第9章结合料稳定类路面基垫层.ppt
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1、9 结合料稳定类路面基(垫)层,采用一定的技术措施使土成为具有一定的强度与稳定性的筑路材料,以此修筑的路面基层称为稳定土基层。 方法 :机械方法(压实)、物理方法(改善水温状况)、化学方法(加入外掺剂)、技术处理(热处理、电化学加固)等。详见表9-1。,9.1无机结合料稳定类材料的力学特征 在粉碎的土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰、工业废渣等)、加水拌和并摊铺平整,碾压密实,其强度和稳定性符合规定要求的材料称为无机结合稳定类材料,以此材料修筑的路面称为无机结合料稳定路面。 无机结合料稳定材料的完工初期具有柔软的工作特征,随着时间的延长,其强度和刚度逐渐提高,板体性增加。结构成型后,其
2、刚度介于柔性材料与刚性材料之间,故又称之为半刚性材料。,特点:稳定性好、抗冻性强、结构自成板体、就地取材、施工简单等。 缺点:耐磨性差(因此被广泛用于修筑路面结构的基、垫层),未掺骨料的基层易产生干缩和温缩裂缝,且裂缝易反射至面层。 半刚性材料的力学特征包括应力-应变关系,疲劳特性和收缩(温缩和干缩)特性。,9.1.1半刚性材料的应力一 应变特性 半刚性材料最重要的特点之一就是其强度和模量随龄期不断提高。并逐渐具有刚性性质。一般规定,水泥稳定类材料的设计龄期为90d,石灰或石灰粉煤灰(又称二灰)稳定类材料的设计龄期为180d。 表征半刚性材料力学强度参数的指标: (1) 抗压强度 (2) 抗压
3、模量 (3) 抗弯拉强度和抗弯拉模量。,9.1.2半刚性材料的疲劳特征 疲劳:受到重复荷载作用时,材料的强度将低于材料在承受静荷载作用时的极限强度,这种材料强度降低的现象,称为疲劳。 这种破坏现象即称为疲劳破坏,破坏时重复应力的大小称为疲劳强度,而此时的应力作用次数即为疲劳寿命。,原因:疲劳的出现是由于材料内部存在缺陷,或有局部不均质现象,在荷载的作用下该处产生应力集中而出现微裂缝,应力的反复作用使微裂缝逐步扩展,从而不断减少有效受力面积最终导致破坏。 影响因素:半刚性材料的疲劳寿命主要取决于其应力水平即重复应力与极限应力之比的大小, 另外,在一定的应力条件下,材料的疲劳寿命还取决于其强度和刚
4、度,强度愈高,疲劳寿命越长;而刚度越大,则疲劳寿命越短。,半刚性材料的疲劳性能通常可用应力水平与荷载作用的关系曲线来表示,该关系曲线在半对数坐标上呈最优拟合直线,表示该直线关系的方程称疲劳方程。,9.1.3 半刚性材料的温度收缩特性 半刚性材料温度收缩的大小与结合料的类别、剂量及被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关。 9.1.4半刚性材料的干燥收缩特性 描述半刚性材料干缩特征的主要指标是最大干缩应变和平均干缩系数,干缩应变 表征的是由试件水分损失而引起的单位长度收缩量(10- 6);平均干缩系数 则表示在某失水量时,试件的干缩应变与失水率之比,它们与结合料的类型、剂量、被稳定材料的类别、粒料
5、含量,小于0.6mm颗粒的含量及试件的含水量和龄期等有关。,9.2 石灰稳定土基(垫)层 在粉碎的土或原状松散的土中掺入一定剂量的石灰,加水拌和,经摊铺,碾压养护成型的基层,称石灰土基层。若在其中掺入一定量的碎(砾)石,则称为石灰碎(砾)石土。 土中加入石灰,可改变土的结构和颗粒组成,减少土的塑性,降低吸水率和膨胀率,增加土的强度和耐久性。,9.2.1 石灰稳定土强度形成机理 离子交换作用(Ca2+, Na+, H+, K+) 结晶作用(Ca(OH)2+H2O) 火山灰作用(石灰+SiO2,Al2O3早期强度) 硬化作用(CaCO3, Ca(OH)2*nH2O 后期强度) 9.2.2 石灰对土
6、的性质的影响 石灰加入土中后,相互之间即发生了强烈的作用,从而使土的性质发生了根本的改变,它们主要表现在如下几个方面:,1、塑性 :使塑性指数降低 图9-1 石灰对粘 图9-2 土的塑性 性土塑性的影响 指数下降速率,2、压实性 使土的最佳含水量增加而最大密实度降低(图9-3) 3、强度:提高强度(图9-4),图9-3,图9-4,9.2.3 影响石灰土强度的主要因素 土质、 灰质和剂量、 含水量、 密实度、 龄期、 养生条件、 行车碾压作用等,1、土质 石灰的稳定效果与土中粘土颗粒的矿物成分和含量有关 (1)粘粒含量:采用塑性指数1020的土为好,塑性指数小于4的土,不宜用石灰稳定。 土中某些
7、盐分及腐殖质对石灰土有不良的作用。对硫酸盐含量超过0.8%或腐殖质超过10%的土类,不宜用石灰稳定。 (2)颗粒大小:强度构成要求越细越好; 施工角度越粗越好。,2、灰质和剂量 灰质:活性CaO和MgO的含量 剂量:存在最佳剂量,3、含水量 需要水分的原因:强度形成(物理化学作用) 施工(润滑作用) 水分多 1、水膜厚,不易压实。 2、石灰土易出现收缩裂缝。 3、冰冻期产生聚冰现象。 水分少 1、不利于离子交换。 2、对压实不利。 要求:在最佳含水量下进行压实。,4、密实度 石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证明,石灰土的密实度每增减1%,其强度可增减4%,而且密实的石灰土其抗冻性,水稳定
8、性能显著提高,收缩开裂现象也明显减少。 5、养生条件 养生条件主要指温度与湿度。,6、龄期 石灰土的强度随龄期而增长。 7、行车碾压作用 一定但不过量的行车碾压对行石灰土的强度形成有利,9.2.4石灰土混合料的材料组成设计 石灰土混合料材料组成设计的主要内容是通过试验选择合适的土和石灰,确定最佳剂量和混合料的最佳合水量。 材料组成设计步骤: (1)按选用的原材料,制备45种不同石灰剂量的石灰土混合料,一般按规范建议的石灰剂量配制。同一石灰剂量的试件应制作3个以上。,(2)确定最佳含水量(重型击实验室)和最大干压密实度,至少做三组不同石灰剂量的混合料击实试验(即最小剂量,中间剂量、最大剂量)。
9、(3)按最佳含水量和工地预期达到的密实度制备试件。进行强度试验时,平行试验的试件数量应符合最少试件数的规定。如试验结果的偏差系数大于表列所值,应重新试验,并找出原因。如不能降低偏差系数,则应增加试验数量。,(4)将上述试件保湿养生6d,饱水浸泡1d后,测定各组试件的无侧限抗压强度,计算实验结果的平均值和变差系数。 (5)根据规范规定的抗压强度,选定合适的配合比,此配合比试件室内实验结果的平均抗压强度应符合下式的要求: (6)考虑到室内试验与现场条件的差异,施工时实际采用的石灰剂量应比试验时提高0.51.0%。,9.3水泥稳定土基(垫)层 在粉碎的土或原状松散的土中,加入适量的水泥,加水拌和经摊
10、铺,碾压养护成型的基层,称水泥稳定土基层。若在其中加入一定量的碎(砾)石,则称之为水泥稳定碎(砾)石土。 特点:良好的整体性和足够的力学强度及足够的抗水性和抗冻性。,9.3.1水泥稳定土强度形成机理 水泥的化学作用(硅酸三钙/硅酸二钙/铝酸三钙/铁铝酸四钙) 离子交换及团粒化作用(比表面积大、活性高、离子电荷) 硬凝反应(结晶水化物) 碳酸化作用(水泥水化生产的Ca(OH)2+CO2) 9.3.2影响水泥土强度的主要因素 土质、水泥成分和剂量、含水量、工艺过程及养生条件是影响水泥土强度的主要因素,9.3.2.1土质 土的类别和性质是影响水泥土强度的重要因素之一。 1、除有机质或硫酸盐含量较高的
11、土以外,各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。 2、重粘土难以粉碎和拌和,且水泥用量过高,不经济。要求塑性指数不得大于17。,9.3.2.2水泥成分和剂量 1、 一般认为各种类型的水泥均可用于稳定土。 2、矿物成分不同的水泥稳定同一类土时,稳定效果有一定的差别。在通常情况下,硅酸盐水泥的稳定效果较好,铝酸盐水泥较差; 3、当水泥的矿物成分相同时,稳定土的强度与水泥细度有关,细度高的水泥,比表面积较大,稳定效果较好。,4、快硬水泥、早强水泥、受潮变质水泥不宜使用。 5、水泥土中不存在最佳剂量的概念,一般应在保证水泥土强度的前提下,采用尽可能低的水泥用量。,9.3.2.3含水量 9.3.2.
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