第九章 无机结合料稳定路面

§9-1 概述 

    1.定义：在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰或工业废渣等)和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。 

    2.用途：路面结构的基层和底基层。 

    3.特点：具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差。 

    4.注意：无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，称为半刚性材料。

§9-2 石灰稳定类基层(底基层) 

    定义：在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层为石灰稳定类基层。 

    用途： 

    各级公路路面的底基层； 

    二级以下公路的基层； 

    不应用作高等级公路的基层。 

一、石灰稳定土强度形成原理 

  1.离子交换作用 

  2.结晶作用 

    熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格： 

                         Ca(OH)2+nH2OCa(OH)2·nH20

  3.火山灰作用 

    熟石灰的游离Ca2+与土中的活性氧化硅和氧化铝作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙： 

    熟石灰结晶网格和含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质，具有水硬性，能在固体和水两相环境下发生硬化。 

    这些胶凝物质在土微粒团外围形成一层稳定保护膜，填充颗粒空隙，使颗粒间产生结合料，减少了颗粒间的空隙与透水性，同时提高密实度，这是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因。 

  4.碳酸化作用 

    CaCO3是坚硬的结晶体，它和其生成的复杂盐类把土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。 

    小结：在初期，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减少等，后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。 

二、影响强度的因素 

  1.土质 

    塑性指数12-18的粘性土。 

  2.灰质 

    采用消石灰粉或生石灰粉采用消石灰粉或生石灰粉。 

  3.石灰剂量 

    石灰剂量较低(小于3％-4％)时，石灰主要起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强度得到改善。 

    随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围时，强度反而降低。 

    存在最佳剂量范围。 

    粘性土及粉性土为8％-14％； 

    砂性土为9％-16％。 

  4.含水量 

    促使石灰土发生物理化学变化，形成强度； 

    便于土得粉碎、拌和与压实，并且有利于养生。 

    所用水应是干净可供饮用的水。 

  5.密实度 

    石灰土的强度随密实度的增加而增长。 

    密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性也好，缩裂现象也少。 

  6.石灰土的龄期 

    石灰土强度具有随龄期增长的特点。 

  7.养生条件 

    温度：温度高时，物理化学反应、硬化、强度增长快，反之强度增长慢，在负温条件下甚至不增长。 

    施工期的最低温度应在5℃以上，并在第一次重冰冻(-3~-5℃)到来之前1个月~1个半月完成。 

    湿度：在一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。 

三、石灰土基层的应用 

    在冰冻地区的潮湿路段及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层。 

四、石灰稳定土基层缩裂防治 

  1.控制压实含水量：含水量略小于最佳含水量； 

  2.严格控制压实标准：达到最大压实度； 

  3.温缩的最不利季节：要在当地气温进入-0℃前一个月结束。 

  4.干缩的最不利情况：成型初期，重视养护。 

  5.及早铺筑面层。 

  6.掺加集料(砂砾、碎石等)，集料含量为60％-70％，混合料满足最佳组成要求，提高强度和稳定性，具有较好的抗裂性。 

  7.防止反射裂缝的措施： 

  (1)设置联结层。 

  (2)铺筑碎石隔离过渡层。 

五、石灰土混合料设计 

    混合料的组成设计包括： 

    根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定必需的或最佳的石灰剂量和混合料的最佳含水量。 

  1.石灰土的强度标准 

    在规定温度保湿养生6d、浸水1d后测其无侧限抗压强度。 

  2.混合料的设计步骤 

  (1)制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料； 

  (2)确定混合料的最佳含水量和最大干压实密度； 

  (3)按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件，进行强度试验时，做平行试验的试件数量应符合规定。 

  (4)试件在规定温度下保湿养生6d，浸水1d，进行无侧限抗压强度试验，根据强度标准，选定合适的石灰剂量。 

六、石灰土底基层的施工 

  1.备料 

  (1)石灰 

  (2)土 

  2.混合料配比 

  (1)按指定的配比，在石灰土层施工前10-15d进行现场试配。 

    试件尺寸：5cm×5cm(高×直径)的圆柱体。 

  (2)实际用灰量比设计值高出0.5％-1.0％。 

  (3)确定混合料的松铺系数(混合料的干压密度与松铺干密度之比值)。 

  3.路拌法施工要求 

  (1)摊铺 

  a)摊铺土料前，应先在土基上洒水湿润。 

  b)将土料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面应力求平整，并有规定的路拱。 

  c)将土中超尺寸颗粒及其他杂物清除干净。 

  d)检验松铺土料层的厚度。 

  e)严禁其它车辆在土料层上通行。 

  f)如粘土过干，应事先洒水闷料，使它的含水量略小于最佳值。 

  g)石灰应摊铺均匀，石灰摊铺完后，应量测石灰土的松铺厚度，并校核石灰用量是否合适。 

  (2)拌和与洒水 

  a)拌和机由两侧向中心拌和，每次拌和应重叠10-20cm。 

  b)随时检查拌和深度，严禁在底部留有“素土”夹层。 

  c)及时检查混合料含水量。 

  d)两工作段的搭接：在前一段拌和后留5-8m不进行碾压，待后一段施工时一起再进行拌和。 

  e)拌和机械及其它机械不宜在已压成的石灰土层上“调头”。 

  4.场拌(或集中场拌)法施工要求 

  (1)拌和 

  a)在中心站用稳定土拌和设备进行集中拌和。 

  b)先调试拌和设备，混合料的配比和含水量达到规定要求。 

  c)将土块粉碎；配料准确；拌和均匀；加水量略大于最加含水量的1％左右。 

  d)成品料露天堆放，减少临空面。 

  e)检测混合料中有效CaO+MgO含量。 

  (2)摊铺 

  a)可用稳定土摊铺机、沥青混凝土摊铺机或水泥混凝土摊铺机摊铺混合料； 

  b)拌和机与摊铺机的生产能力互相协调。 

  c)松铺系数应视摊铺机机械类型而异。 

  d)场拌混合料的摊铺段，当天摊铺当天压实。 

  5.整型 

  a)路拌混合料拌和均匀后或场拌混合料运到现场经摊铺达预定的松铺厚度之时，即应进行初整型。 

  b)初整型的灰土可用履带拖拉机或轮胎压路机稳压1-2遍，再用平地机进行整型，并用上述压实机械再碾压一遍。 

  c)对局部低洼处，应用齿耙将其表层5cm以上耙松，并用新拌的灰土混合料找补平整，再用平地机整型一次。 

  d)在整型过程中，禁止任何车辆通行。 

  6.碾压 

  a)混合料的压实含水量应在最佳含水量的±1％范围内。 

  b)控制压实厚度。 

  c)碾压时后轮应重叠1/2的轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。 

  d)严禁压路机在已完成的或正在碾压的路上“调头”和急刹车。 

  e)碾压过程中，表面应始终保持湿润。 

  f)石灰土碾压中如出现“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开晾晒或换新混合料重拌和碾压。 

  7.养生 

    至少在保持潮湿状态下养生7天。 

    养生方法：采用洒水、覆盖砂等。

§9-3 水泥稳定类基层(底基层)

一、概述 

    定义：在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。 

    特性： 

    足够的力学强度、抗水性和耐冻性。 

    初期强度较高，且随龄期增长而增长。 

    用途： 

    可用于路面结构的基层和底基层； 

    禁止作高速公路或一级公路路面的基层，只能用做底基层。 

二、强度形成原理 

    化学作用：水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等等。 

    物理—化学作用：粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等等。 

    物理作用：土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等等。 

  1.水泥的水化作用 

    水泥自身的水化反应，产生出具有胶结能力的水化产物，是水泥稳定土强度的主要来源。 

    水化产物在土的孔隙中相互交织搭接，将土颗粒包覆连接起来，使土逐渐丧失了原有的塑性等性质，混合料逐渐坚固起来。 

  2.离子交换作用 

  3.化学激发作用 

    粘土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成硅酸钙和铝酸钙系列，其组成和结构与水泥的水化产物都有很多类似处，并且同样具有胶凝能力。生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。 

  4.碳酸化作用 

    碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，可以对土的基体起到填充和加固作用。 

三、影响强度的因素 

  1.土质 

    级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好； 

    其次是砂性土； 

    再次之是粉性土和粘性土。 

    要求土的塑性指数不大于17。 

  2.水泥的成分和剂量 

    水泥的矿物成分和分散度。 

    硅酸盐水泥的稳定效果好，铝酸盐水泥较差。 

    水泥剂量为4％-8％较为合理。 

  3.含水量 

    满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。 

  4.施工工艺过程 

    水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短，一般要在6h以内。 

    在水泥终凝时间达不到规定要求时，可以使用一定剂量的缓凝剂。 

    水泥稳定土需要湿治养生。 

四、材料要求及混合料组成设计 

  1.材料要求 

  (1)土 

    石渣、石屑、砂砾、碎石土、砾石土等。 

  (2)水泥 

    普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。 

    选终凝时间较长(宜6h以上)的水泥。 

    不应使用早强、快硬及受潮变质的水泥。 

    采用标号较低水泥，如325号水泥。 

  (3)水 

    饮用的水，均可以应用。 

  2.混合料组成设计 

  (1)强度和压实度标准 

  (2)设计步骤：同石灰土 

五、水泥稳定粒料施工 

  1.材料 

  (1)水泥 

  (2)集料 

  2.混合料设计 

    在水泥稳定碎石层施工前10-15d进行现场试配。 

  3.施工要求 

  (1)底基层准备 

  (2)一般规定 

  a)水泥稳定碎石层施工期的最低气温在5℃以上，并在第一次冰冻到来之前半个月到一个月完成。 

  b)确定每一作业段的合理长度： 

  ①水泥的终凝时间； 

  ②施工季节和气候条件； 

  ③延缓时间对混合料密度和抗压强度的影响； 

  ④施工机械的效率和数量； 

  ⑤操作的熟练程度； 

  ⑥尽量减少接缝。 

  (3)拌和方法和摊铺 

  a)混合料应在中心拌和厂拌和，可采用间歇式或连续式拌和设备。 

  b)所有拌和设备都应按比例(重量比或体积比)加料。 

  c)拌和要均匀，含水量要略大于最佳值。 

  d)用平地机或摊铺机按松铺厚度摊铺，摊铺要均匀。 

  (4)整型、(5)碾压、(6)接缝处理（同石灰稳定类） 

  (7)养生及交通管制 

  a)每一段碾压完成后应立即开始养生。 

  b)在整个养生期间保持潮湿状态。 

  c)水泥稳定碎石层上立即铺筑沥青面层时至少洒水养生3d。 

  (8)养生期满验收合格后立即浇透层油。 

§9-4 工业废渣稳定基层

一、概述 

    常见的工业废渣： 

    电厂：粉煤灰、煤渣 

    钢铁厂：高炉渣、钢渣 

    化肥厂：电石渣 

    煤矿厂：煤矸渣 

    特点：水硬性、缓凝性、强度高、稳定性好，成板体、强度随龄期不断增加，抗水、抗冻、抗裂而且收缩性小，适应各种气候环境和水文地质条件等。 

    用途：石灰稳定工业废渣做高级或次高级路面的基层或底基层。 

二、对材料要求 

  1.石灰 

    石灰的质量宜符合Ⅲ级以上技术指标。 

  2.废渣材料 

    粉煤灰主要成分：二氧化硅和三氧化二铝，总含量一般要求超过70％。 

    粉煤灰的烧失量：小于20％。 

  3.粒料(砾料)

三、混合料组成设计（参照石灰稳定土） 

    根据强度标准，通过试验选取适宜稳定的土，确定石灰与粉煤灰或石灰与煤渣的比例，确定石灰粉煤灰或石灰煤渣与土的比例，确定混合料的最佳含水量。 

四、石灰煤渣(简称二渣)基层 

    定义：用石灰和煤渣按一定配合比，加水拌和、摊铺、碾压、养生而成型的基层。 

    配合比选用： 

    采用石灰煤渣做基层或底基层：石灰与煤渣=20:80-15:85。 

    采用石灰煤渣土做基层或底基层(土为细粒土)：石灰与煤渣=1:2-1:3，混合料的石灰不应小于10％。 

    采用石灰煤渣粒料做基层或底基层：石灰：煤渣：粒料=(7-9)：(26-33)：(67-58)。 

    特性：具有水硬性，物理力学性质基本上与石灰土相似，强度与水稳定性都比石灰土好。 

    初期强度增长慢，有一定的塑性，达到一定龄期后，处于弹性工作状态，成板体，具有刚性。 

    冷缩和干缩时，易产生裂缝。 

    施工：程序和方法基本上与石灰土基层相同。 

    要加强养生，重视提高初期强度，防止重交通量下出现早期破坏现象。 

五、石灰粉煤灰(简称二灰)类基层 

    定义：用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而成型的基层。 

    配比：各地可根据当地的实践经验配比选用。 

    采用石灰粉煤灰土：石灰与粉煤灰的比，常用1：2-1：4。石灰粉煤灰与细粒土的比为30：70-50：50。 

    采用石灰粉煤灰与级配的中粒土和粗粒土：石灰与粉煤灰的比为1：2-1：4，石灰粉煤灰与粒料的比常采用20：80-15：85。 

    施工：同石灰稳定土基层的施工。 

    混合料设计：在二灰碎石层施工前10~15d进行现场试配，按照规定进行试验。 

    施工要求： 

    ①底基层准备。 

    ②二灰碎石混合料应用拌和机械集中拌和，不得采用路拌；用摊铺机铺筑；碾压和整型的全部操作应在当天完成。 

    ③养生与浇洒沥青透层