反应的物质含量很高，随龄期增长，二灰之间具有较高的反应潜力，也就是具有较高的后期强度，所以

35、二灰类基层材料在整体上路用性能上同单一石灰稳定土相比有明显的优势；第48页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一二灰类材料组成石灰和粉煤灰掺配比例很宽，可以从1:1到1:9，通常适宜的比例在1:21:4；二灰比例可以通过二者之间在不同比例条件下性能变化规律（大多采用一定龄期下的饱水抗压强度）并结合粉煤灰资源综合加以确定；二灰既可以二者单独使用，也可以一定比例与土或粒料混合应使用。二灰土一般用于底基层，而二灰粒料则用于高等级路面基层；考虑到减缓路面基层反射裂缝的要求，现行规范要求二灰材料中的粒料数量不能低于80，并最好使粗粒料颗粒之间形成骨架结构；第49页，共61页，2022年

36、，5月20日，14点51分，星期一二灰类材料施工特性由于粉煤灰材料自身在结构和化学组成上的特点，使得二灰材料在是施工过程中表现出一些独有的施工特性：拌和后施工的可延迟性；早期结构强度的可恢复性；与沥青路面施工的可连续性。第50页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一第五章 水泥加固土第51页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一水泥加固土原理（1）在土中加入少量水泥就能改变土的性质，原因在于水泥分布在土中构成坚固核心，不多的水泥用量下就可能在土的空隙形成水化水泥连续骨架结构，以此约束土颗粒。在水泥加固土中，由于水泥用量很少，水泥的水化完全是在土的影响下进行的

37、，土对这一过程起着很大的影响，同时水泥的凝结速度比在水泥混凝土中进行的要缓慢。第52页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一水泥加固土原理（2）水泥的水化依靠水泥水化反应是水泥加固土形成强度的最根本原因，这些水化反应主要有：硅酸三钙（3CaOSiO2）的水化反应硅酸三钙在水泥中含量最高，水化程度对最终的强度形成影响也最大。 2 (3CaOSiO2 )6H2O=3(CaO2SiO23H2O )3Ca(OH)2硅酸二钙（2CaOSiO2）的水化反应硅酸二钙的含量也比较高，水化效果主要表现在后期强度上。 2 (2CaOSiO2 )4H2O=3(CaO2SiO23H2O )Ca(OH

38、)2铝酸三钙(3CaOAl2O3)反应迅速，影响水泥的早凝。 3CaOAl2O3+ 6H2O=3CaOAl2O36H2O铁铝酸钙(4CaOAl2O3Fe2O3)能够促进早期强度。 4CaOAl2O3Fe2O32Ca(OH)210H2O3CaOAl2O36H2O3CaOFe2O36H2O硫酸钙(CaSO4)与硫酸三钙反应，生成钙矾石。 3 CaSO4 3CaOAl2O332H2O 3CaOAl2O3 3 CaSO4 32H2O第53页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一水泥加固土原理（3）水泥二次反应上述水化过程生成的氢氧化钙可以继续与土发生二次反应，其中包括氢氧化钙中解离出

39、的Ca2与土发生交换反应、氢氧化钙自身的碳酸化反应和氢氧化钙与土之间发生的硬凝反应（火山灰反应）等；二次反应过程与石灰加固土反应大致相同，但水化过程形成的氢氧化钙具有更高的反应活性，更加积极地参与上述反应；依靠水泥的水化反应将土颗粒包裹起来，而氢氧化钙的二次反应将与被包裹的土粒进一步反应形成稳定的团粒，从而将土连成一个坚固的整体。第54页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一水泥加固土原理（3）水泥加固土特点水泥加固土中水泥发生的水化反应与通常混凝土的水化反应相比，具有一些独有特点，这些特点原因在于：（1）土具有非常高的比表面及亲水性；（2）水泥土混合料中水泥数量明显偏少；（

40、3）土对水泥水解产物具有强烈的吸附性；（4）土是水泥水化后形成的水泥石结构进一步完善所需水的来源。因此当加固土中水泥数量较少时，土的高比表面使分布在土微团粒间的水泥石形成“透空薄壁结构”，也就是有些地方呈现很薄的断续夹层，所形成的水泥石结构是畸变的，不均衡和不稳定的。在不利条件下，加固土强度将会减弱。由于水泥的二次反应，一方面促使加固土强度得到进一步发展，另一方面也会由于氢氧化钙的消耗而影响到水泥水化产物的形成和完善。所以当被加固稳定的土中含有一定数量的砂粒时，由于砂粒表面与水泥之间基本不产生物理化学相互作用，此时的加固效果就会得到保证。第55页，共61页，2022年，5月20日，14点51分

41、，星期一影响水泥加固土效果因素土质因素（1） 土的矿物成分对水泥加固土的性质有重要的影响：含有少量蒙脱石矿物和不含腐殖质的各种碳酸盐土有较好的加固效果；由石英颗粒组成的最佳级配土由于土体的密实度很大而保证了水泥的加固效果；含有腐殖质或含有大量蒙脱石的土加固效果较差；土中有机质对水泥的水化过程产生不利影响；土中易溶盐对土的加固效果取决于土的性质、盐的成分和盐的含量。当水泥加固粘性土质时，所含的盐分起到积极作用；而当盐分含量超过2时，盐的作用是不利的；当所含的氯化盐或石膏数量在2一下时，这些盐是一个有利因素，原因在于这些盐会使土形成坚固的结晶结构，加速水泥的硬化过程。硫酸盐具有盐涨作用，会产生不利作用。第56页，共61页，2022年，5月20日，14点51分，星期一影响水泥加固土效果因素土质因素（2）根据交换性阳离子对水泥性质的影响，适于水泥加固的土的排列