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1、无机结合料稳定材料讲稿1.概述定义：”在粉碎的或者原先松散的土中掺入一定量的无机结合料（包含水泥、石灰或者工业废渣等）与水，经拌与得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定的要求的材料称之无机结合料稳固材料。以此修筑的路面称之无机结合料稳固路面。特点：无机结合料稳固路面具有稳固性好、抗冻性能好、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差。因此广泛用于修筑路面结构的基层与底基层。（1）具有一定的抗拉强度，且各类材料的抗拉强度有明显的不一致。（2）环境温度对半刚性材料强度有很大的影响；（3）强度与刚度都随龄期增长；（4）刚度较柔性路面大，但比刚性路面小；（5）承载能力与分布荷载能力大于柔性路面；（6
2、）容许弯沉小于柔性路面；（7）容易产生收缩裂缝。种类：粉碎的或者原先松散的土按照土中单个颗粒（指碎石、砾石与砂颗粒）的粒径的大小与构成，将士分成细粒土、中粒土与粗粒土。细粒土：颗粒的最大粒径小于IOmm,且其中大于2mm的颗粒很多于90%。中粒土：颗粒的最大粒径小于30mm,且其中大于20mm的颗粒很多于85%。粗粒土：颗粒的最大粒径小于50mm,且其中大于40mm的颗粒很多于85%。无机结合料稳固材料种类：不一致的士与无机结合料拌与得到不一致的稳固材料。例石灰土、水泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石等。无机结合料稳固材料种类较多，其物理、力学性质各有特点，应根据结构要求，掺加剂与原材料的供应情况
3、及施工条件，进行综合技术、经济比较后确定。使用场合：由于无机结合料稳固材料其刚度介于粒料与水泥混凝土之间，常称此为半刚性材料，以此修筑的基层或者底基层亦称之半刚性基层。2.无机结合料稳固材料的特性无机结合料稳固材料的逛您包含应力应变关系、疲劳特性、收缩特性、温缩特性。2.I无机结合料稳固材料的应力-应变特征设计龄期无机结合料稳固路面的重统皮之一是强度与模量随龄期的增长而不断增长，逐步具有一定的刚性性质。通常规定水泥稳固类材料设计龄期为三个月，石灰或者二灰稳固类材料设计龄期六个月。试验方法：半刚性材料应力应变特征试验方以有顶面法、粘贴法，夹具法与承载板法等。顶面法：直接在试件顶面用千分表测量回弹
4、变形；粘贴法：在柱体壁上两端各1/6高度处粘贴支架，用千分表测量中间2/3柱体的回弹变形；夹具法：在柱体壁上两端各1/6高度处套一箍，在箍上伸出支架，用千分表测量中间2/3柱体的回弹变形；承载板法：用小承载板在试件中间模拟野外测定方法。试验结果说明：顶面法较合理。遹帘圆柱体试件与梁式试件。岚缎内容有抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂模量、抗弯拉强度与抗弯拉模量。圆柱体试件：抗压、劈裂试验；梁式试件：抗弯拉试验1细粒土（最大粒径不大于10mm）：试模直径*高=50*5Omm2中粒土（最大粒径不大于25mm）：试模直径*高=100*1OOmm3粗粒土（最大粒径不大于40mm）：试模直径*高=1
5、50*150mm表9梁式试件名称矿料最大粒径（mm）试件尺寸（Cm）大梁253515*15*55中梁152510*10*40小梁155*5*24通过各类试验方法的综合比较，认为抗压试验与劈裂试验较符合实际。变异特性由于材料的变异性与试验过程的不稳固性,同种材料不一致的试验方法、同一种试验方法不一致的材料、同一种试验方法不一致龄期试验结果存在差异性。2. 2无机结合料稳固材料的疲劳特性概念：材料的抗压强度试验用来进行材料构成设计。无机结合料稳固材料的抗拉强度远小于其抗压强度，路面结构承受交通荷载的重复作用，因此路面结构设计务必评价材料的抗弯拉纺劳巡蹙-0.627-0.414-0.4270.266
6、0.2020.650图1轮印下弯拉应力变化规律0.543-0.316-0.3880.2850.2180.682图2轮隙下方拉应力变化规律由上至下轮隙弯沉Cnl)z(hl=4cm面层模量(MPa)图3面层模量与轮隙弯沉变化规律底基 层底 面弯 拉应力 (Kg/c m2)面层模量(MPa)图5-面层模量与底基层弯应力变化规律试验方法：抗拉强度试验方法有直接抗拉试验、间接抗拉试验与弯拉试验。常用的疲劳试验有弯拉疲劳试验与劈裂疲劳试验。数据处理：无机结合料稳固材料的疲劳寿命要紧取决于点复应力与彼限强度之2贸。rS)试验结果说明：当。J。、于50%,可经受无限次重复加荷次数而不可能疲劳破裂。疲劳性能通常
7、用。J。，与达到破坏时反复作用次数(Nf)所绘所的童也留来说明。试验证明。7。5与N.之间学系通常用双对数疲劳方程(IgNr=a+blg。ro*)及单对数疲劳方程(IgNl=a+b。ro1来表示。影响因素：在一定的应力条件下材料的疲劳寿命与取决于：【1】材料的强度与刚度。强度愈大刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。2由于材料的不均性，无机结合料稳固材料的疲劳方程还与材料试验的变异性有关。不一致的存活率(到达疲劳寿命时出现破坏的概率)能得出不一致的疲劳方程。【3】试验方法、试验操作。2.3无机结合料稳固材料的干缩特性原因：无机结合料稳固材料经拌与压实后，由于蒸发与混合料内部发生水化作用，混合料的水份会不
8、断减少。由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或者凝胶体间层间水的作用与碳化收缩作用等会引起半刚性材料产生体积收缩。指标：描述材料干缩要紧用干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率与平均干缩系数。干缩应变(Cd)是水份缺失引起的试件单位长度的收缩量(X106):平均干缩系数d是某失水量时，试件的干缩应变与试件的失水率之比(X1O6)失水量是试件失去水份的重量(g)。失水率是试件单位重量的失水量()O干缩量是水份缺失时试件的收缩量(10mm)a=1/1ad=d/W式中：AI为含水量缺失AW时，小梁试件的整体收缩量，1为试件的长度。影响因素：无机结合料稳固材料产生
9、的干缩性(最大干缩应变与平均干缩系数)的大小与结合料的类型与剂量、被稳固材料的类别，粒料含量、小于05mm的细颗粒的含量、试件含水量与龄期等有关。1材料品种、含水量与平均干缩系数关系半刚性材料的干缩系数是通过对试件经饱水后，在40恒温环境箱中随着水分的不断蒸发而测得的。(28天龄期)含水量() (石灰土)图615225 3 35含水: (%)石灰粉煤灰I40l2el8e6040W 平均干缩系数*10250含水量（）灰土砂砾（55%）含水量（）二灰砂砾（55%）图92粒料含量与平均干缩系数关系图103龄期与平均干缩系数关系龄期平均干缩系数灰土砂砾二灰砂砾水泥砂砾1264.3099.077124.
10、3249.2534.1281103041.1329.49095.2635.7027.018090.0132.2034.54制件含水量与干缩应变的关系含水量增加1%,干缩应变增加23.580.1%51细料含量与干缩应变的关系6无机结合料剂量对干缩结果的影响水泥剂量从5%增加到6%与7%,干缩系数增加20%与30%O总结要紧影响因素：C13细料含量；E23无机结合料剂量；K32含水量；M暴露时间。同一类半刚性材料干缩量的大小次序为：稳固细粒稳固粒料稳固粒料;对稳固细粒土，三类半刚性材料的干缩量的大小次序为：石灰稳固土水泥或者水泥石灰石灰粉煤灰土；对稳固粒料土，三类半刚性材料的干缩量的大小次序为：石
11、灰稳固类水泥稳固类石灰粉煤灰稳固类;比如二灰（石灰+粉煤灰）：碎石=15:5（重量比）与二灰（石灰+粉煤灰）：碎石=20：80时，7天龄期的最大干缩应变与平均干缩系数为233X10、273X10与65X1055106o2.4半刚性材料的温度收缩特性定义：半刚性材料是由固相（构成其空间骨架的原材料的颗粒与其间的胶结构）、液相（存在于固相表面与空隙中的水与水溶液）与气相（存在于空隙中的气体）构成。半刚性材料的外观胀缩性是三相在降温过程中相互作用，使半刚性材料产生体积收缩，即为温度收缩。概念：温度应变J是温度变化引起的试件单位长度的变化量（X10g）;平均温度收缩系数%是某温度时,试件的温度应变与试
12、件的温度变化之比（X1o6/）通常气相大部分与大气贯穿，在综合效应中影响较小，能够忽略，原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小；粉粒下列的颗粒温度收缩性较大。影响因素：1封山状态下的温缩试验直逊睡_保持含水量不变。试验状态:饱水:最佳含水量；半风干状态（1/2最佳含水量）；风干状态（1/5最佳含水量）。结论:（I）对烘干的试件，温度收缩系数随龄期的增大而增大，初期较大，后期较慢，但各类材料差别不大。（2）含水量对温度收缩系数影响极大，饱水；风干状态最小，约在最佳含水量最大。（3）温度收缩的不利状态是：接近最佳含水量与0-10C温度区间。2自由状态下的温缩试验说明随着粒料含量的增加干缩+温度收缩
13、系数减少。4评价方法抗裂系数我征半刚性材料关于温度或者湿度变化时不致开裂的承受能力。关于温缩抗裂：二灰砂砾石灰粉煤灰灰土砂砾水泥砂粒石灰土关于干缩抗裂：石灰粉燥灰二灰砂砾水泥砂粒灰土砂砾石灰土2.5半刚性材料收缩机理分析温度收缩机理半刚性材料是由固相（构成其空间骨架结构的原材料的颗粒与其间的胶结构）、液相（存在与固相表面与空隙中的水与水溶液）与气相（存在与空隙中的气体）构成。因此半刚性材料的外观胀缩性是由其基本体的固相、气相与液相的不一致温度收缩性的综合效应结果O、通常气相与大气相通，在综合效应中影响较小。半刚性材料的外观胀缩性是由固相、液相胀缩与两者的综合作用构成。干燥收缩机理干燥收缩时半刚
14、性材料因内部含水量变化而引起的体积收缩现象。干燥收缩的基本原理是由于水分蒸发而发生的“毛细管张力作用”、“吸附水及分子间力作用”，“矿物晶体或者胶凝体的层间水作用”；“炭化脱水作用”而引起的整体的宏观体积的变化。三.半刚性路面面层1 .概述半刚性路面是介于柔性路面与刚性路面之间的特殊路面形式，它最早出现于法国。早在1954年，法国就研制成功了“灌水泥浆开级配沥青混凝土路面施工法”（SalaiaCimPaoement）,并在科涅克（CognaC）机场跑道上作为耐热用的道面进行了的试验铺装。七十年代初，英国、美国，苏前联等国，也相继对这一课题进行了研究。英国是在摊铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入
15、树脂一水泥灰浆。前苏联则把水泥砂浆作为第二结合料加入沥青混凝土中进行了拌与压实，结果证明能提高这种材料的温度稳固性。科威特的H.R.Guirguis的研究说明，用水泥与置后的集料铺筑的沥青路面的强度与稳固性大大提高，路面泛油与抗水性能也有相当大的改善。美国切夫隆研究公司的R.J.SCHMIDT与L.E.SANTUCCI为提高乳化沥青的早期强度，在混合料中加入1.3%的波特兰水泥，结果发现，在空气中养生一天后，材料的回弹模量比未加水泥的增加了大约五倍，养生60天后，回弹模量仍比未加水泥的度件提高两倍。但掺加水泥后材料的疲劳性能有所降低。R.W.Head对冷拌沥青混凝土的研究说明，当加入1%的水泥
16、时，混合料的马歇尔稳固度能提高2.5-3.0倍。半刚性路面于1961年传至日本，次年2月由日本道路公团在箱根新道上的立交枢纽部分铺筑了一千平方米的试验性路面。此后，这种路面结构在日本逐步被使用，并在1978年作为一种特殊的施工方法正式列入沥青路面施工规范。八十年代以来，在大孔隙率的开级配沥青混凝土中灌注水泥（砂）浆的半刚性路面在日本有了广泛的应用与进展，每年的施工面积己超过二十万平方米，各大道路公司与研究所对半刚性路面都进行了试验研究，提出了这种特殊路面材料的力学性能与路面结构设计计算方法的研究论文，证实了该种材料提高了沥青混合料的高温稳固性、低温抗裂性，特别是对抵抗永久性变形有较大程度的改善
17、。特别适用于公共汽车站、停车场，收费站等车辙现象比较严重的场所。2 .施工由于半刚性路面是由水泥砂浆与乳化沥青（渣油）两种结合料构成的新型路面结构，因而在施工技术上与热拌沥青混凝土与乳化沥青混凝土具有不一致的特点，有着不一致的特殊要求，务必根据这种新型路面材料的特性，掌握其施工规律与方法，才能保证施工质量，取得预期效果。在施工中应注意下列事项：2.1拌与半刚性路面材料有三道拌与工序，其顺序是水泥砂浆的拌制，水泥砂浆与矿料的拌与，与水泥砂浆、乳化沥青（渣油）混合料的拌与。在这三次拌与中，水泥砂浆也能够用人工拌与，便务必保证质量要求。而最后一道拌与，则应选用强制式拌与机，因通常的自落式拌与机拌与能
18、力差，出料慢。细料容易聚团或者粘附在简壁上，使得混合料的质量不均匀。混合料的拌与应在乳液破乳前结束，否则将因乳液的破乳而失去施工的与易性。通常拌与时间在乳液加入后不超过60秒。最佳拌与时间应根据施工现场使用的骨料级配情况，拌与机械性能，施工时的气候等条件通过试拌与确定。3 .2摊铺拌制的水泥砂浆、乳化渣油混合料最好用摊铺机摊铺，条件不同意时，也可用人工摊铺，提人工摊铺时不得扬锹甩料，以避免混合料的离散。整平常也不能过多地用刮板摊料，防止沥青膜的剥落。摊铺混合料的虚方厚度，需通过试验求出压实系数，根据骨料的级配情况及摊铺方式的相同，通常情况下压实系数为1.21.5,具体的数值应根据现场施工条件，
19、并通过铺筑试验路段确定。2.3碾压当混合料摊铺整齐后，可立即进行初压，为防止初期碾压出现波浪、推移现象，开始应用6吨左右的轻型压路机碾压1-2遍，使混合料初步稳固后，再用轮胎压路机碾压1-2遍,碾压时应匀速退进，不得在碾压路段上制动或者启动，以免混合料发生局部拥包与搓板开裂。当碾压时有粘轮现象时，可在碾办引适当洒水或者涂废机油。当沥青（渣油）乳液开始破乳，混合料由褐色转为黑色时，用压路机复压，复压2-3遍后停止，待晾晒通常时间，待水分蒸发后再压实。因半刚性路面材料中含中水泥砂浆，因此在水泥砂浆终凝前，通常58小时，用压路机再复压1-2遍。2.4早期养护由于乳化沥青路面的早期强度较低，稳固性差，
20、特别大低温或者阴湿的情况下表现得更为明显，因此要注意早期养护，通常应断绝交通26小时，在不断绝交通时，务必设专人指挥车辆慢速通过（不超过20kmh）,并严禁兽力车与铁轮车在未稳固成型的路段上行驶，如发现路面有局部破坏应及时予以修补。为使半刚性路面能均匀地压实，应使用适当的交通措施操纵车辆的行驶，让车辆沿整个路面宽度分散行驶，通过车辆荷载的补充压实提高路面的整体强度。目前，国内对半刚性路面材料的研究还是处于起步阶段。七十年代末期沥青水泥砂浆曾被尝试作为渗漏建筑物的内粉刷材料用于人防工程中。直到八十年代中期，国内有些单位将含高分子聚合物的特种水泥砂砾，作为第二结合料，掺加到普通沥青混合料中，使用拌
21、与法与灌浆法两种工艺制成特殊路面材料进行各类物理力学试验，对不一致温度条件下的力学性质进行比较，并初步探讨了该种路面材料的使用性能与强度形成理论。此外，湖北、四川等省的公路管理部门，也结合当地的实际，对这种材料进行了尝试与初步研究，并取得了一定的成果。2.结构设计与施工国外试验说明，半刚性路面的应变与破坏次数的关系（即疲劳曲线）与普通沥青混凝土有着明显的差异，半刚性沥青混凝土的耐久性极限应变仅相当于普通沥青混凝直的十分之一到四分之一，因此在考虑到疲劳破坏时，直接使用普通沥青混凝土的路面结构设计方法是不适宜的。半刚性沥青混凝土要紧用于道路的维修与改建，在原有路面面层挖除后加铺罩面。则原有路面下列可按均匀体考虑，半刚性路面的厚度使用弹性双层体系进行计算。其方法是:根据疲劳试验结果，在20的条件下，设半刚性沥青混凝土的更合弹性模量E1为6000及10000MP,原有路面下列的平均弹性模量Ez变化在50100oMPS范围内，设半刚性层的厚度分别为5、10、15厘米时，计算出半刚性层底面的拉应变，并绘出用半刚性沥青混凝土弹性模量El与其厚度h来表示的应变与原有路面下列弹性模量El的函数关系。在E2-曲线上找出与疲劳曲线上相同的应变值，就能够明白原有路面下列的弹性模量E2。使用寿命的基础上，能够计算出作为罩面时所应铺筑的半刚性路面的厚度。
