施工工艺教学课件：04无机结合料稳定材料.ppt

1、1 高等筑路材料高等筑路材料 廖公云廖公云 副教授副教授 Tel:13912975564 025-83790551 Email： 2 第第4 4章章 无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 4 课前提问课前提问 为什么无机结合料稳定材料又称为为什么无机结合料稳定材料又称为“半刚半刚 性材料性材料” ？ 为什么为什么CTB和和LFTB会成为无机结合料稳会成为无机结合料稳 定材料中的两大定材料中的两大“主力主力”？ 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 5 两

2、个基本概念两个基本概念 无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料 在破碎的或原来松散在破碎的或原来松散 的土（包括各种粗、的土（包括各种粗、 中、细粒土）中，掺中、细粒土）中，掺 入足量的入足量的水泥水泥、石灰石灰 或工业废渣材料或工业废渣材料和水，和水， 经拌和得到的混合料，经拌和得到的混合料， 在压实和养生后，在压实和养生后，抗抗 压强度压强度符合规定要求符合规定要求 的混合料。的混合料。 半刚性材料半刚性材料 用水泥、用水泥、石灰石灰或水硬或水硬 性结合料等无机结合性结合料等无机结合 料料处治的土或碎处治的土或碎 （砾），前期具有柔（砾），前期具有柔 性的性质，后期强度性的性质，后期强度 和

3、刚度有大幅度的增和刚度有大幅度的增 长，但仍远小于水泥长，但仍远小于水泥 混凝土。混凝土。这样的混合这样的混合 料称为料称为半刚性材料半刚性材料。 强度来源强度特征 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 6 “半刚性半刚性”的由来的由来 沥青混合料、级 配碎石 无机结合料稳定 材料 水泥混凝土 25000 刚性材料 由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔 性材料和刚性材料之间，因此也被称为“半 刚性材料”。 Pause 4-5 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 7 结构定位结构定位 大多用做

4、沥青路面或水大多用做沥青路面或水 泥路面的泥路面的基层或底基层基层或底基层。 面层面层 沥青混凝土沥青混凝土 水泥混凝土水泥混凝土 基层基层 无机结合料稳无机结合料稳 定材料定材料 底基层底基层 无机结合料稳无机结合料稳 定材料定材料 土基土基 压实土压实土 改善土改善土 最适合这两 个层次的工 作！ 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 8 沥青路面主要病害：沥青路面主要病害：反射裂缝反射裂缝 路面裂缝 基层开裂在荷载和温度的反复作用下，无 机结合料基层上的裂缝逐渐向上反 射，形成沥青路面的裂缝。 无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料 基层

5、为什么会开裂？基层为什么会开裂？ 为什么说反射裂缝不为什么说反射裂缝不 可避免？可避免？ 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 9 沥青路面主要病害：沥青路面主要病害：水损害水损害 在沥青路面上产生反射裂缝后，水沿裂缝面 逐渐渗入基层顶面，在高速车载的作用下，高 压水流不断冲刷无机结合料稳定材料基层上的 细小颗粒，逐渐泵吸到路面，形成唧泥。 路面唧泥 为什么无机结合料稳定为什么无机结合料稳定 材料基层沥青路面上的材料基层沥青路面上的 水损害比较严重？水损害比较严重？ 采取哪些措施可以采取哪些措施可以尽量尽量 避免这种破坏的发生？避免这种破坏的

6、发生？ 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 10 结构功能及设计结构功能及设计 承受车辆荷载的承受车辆荷载的 作用，起主要承重作用，起主要承重 层的作用；层的作用； 优化材料设计，优化材料设计， 尽量减小路面的反尽量减小路面的反 射裂缝；射裂缝； 优化材料设计，优化材料设计， 增强抵抗水损害的增强抵抗水损害的 能力。能力。 面层面层 沥青混凝土沥青混凝土 水泥混凝土水泥混凝土 基层基层 无机结合料稳无机结合料稳 定材料定材料 底基层底基层 无机结合料稳无机结合料稳 定材料定材料 土基土基 压实土压实土 改善土改善土 高高 等等 筑筑 路路

7、材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 11 本章内容要点本章内容要点 一、一、使用状况和分类使用状况和分类 二、二、力学性能力学性能 三、三、收缩性能收缩性能 四、四、水稳定性水稳定性 五、疲劳性能五、疲劳性能 七、七、配合比设计配合比设计 八、八、施工工艺及控制施工工艺及控制 六、综合性能 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 12 一、使用状况和分类一、使用状况和分类 1.使用状况：国内（七五期间）使用状况：国内（七五期间） 道路名称道路名称 沥青面层厚度沥青面层厚度(cm) 和类型和类型 基层厚度基层厚度(c

8、m) 和类型和类型 底基层厚度底基层厚度(cm) 和类型和类型 沪嘉高速公沪嘉高速公 路路 46石灰粉煤灰碎石石灰粉煤灰碎石20砂砾砂砾 广佛高速公广佛高速公 路路 4中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土 +5粗粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土 同上同上+6沥青碎石沥青碎石 25水泥级配碎石或水泥级配碎石或 水泥石屑水泥石屑(31) 2528水泥石屑或水泥石屑或 水泥土水泥土 沈大高速公沈大高速公 路路 同上或同上或5+5+5 20水泥砂砾或水泥水泥砂砾或水泥 矿渣矿渣 砂砾或矿渣砂砾或矿渣 京津塘高速京津塘高速 公路公路 2023中粒式沥青混凝中粒式沥青混凝 土、土、 粗粒式沥青混凝土和粗粒式沥青

9、混凝土和 沥青碎石沥青碎石 2025水泥粒料水泥粒料(碎碎 石或砾石石或砾石)或石灰粉或石灰粉 煤灰碎石煤灰碎石 2535石灰土或水石灰土或水 泥土、水泥石灰土、泥土、水泥石灰土、 石灰粉煤灰土石灰粉煤灰土 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 13 一、使用状况和分类一、使用状况和分类 1.使用状况：国内（七五以后）使用状况：国内（七五以后） 道路名称道路名称 表面层表面层 (cm) 中面层中面层 (cm) 底面层底面层 (cm) 基层基层(cm) 材料名材料名 底基层底基层(cm) 材料材料 总厚度总厚度 (cm) 广州广州-深圳深圳4中

10、中AC 8密粗密粗AC +10密密BM 10MB23水泥碎石水泥碎石 23级配碎石级配碎石 +2232未筛未筛 分碎石分碎石 110 路肩路肩 100 济南济南青岛青岛 5中中SAC 4中中SAC 6粗粗AC 5粗粗AC 7BM 6BM 34水泥砂砾水泥砂砾 20水泥砂砾水泥砂砾 20水泥砂砾水泥砂砾 15石灰土石灰土 26石灰土石灰土 26石灰土石灰土 67 64 61 沪宁（江苏段）沪宁（江苏段）4AK-16A 6粗粗AC- 25I 6粗粗AC- 25I 28二灰碎石二灰碎石 30二灰碎石二灰碎石 25二灰碎石二灰碎石 33二灰土二灰土 石家庄石家庄安阳安阳4中中SLH5粗粗SLH6LH-

11、30 20水泥碎石水泥碎石 + 20二灰碎石二灰碎石 2040石灰石灰 土土 75 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 14 一、使用状况和分类一、使用状况和分类 1.使用状况：国外使用状况：国外 从从1980年代中期开始，国外在高速公路中年代中期开始，国外在高速公路中很很 少少使用无机结合料稳定材料，即使使用，也使用无机结合料稳定材料，即使使用，也 是采用较是采用较厚厚的沥青层、较的沥青层、较薄薄半刚性材料作底半刚性材料作底 基层的基层的“混合结构混合结构”。 国外最常用的基层材料是国外最常用的基层材料是级配碎石级配碎石 （Unbound

12、 material 或或Granular material）。）。 与我国的使用状况存在很大差别（与我国的使用状况存在很大差别（薄薄沥青层、沥青层、 厚厚半刚性材料）。半刚性材料）。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 15 一、使用状况和分类一、使用状况和分类 按结合料类型分：按结合料类型分： 水泥稳定材料水泥稳定材料 （水泥稳定碎石等）（水泥稳定碎石等） 石灰稳定材料石灰稳定材料 （石灰土等）（石灰土等） 石灰工业废渣稳定材石灰工业废渣稳定材 料料 （石灰粉煤灰碎石，简（石灰粉煤灰碎石，简 称二灰碎石）称二灰碎石） 按土的颗粒组成分：按

13、土的颗粒组成分： 稳定粗粒土稳定粗粒土 （二灰稳定碎石等，常（二灰稳定碎石等，常 用做基层）用做基层） 稳定中粒土稳定中粒土 （水泥稳定砂砾等，常（水泥稳定砂砾等，常 用做基层）用做基层） 稳定细粒土稳定细粒土 （二灰稳定土等，常用（二灰稳定土等，常用 做底基层）做底基层） 2.分类：分类： 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 16 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） （1）水泥水化作用）水泥水化作用 （2）离子交换作用）离子交换作用 （3）化学激发作用化学激发作用 （4）碳酸化作用碳酸化作

14、用 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 17 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） （1）水泥水化作用）水泥水化作用 硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2 （C3S） 硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 （C2S） 铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 （C3A） 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 （C4AF） CHHSCOHSC362 32323 CHHSCOHSC 32322 42 6323 6AHCOHAC 7424 7AFHCOHAFC 强度形成的 主要来源。 水泥成分

15、水泥成分 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 18 二、力学性能二、力学性能 硅酸盐水泥主要矿物组成与特性硅酸盐水泥主要矿物组成与特性 矿物组成矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙 （C3S） 硅酸二钙硅酸二钙 （C2S） 铝酸三钙铝酸三钙 （C3A） 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 （C4AF） 与水反应速度与水反应速度中中慢慢快快中中 水水 化化 热热中中低低高高中中 对强度的作用对强度的作用 早早 期期良良差差良良良良 后后 期期良良优优中中中中 耐化学侵蚀耐化学侵蚀中中良良差差优优 干缩性干缩性中中小小大大小小 大致含量（）大致含量（）35651040

16、015515 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 19 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） 两种水泥水化作用的区别（水泥稳定两种水泥水化作用的区别（水泥稳定 土土 VS 水泥混凝土）水泥混凝土） 土土（水泥稳定土）具有非常高的比表面积和（水泥稳定土）具有非常高的比表面积和 亲水性亲水性； 水泥稳定土中的水泥含量较少（水泥稳定土中的水泥含量较少（6%）； 土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性；土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性； 在一些土中常存在酸性介质环境。在一些土中常存在酸性介质环境。 pa

17、use 4 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 20 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） （2）离子交换作用）离子交换作用 水泥水化产物中的水泥水化产物中的Ca(OH)2含量很高，易形成富含量很高，易形成富 含含Ca2+的碱性溶液环境；的碱性溶液环境； 当溶液中富含当溶液中富含Ca2+时，因为时，因为Ca2+的电价高于的电价高于K+、 Na+等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从 而取代了而取代了K+、Na+，成为反离子，同时，成为反离子，同时Ca2+使

18、双使双 电层电位的降低速度加快。电层电位的降低速度加快。 Ca2+ K+、Na+ 增加强度和 稳定性。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 21 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） （3）化学激发作用化学激发作用 Ca2+的化学激发作用的化学激发作用 当粘土颗粒周围介质的当粘土颗粒周围介质的pH值值增加到一定程度时，增加到一定程度时， 粘土矿物中的部分粘土矿物中的部分SiO2和和Al2O3的活性将被激发出的活性将被激发出 来，与溶液中的来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，进行反应，

19、生成新的矿物， 这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如 4CaO5SiO25H2O、4CaOAl2O319H2O、 3CaOAl2O316H2O、CaOAl2O310H2O等。等。 增加强度和 水稳定性。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 22 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理a（水泥稳定材料水泥稳定材料） （4）碳酸化作用碳酸化作用 水泥水化生成的水泥水化生成的Ca(OH)2，除了可与粘土矿物发，除了可与粘土矿物发 生化学反应外，还可以进一步与空气中的生化学反应外，还可以进一步与空

20、气中的CO2发发 生碳化反应并生成碳酸钙晶体。生碳化反应并生成碳酸钙晶体。 反应缓慢， 作用较弱。 OHnCaCOOnHCOOHCa 23222 ) 1()( 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 23 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理b（石灰稳定材料石灰稳定材料） 生石灰的主要成分：生石灰的主要成分： 有效有效氧化钙氧化钙CaO和氧化镁和氧化镁MgO 生石灰的熟化和硬化：生石灰的熟化和硬化： 熟化：（消石灰或熟石灰）熟化：（消石灰或熟石灰） CaOH2OCa(OH)265.9kJ/mol 硬化：硬化： 结晶和碳酸化结晶

21、和碳酸化 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 24 石灰的技术指标石灰的技术指标(JTJ 034-2000,(JTJ 034-2000, 表表4.2.2)4.2.2) 类别与指标类别与指标 项目项目 钙质生石钙质生石 灰灰 镁质生石镁质生石 灰灰 钙质消石钙质消石 灰灰 镁质消石镁质消石 灰灰 III IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 有效钙加氧化镁（有效钙加氧化镁（%） 858070807565656055605550 未消解残渣（未消解残渣（5mm圆孔筛圆孔筛 的筛余）（的筛余）（%） 71117101420 含水量（含水量（

22、%） 444444 细度细度 0.71mm方孔筛筛余方孔筛筛余 （%） 011011 0.125mm方孔筛累计方孔筛累计 筛余（筛余（%） 13201320 钙镁石灰的分类界限，钙镁石灰的分类界限， MgO含量含量(%) 5 5 4 4 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 25 化学激发作用 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理b（石灰稳定材料石灰稳定材料） （1）离子交换作用（初期强度）离子交换作用（初期强度） （2）碳酸化反应（后期强度）碳酸化反应（后期强度） （3）火山灰反应（中后期强度）火山灰反应（中后期强度） （

23、4）氢氧化钙的结晶反应氢氧化钙的结晶反应 OnHSiOCaOOmHOHxCaSiO 22222 OnHOAlCaOOmHOHxCaOAl 2322232 OnHOHCaOnHOHCa 2222 )( 强度主 要来源。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 26 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理c（工业废渣稳定材料工业废渣稳定材料） （1）常用材料：常用材料：粉煤灰 （2）粉煤灰的相关参数粉煤灰的相关参数： 密密 度度：19002400kg/m3（普通）（普通） 2500 2800kg/m3（高钙（高钙15） 比表面积：比

24、表面积：27003500cm2/g 最佳粒径：最佳粒径：530m湿排灰、干排灰湿排灰、干排灰 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 27 二、力学性能二、力学性能 1.强度作用原理强度作用原理c（工业废渣稳定材料） （3）粉煤灰的化学组成粉煤灰的化学组成 氧化物含量：前三种氧化物含量应大于氧化物含量：前三种氧化物含量应大于70； 三种粉煤灰（三种粉煤灰（CaO含量）：低钙（含量）：低钙（15） 烧失量：应小于烧失量：应小于8（未燃煤的含量）（未燃煤的含量） 成分成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量烧失量 含量含量(%)40

25、601540310250.52.510）变化不大；而在低温区，在其相应的冰点）变化不大；而在低温区，在其相应的冰点 附近出现负收缩（膨胀）现象，除水泥砂砾出现在附近出现负收缩（膨胀）现象，除水泥砂砾出现在 0附近外，其余材料均发生在附近外，其余材料均发生在-10附近；附近； （2）含水量含水量对温度收缩系数影响极大，对温度收缩系数影响极大，饱水、风干饱水、风干 状态最小状态最小；约在最佳含水量与半风干区间，温度收缩；约在最佳含水量与半风干区间，温度收缩 系数在温度系数在温度T=010区间最大；当含水量低于风干区间最大；当含水量低于风干 含水量时，一般在含水量时，一般在T=0-10温度区间有极小

26、值，随温度区间有极小值，随 后又有不同程度的回升。后又有不同程度的回升。 自由状态下的温缩试验自由状态下的温缩试验 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 48 5. 5.温缩特性温缩特性 5.3温缩特性影响因素温缩特性影响因素 水泥剂量在水泥剂量在5时，水泥砂砾的温缩系数较时，水泥砂砾的温缩系数较 小；在常用掺量范围内，二灰含量对二灰砂小；在常用掺量范围内，二灰含量对二灰砂 砾的温缩系数影响不大。砾的温缩系数影响不大。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 49 5. 5.温缩特性温缩特性

27、5.4温缩机理温缩机理 （1）固相外观胀缩性）固相外观胀缩性 就组成矿物的颗粒而就组成矿物的颗粒而 言，言，原生矿物原生矿物一般有较小一般有较小 的热胀缩性，而的热胀缩性，而新生成胶新生成胶 结物（次生矿物，如粘土结物（次生矿物，如粘土 矿物）矿物）的热胀缩性较大。的热胀缩性较大。 粉煤灰的热胀缩性最小。粉煤灰的热胀缩性最小。 晶体势能曲线 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 50 5. 5.温缩特性温缩特性 5.4温缩机理温缩机理 （2）水的影响）水的影响 无机结合料稳定材料内部广泛分布有空无机结合料稳定材料内部广泛分布有空 隙，包括大空

28、隙、毛细孔和胶凝孔。隙，包括大空隙、毛细孔和胶凝孔。重力水重力水 存在于大空隙中，存在于大空隙中，毛细水毛细水存在于毛细孔和胶存在于毛细孔和胶 凝孔中；凝孔中；表面结合水表面结合水存在于一切固体表面；存在于一切固体表面； 层间水层间水存在于晶胞和凝胶物层间；存在于晶胞和凝胶物层间；结构水和结构水和 结晶水结晶水存在于矿物晶体结构内部。存在于矿物晶体结构内部。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 51 5. 5.温缩特性温缩特性 5.4温缩机理温缩机理 （2）水的影响）水的影响 扩张作用扩张作用：水有相当大的热胀缩系数（常温下达：水有相当大的

29、热胀缩系数（常温下达 70*10-6/），比固相部分的热胀缩系数大），比固相部分的热胀缩系数大47倍。倍。 毛细管张力毛细管张力：毛细管张力只有当含水量在一定范围：毛细管张力只有当含水量在一定范围 内时才存在，当材料过干或过湿时，毛细管张力消内时才存在，当材料过干或过湿时，毛细管张力消 失，因此，在干燥和饱和状态下，材料的温缩系数失，因此，在干燥和饱和状态下，材料的温缩系数 较小。较小。 冰冻作用冰冻作用：各空隙中的水在其冰点温度以下冻结时，：各空隙中的水在其冰点温度以下冻结时， 体积增大体积增大9%，从而引起膨胀。，从而引起膨胀。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合

30、料料 稳稳 定定 材材 料料 52 6. 6.小节小节 （1）两种主要的收缩类型）两种主要的收缩类型 干缩是主要的收缩类型，干缩可达到温缩的干缩是主要的收缩类型，干缩可达到温缩的410倍倍 以上。以上。 （2）收缩性能的测试）收缩性能的测试 常采用百分表或应变片进行干缩和温缩的测试。常采用百分表或应变片进行干缩和温缩的测试。 （3）收缩指标）收缩指标 干缩：干缩应变、失水率、干缩系数和平均干缩系干缩：干缩应变、失水率、干缩系数和平均干缩系 数数 温缩：温缩应变和平均温缩系数温缩：温缩应变和平均温缩系数 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 5

31、3 6. 6.小节小节 （4）干缩的主要影响因素）干缩的主要影响因素 结合料含量、细料含量、含水量和养护龄期结合料含量、细料含量、含水量和养护龄期 （5）干缩机理）干缩机理 “毛细管张力作用毛细管张力作用”、“吸附水及分子间力吸附水及分子间力 作用作用”、“矿物晶体或胶凝体的层间水作用矿物晶体或胶凝体的层间水作用” 和和“碳化脱水作用碳化脱水作用” （6）温缩机理）温缩机理 固体外观胀缩性和水的作用固体外观胀缩性和水的作用 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 54 四、水稳定性四、水稳定性 1水稳定性研究的目的水稳定性研究的目的 增强无机结

32、合料稳定材料抵抗水损害的能力，增强无机结合料稳定材料抵抗水损害的能力， 减少唧泥现象。减少唧泥现象。 2水稳定性的分类水稳定性的分类 抗冲刷性抗冲刷性 测试：冲刷试验测试：冲刷试验 指标：冲刷率（常为指标：冲刷率（常为5min内的冲刷速率）内的冲刷速率） 抗冻性抗冻性 测试：冻融试验测试：冻融试验 指标：耐冻系数指标：耐冻系数 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 55 3.3.抗冲刷性抗冲刷性 3.1抗冲刷性的测试设备抗冲刷性的测试设备 旋转刷旋转刷 振动台振动台 MTS试验装置试验装置 高压冲洗法高压冲洗法 评价：均能在一定程度上反映无机

33、结合料稳 定材料抵抗水侵蚀的能力，但均无法完美模拟 现场有压水冲刷的现象，且冲刷机理不一。 可 控 阀 门 高 压 喷 头 试 件 固 定 夹 具 底 座 高 压 水 流 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 56 养护龄期90d 3.3.抗冲刷性抗冲刷性 3.2水泥、二灰稳定材料抗冲刷性对比水泥、二灰稳定材料抗冲刷性对比 主要结论：二灰稳定材料28d以内的抗冲刷性远小 于水泥稳定材料；90d以后两者的抗冲刷性能相差不 大。在实际使用中应优先采用水泥稳定材料。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材

34、 料料 57 4. 4.抗冻性抗冻性 材料材料配合比配合比 抗压强度（抗压强度（MPa） 冻融抗压强度（冻融抗压强度（MPa）耐冻系数耐冻系数 28d90d28d90d28d90d 水泥砂水泥砂 砾砾 3：972.623.821.782.330.680.61 5：953.484.251.922.550.550.60 二灰碎二灰碎 石石 5：15： 80 1.863.720.571.970.310.53 8：32： 60 2.794.830.331.940.120.40 注：注：1。耐冻系数冻融强度耐冻系数冻融强度/抗压强度抗压强度；2。试件尺寸。试件尺寸515cm，平行试验，平行试验 个数为个

35、数为9个。个。 主要结论：水泥稳定材料的抗冻性要优于二灰稳 定材料；材料的抗冻性与其抗压强度之间不存在绝 对的对应关系。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 58 5. 5.提高水稳定性的措施提高水稳定性的措施 加强路面结构排水，采取加强路面结构排水，采取“排防结合排防结合”的的 设计原则，减少降雨和地下水的不利影响；设计原则，减少降雨和地下水的不利影响； 加强无机结合料稳定材料的配合比设计，加强无机结合料稳定材料的配合比设计， 尽量减少细集料用量；尽量减少细集料用量； 在可能的情况下，尽可能采用水泥稳定类在可能的情况下，尽可能采用水泥稳定

36、类 材料，提高抗冲刷能力；材料，提高抗冲刷能力； 及时进行路面的裂缝修补。及时进行路面的裂缝修补。 pause 5 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 59 五、疲劳性能五、疲劳性能 1.疲劳试验方法疲劳试验方法 试验路（试验路（AASHO试验路）试验路） 真实路面真实路面 真实荷载与气候真实荷载与气候 足尺路面（足尺路面（ALF、HVS和环道试验等）和环道试验等） 足尺路面（足尺路面（full-scale pavement） 模拟荷模拟荷 载载 模拟环境模拟环境 室内试件疲劳试验室内试件疲劳试验 通常意义上的疲劳试验，包括弯拉（曲）疲通常

37、意义上的疲劳试验，包括弯拉（曲）疲 劳试验和劈裂疲劳试验等。劳试验和劈裂疲劳试验等。 Pause 4-7 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 60 五、疲劳性能五、疲劳性能 2.室内试件疲劳试验方法室内试件疲劳试验方法 弯拉（曲）疲劳试验弯拉（曲）疲劳试验 弯拉（曲）疲劳试验中试件实际为弯拉（曲）疲劳试验中试件实际为单向应力单向应力 状态（梁试件），试验较为烦琐。状态（梁试件），试验较为烦琐。 劈裂疲劳试验劈裂疲劳试验 又称为间接拉伸试验，试件承受又称为间接拉伸试验，试件承受双向应力双向应力状状 态（圆柱体试件），操作简便。态（圆柱体试件）

38、，操作简便。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 61 3.3.弯拉（曲）疲劳与劈裂疲劳的对比弯拉（曲）疲劳与劈裂疲劳的对比 弯拉（曲）疲劳试验弯拉（曲）疲劳试验劈裂疲劳试验劈裂疲劳试验 PP PP P P 1111 3 3 2 bh PL S d a aH P R dH P R i i 2sin 2 2 有压条： 无压条： a压条的宽度压条的宽度(mm)； 半压条宽对应的圆心角；半压条宽对应的圆心角； a 2 Pause 3-6 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 62 劈裂试验用压条

39、劈裂试验用压条 d a a 2sin 2 试件尺寸试件尺寸 （mm） 宽度宽度a （mm） 弧面半径弧面半径 （mm） 半压条宽半压条宽 对应的圆对应的圆 心角心角 （rad） 系数系数 5050 6.35 25 0.1270.012526 100100 12.70 500.1270.006263 150150 18.75 75 0.1250.004178 H P d a a Ri 2sin 2 有压条： 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 63 3.3.弯拉（曲）疲劳与劈裂疲劳的对比弯拉（曲）疲劳与劈裂疲劳的对比 劈裂疲劳试验劈裂疲劳试验

40、所得疲劳寿命远小于所得疲劳寿命远小于弯弯 拉（曲）疲劳试验拉（曲）疲劳试验所得疲劳寿命，与所得疲劳寿命，与 其受力状态是密切相关的。其受力状态是密切相关的。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 64 4. 4.疲劳方程形式疲劳方程形式 疲劳方程形式：疲劳方程形式： 单对数疲劳方程单对数疲劳方程 双对数疲劳方程双对数疲劳方程 sff baN/lglg sff baN/lg 重复荷载作用次数重复荷载作用次数 （疲劳寿命疲劳寿命） 重复应力与极限强重复应力与极限强 度之比（度之比（应力比应力比） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结

41、结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 65 5. 5.典型的疲劳试验结果典型的疲劳试验结果 典型的疲劳试验结果典型的疲劳试验结果 概率50/091.10114.12lg3 sfe N 概率%95/729. 8596.10lg4 sfe N 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 66 5. 5.典型的疲劳试验结果典型的疲劳试验结果 疲劳试验的特点：疲劳试验的特点： 强度愈大、刚度愈小，其疲劳寿命就愈长；强度愈大、刚度愈小，其疲劳寿命就愈长； 疲劳寿命疲劳寿命变异性较大变异性较大，不同的保证率得到的，不同的保证率得到的 疲劳寿命不同（保证率愈大

42、，疲劳寿命愈疲劳寿命不同（保证率愈大，疲劳寿命愈 小）；小）； 半对数疲劳方程的斜率很小，表明应力水平半对数疲劳方程的斜率很小，表明应力水平 的少量变化将导致无机结合料稳定材料的疲的少量变化将导致无机结合料稳定材料的疲 劳寿命产生较大的变化。（劳寿命产生较大的变化。（重载车的危害重载车的危害） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 67 六、综合性能六、综合性能 1.性能分类性能分类 力学性能力学性能 收缩性能收缩性能 水稳定性水稳定性 疲劳性能疲劳性能 四种性能之间是否存四种性能之间是否存 在内在联系？在内在联系？ 可否采用单一指标来可否采

43、用单一指标来 表征其综合性能？表征其综合性能？ 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 68 2. 2.性能之间的联系性能之间的联系 （1）力学性能）力学性能 VS 收缩性能（干缩）收缩性能（干缩） 水泥剂量水泥剂量 （）（） 水泥稳定碎石水泥稳定碎石 7d抗压强度抗压强度 （MPa） 最大干缩应变最大干缩应变 （10 6） ） 最大平均干缩系数最大平均干缩系数 （10 6） ） 42.9328532.4 53.0624527.8 63.4411526.7 85.6120533.1 力学性能（抗压强度）增加，收缩性力学性能（抗压强度）增加，收缩

44、性 能（干缩）存在最佳值。能（干缩）存在最佳值。（非单调）（非单调） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 69 2. 2.性能之间的联系性能之间的联系 （1）力学性能）力学性能 VS 收缩性能（温缩）收缩性能（温缩） 水泥剂量水泥剂量 （）（） 水泥砂砾温缩系数（水泥砂砾温缩系数（10 6） ） 0-5-10-15 36.9 10.0 13.1 13.1 412.5 15.0 15.6 16.3 58.1 8.8 10.0 10.0 610.3 11.3 12.4 14.1 78.1 7.4 9.1 11.3 力学性能（抗压强度）增加，收缩

45、性力学性能（抗压强度）增加，收缩性 能（温缩）存在最佳值。能（温缩）存在最佳值。 （非单调）（非单调） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 70 2. 2.性能之间的联系性能之间的联系 （2）力学性能）力学性能 VS 水稳定性水稳定性 力学性能（抗压强度）增加，水稳定力学性能（抗压强度）增加，水稳定 性也越好。性也越好。（单调）（单调） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 71 2. 2.性能之间的联系性能之间的联系 （3）力学性能）力学性能 VS 疲劳性能疲劳性能 力学性能（抗压强度）

46、增加，疲劳性力学性能（抗压强度）增加，疲劳性 能也越好。能也越好。 （单调）（单调） 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 72 2. 2.性能之间的联系性能之间的联系 （4）力学性能）力学性能VS其他性能（汇总）其他性能（汇总） 基层材料基层材料 类型类型 力学性能力学性能 （抗压强（抗压强 度）度） 收缩性能收缩性能 水稳定性水稳定性 （抗冲刷（抗冲刷 性）性） 疲劳性能疲劳性能 干缩干缩温缩温缩 水泥水泥 稳定材料稳定材料 二灰二灰 稳定材料稳定材料 /（基本）（基本） 注：注： “”表示上升或增加；表示上升或增加；“”表示下降或减小；

47、表示下降或减小；“”表表 示先下降后上升；示先下降后上升；“”表示呈波浪形；表示呈波浪形；“/” 表示两者无明显关系。表示两者无明显关系。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 73 3.3.综合性能指标综合性能指标( (综合压缩模量综合压缩模量) ) （1）综合压缩模量定义：）综合压缩模量定义： mttmdd UCS YS nm E EYS 综合压缩模量，MPa； UCS 无侧限抗压强度，MPa； m、n 地区影响系数，m+n1； d、t 考虑干 （温） 缩应变速率的系数； dm、 tm 最大干（温）缩应变，10-6。 高高 等等 筑筑 路

48、路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 74 3.3.综合性能指标综合性能指标( (综合压缩模量综合压缩模量) ) （2）综合压缩模量参数建议值：）综合压缩模量参数建议值： 参数参数 潮湿系数潮湿系数W md 参数参数 年均气温年均气温T nt备备 注注 0.50.00.21.01.52.00.81.01.01.5200.150.251.01.5 注：注：1.潮湿系数潮湿系数W =R/Z，其中，其中R为年均降水量（为年均降水量（mm），），Z为年均蒸发量为年均蒸发量 （mm）；）；2.当当m+n1时，以时，以m取值为准，且必须满足取值为准，且必须满足m+n1的条件

49、。的条件。 高高 等等 筑筑 路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 75 3.3.综合性能指标综合性能指标( (综合压缩模量综合压缩模量) ) （3）综合压缩模量运用（示例）：）综合压缩模量运用（示例）： 水泥稳定材料：水泥稳定材料： 14799MPa； 二灰稳定材料：二灰稳定材料： 4227MPa。 6 105 .5045. 239. 05 .1250 . 35 . 0 5 . 3 mttmdd UCS YS nm E 6 104 .4545. 239. 08 .1280 . 35 . 0 0 . 1 mttmdd UCS YS nm E 高高 等等 筑筑

50、路路 材材 料料 无无 机机 结结 合合 料料 稳稳 定定 材材 料料 76 七、配合比设计七、配合比设计 1.配合比设计强度标准（公路路面基层施配合比设计强度标准（公路路面基层施 工技术规范工技术规范JTJ 034-2000） 无机结合料稳定材料的无机结合料稳定材料的7d饱水抗压强度的标准值（饱水抗压强度的标准值（MPa） 公路等级公路等级 结合料类型结合料类型 二级和二级以下公路二级和二级以下公路一级和高速公路一级和高速公路 石灰石灰 基基 层层0.8 底基层底基层0.50.70.8 水泥水泥 基基 层层2.5335 底基层底基层1.521.52.5 石灰粉煤灰石灰粉煤灰 （1：21：4）