第二章 无机结合料
无机结合料
无机结合料根据无机结合料不同，可将半刚性基层或底基层分为哪些类型?请举例说明根据无机结合料不同，半刚性基层或底基层包括：(1)水泥稳定类，如水泥稳定碎石。
(2)石灰工业废渣稳定类，如石灰粉煤灰土。
(3)石灰稳定类，如石灰稳定土。
(4)综合稳定类，如水泥粉煤灰综合稳定土。
水泥稳定土含水量测试与普通土含水量测试有何不同?由于水泥与水发生水化作用，在较高温度下水化作用加快。
如果将水泥稳定土放在烘箱升温，则在升温过程中水泥与水水化比较快，烘干又不能除去已与水泥发生水化作用的水，这样得出含水量会偏小。
因此，应提前将烘箱升温到110℃，使放入的水泥土一开始就能在105～110℃的环境中烘干。
某工地采用EDTA方法滴定石灰稳定土中的石灰剂量，为了制作标准曲线需要配臵300g在最佳含水量状态下的石灰土，请叙述该混合料组成的计算过程计算过程如下：(1)干混合料质量＝300g/(1+最佳含水量)。
(2)干土质量＝干混合料质量/(1+石灰剂量)。
(3)干石灰质量＝干混合料质量-干土质量。
(4)湿土质量＝干土质量×(1+土的风干含水量)。
(5)湿石灰质量＝干石灰×(1+石灰的风干含水量)。
(6)石灰土中应加入的水＝300g-湿土质量-湿石灰质量。
简述无机结合料的击实试验目的和适用范围(1)本办法适用于在规定的试筒内，对水泥稳定土(在水泥水化前)、石灰稳定土及石灰(或水泥)粉煤灰稳定土进行击实试验，以绘制稳定土的含水量一干密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大密度。
(2)试验集料的最大粒径宜控制在25mm以内，最大不得超过40mm(圆孔筛)。
(3)试验方法分为三种。
某基层水泥稳定中土的设计强度为3.0MPa，请简要写曙该混合料的配合比设计步骤(1)首先进行原材料试验。
(2)按3％、4％、5％、6％、7％五种水泥剂量配制同一种样品不同水泥剂量的混合料。
(3)确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少进行3个不同剂量混合料的击实试验，即最小、中间、最大剂量，其他用内插法确定。
无机结合料规程
无机结合料规程(JTJ057-94)第1章总则1.0.1 为给公路路面基层设计和施工所用种类无机结合料稳定土的质量指标和参数统一试验方法，特制定本规程。
1.0.2 本规程适用于水泥稳定土、石灰稳定土、水泥石灰综合稳定土、石灰粉煤灰稳定土、水泥粉煤灰稳定土和水泥石灰粉煤灰稳定土等无机结合料稳定材料以及石灰的化学分析。
1.0.3 应根据试验目的采用下列不同和取样方法。
可用下列方法之一将整个样品缩小到每个试验所需要的合适质量。
(1)四分法需要时应加清水使主样品变湿。
充分拌和主样品：在一块清洁、平整、坚硬的面上将料堆成一个圆锥体，用铲翻动此锥体并形成一个新锥体，这样重复进行三次，在形成每一个锥体堆时，铲中的料要放在锥顶，使滑动边部的那部分料尽可能分布均匀，使锥体的中心不移动。
将平头铲反复交错垂直插入最后一个锥体的顶部，使锥体顶变平，每次插入后提起铲时不要带有材料。
沿两个垂直的直径，将已变成平顶的锥体料堆分成四部分，尽可能使这四部分料的质量相同。
将对角的一对料(如一、三象限为一对，二、四象限为另一对)铲到一边，将剩余的一对料铲到一块。
重复上述拌和以及缩小的过程，直至达到要求的样品质量。
(2)用分料器法如果储料中含有粒径5mm以下的细料，材料应该是表面干燥的。
将材料充分拌和后通过分料器，保留一部分，将另一部分再次通过分料器。
这样重复进行，直至将原样品缩小到需要的质量。
1.0.4 本试验规程所涉及各类无机结合料稳定土的名称、定义应符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-93)的规定。
关闭此窗口第2章无机结合料稳定土的含水量试验方法2.1 烘干法(T0801-94)2.1.1 目的和适用范围本法是测定无机结合料稳定土含水量的标准方法。
在105~110摄氏度的条件下烘干到恒重的稳定土称为干稳定土，湿稳定土和干稳定土的质量之差与干稳定土的质量之比的百分率稳称为稳定土的含水量。
2.1.2 仪器设备2.1.2.1 对于稳定细粒土。
无机结合料稳定)
主要通过击 实 试 验和抗压强度试验
a
21
石灰剂量
石灰土（无机稳定）基层设计流程
10%
12%
13%
14%
16%
含水量
。。。。同 5% 7% 9% 11% 13%
表I给出了水泥稳定碎石抗压强度(R)、抗压回弹模
量 的关(E系P)、，劈表裂2则强为度石( 灰S粉P)利煤劈灰裂稳模定量碎(石ES的P)与测龄试结期果之。间
a
2
a
3
2．无机结合料稳定材料的疲劳特性 常用的疲劳试验合弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。
疲劳寿命取决于材料的强度和刚度。强度愈大刚度 愈小，其疲劳寿命就愈长。
a
5
4．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类型
和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、 龄期等 用单位温度梯度的线应变表示
线收缩系数 L
LT T
* 经过一定龄期的养生，半刚性基层上铺筑 沥青面层后，基层内相对湿度略有增大，
使材料的含水量趋于平衡，这时半刚性
基层的变形以温度收缩为主。
石灰质量应符合III级以上的技术指标，并要尽量缩短 石灰的存放时间。
3)石灰剂量
石灰剂量对石灰土强度影响显著，根据经验对于 粘性土及粉性土为8％—14％；对砂性土则为9％— 16％。剂量的确定应根据结构层技术要求（强度和 模量）进行混合料组成设计确定。
4)含水量
水是石灰土的重要组成部分。不同土质的石灰土有不
3．无机结合料稳定材料的干缩特性
干缩应变(
d
) ：是水分损失引起的试件单位 长度的收缩量(10-6 ) 。
平均干缩系数 ( d ) : 是某失水量时，试件的干缩
无机结合料稳定材料
无机结合料稳定材料无机结合料是指由无机胶凝材料和粉状矿物材料组成的混合物，其通过化学反应和机械作用使其硬化并形成结构。
无机结合料具有良好的耐久性、耐热性和耐化学腐蚀性等特点，因此广泛应用在水泥、石膏、灰泥、水泥砂浆、砖块、混凝土、石材等各种建筑材料中。
除了结构材料外，无机结合料还被广泛应用于防火材料、电气绝缘材料、各种固化剂及密封材料等方面。
稳定材料是指在化学物质或者物理作用下，仍然保持原有状态的材料。
无机结合料的稳定性是指其作为建筑材料在使用过程中保持结构完好、性能稳定等特性。
如何提高无机结合料的稳定性，是一个重要的议题。
1. 控制材料成分材料的成分是决定其性能和稳定性的主要因素之一。
在无机结合料中，控制原材料和造粒工艺可以有效提高材料的组分均一性，提高材料的化学活性和稳定性。
矿物粉末应添加粉末表面活性剂以进行表面改性并增强粉末和结合剂之间的黏附力，从而提高混凝土的强度和耐久性。
2. 提高材料内部互结构材料内部的结构互相合作来维持其稳定性和性能。
优化结构中各个成分的密度分布可以增强材料的强度和耐久性。
米其林(T. Michaud and P. Richer, 2016)、李侃杰等(Li et al., 2017) 曾研究过时间温度间对钙硅石胶凝材料(K-FS)及喷射混凝土(SCC)运动能力的影响。
结果表明，结合剂使液体−固体(W/S)比降低了一半以上。
由于早期硬化停留时间延长，K-FS的强度增加，而抗弯强度则有所下降；随着时间的推移，K-FS中颗粒的彻底沉积影响了其稳定性和性能。
因此，如何调整材料内部的结构，通过微观分析等方法寻找可能的改进方法，是稳定性研究的重点之一。
3. 研究材料的物理化学性质材料的物理化学性质直接影响材料的稳定性。
无机结合料在制备过程中的物理化学特性，如pH值，渗透性和化学反应等，都会影响其稳定性。
例如，如何降低水泥生产过程中的2族元素含量（如钒、钛等），控制生产中的CaO含量，从而减少可能的材料被破坏的风险。
无机结合料稳定材料—强度及影响因素分析
模块二
01
石灰
无机结合料 02
稳定土
03
水泥
无机结合料稳定土
强度及影响因素分析
C目 录 ONTENTS 1 无机结合料稳定材料的强度形成原理 2 影响稳定材料强度的因素分析
1
强度形成原理
➢ 水泥稳定材料的强度形成原理：
水 泥 中 有 高 价 Ca2+ ， 交 换 低价离子（Na+和K+）的 作用。——增加粘聚力
➢ 石灰稳定材料的强度形成原理：
离子交 换作用
火山灰 反应
结晶作 用
碳酸化 作用
当Ca（OH）2浓度达到一 定值时，会析出，形成晶 体。——提高强度和水稳 定性
➢ 石灰粉煤灰稳定材料的强度形
成原理：
离子交
换作用
结晶作用
碳酸化 作用
火山灰 反应
2 影响强度的因素分析
温度、湿度。
水泥稳定土施工过程不要 超过6h 。
离子交
碳酸化
换作用
作用
水泥中的Ca（OH）2与空 气中CO2作用，生成碳酸 钙晶体的过程。——提高
强度和稳定性
水化产物胶结性很 强，颗粒形成整体 材料——是水泥稳 定材料早期强度较 高的主要原因
硬凝反应
火山灰 反应
Ca(OH)2 与 土 中 的 SiO2 和 Al203 发生的反应。在土的 团粒外围形成一层稳定的 保护层——提高水稳定性
养生条件
施工时间 长短
塑性指数、颗粒 大小。
松散材料
稳定剂品 种及用量
水泥稳定类（最 低剂量）；石灰 稳定类（最佳剂 量）
密实度 含水率
影响有效承载面积
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2无机结合料稳定基层
土、粉土、黄土等）的总称。
4. 水泥稳定类一般可用于路面结构的基层和底基层，但 水泥土禁止作为高速公路或一级公路路面的基层，只能用
做底基层。
三、强度形成原理
水泥稳定土的过程中，水泥、土和水之间发生了多种非常复杂的作用：
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。
7. 养生条件 (Curing condition)
温度高，物理化学反应快，强度增长快；反之强度增长慢，在负温条件 下甚至不增长。因此，要求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。
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。
四、石灰稳定土基层缩裂防治
2. 无机结合料的种类
石灰、水泥、粉煤灰、工业废渣等。
3. 土的分类
粉碎的或原状松散的土按照土中单个颗粒(指碎石、砾石、砂和土颗粒) 的粒径的大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。例如石灰土、水 泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石等。
4. 优缺点
板体性好，具有一定的抗拉强度；稳定性好，抗冻性强；强度和刚度随 着龄期而增长；经济性好； 干缩温缩大，耐磨性差；
试验
在一定的应力条件下，材料的疲劳寿命取决于材 料的强度和刚度，强度越大刚度越小，则疲劳寿命
越强。
室内疲劳试验设备照片 （三分点加载）
UTM 试验机
图示是弯拉疲劳试验，由于半刚性材料的变异性较 大，用小梁做弯拉疲劳不易成功，因此实际常采用劈 裂疲劳试验。
三、干缩特性（Dry Shrinkage）
的主要因素，后期强度靠碳酸化作用和结晶作用。 由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。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。
无机结合料稳定材料
无机结合料稳定材料无机结合料是一种稳定材料，它可以在各种环境条件下保持其结构和性能稳定。
无机结合料通常由无机化合物和其他材料组成，如水泥、石灰、石膏等。
这些材料在制备过程中可以通过化学反应形成稳定的结合，从而提高材料的稳定性和耐久性。
无机结合料在建筑材料、地质材料、环境材料等领域都有广泛的应用。
在建筑材料中，水泥是一种常见的无机结合料，它可以与骨料、水和其他添加剂混合制成混凝土，具有很好的强度和耐久性。
在地质材料中，石膏是一种常见的无机结合料，它可以用于制备石膏板、石膏砂浆等材料，具有很好的隔热和隔音性能。
在环境材料中，矿渣粉是一种常见的无机结合料，它可以用于处理废水、废气等，具有很好的吸附和稳定性能。
无机结合料的稳定性主要取决于其化学成分和结构。
无机结合料中的无机化合物通常具有较高的热稳定性和化学稳定性，可以在高温、酸碱等恶劣环境下保持其结构和性能稳定。
此外，无机结合料中的结合方式也会影响其稳定性，例如水泥中的水化反应、石膏中的硬化反应等都可以提高材料的稳定性。
除了化学成分和结构外，无机结合料的稳定性还受到外部条件的影响。
例如，在高温环境下，无机结合料可能会发生热膨胀、热裂等现象，从而影响其稳定性。
因此，在实际应用中，需要根据不同的环境条件选择合适的无机结合料，并采取相应的措施来提高其稳定性。
总的来说，无机结合料是一种稳定材料，它在各种环境条件下都能保持其结构和性能稳定。
无机结合料的稳定性主要取决于其化学成分、结构和外部条件，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的无机结合料，并采取相应的措施来提高其稳定性。
希望通过本文的介绍，读者对无机结合料的稳定性有了更深入的了解。
二级建造师公路工程辅导：无机结合料稳定基层施工备料
-⽆机结合料稳定基层施⼯备料 ①⼟料： ●应在预定的深度范围内采集⼟，不应分层采集，当需分层采集⼟时，应将⼟先分层堆放在⼀场地上，然后从前到后将上下层⼟⼀起装车运送到现场。
●对于塑性指数⼤于12的黏性⼟，机械拌合时，可视⼟质和机械能确定是否需要过筛。
⼈⼯拌合时，应筛除15mm以上的⼟块。
②集料： ●⽆机结合料使⽤的碎⽯、砂砾、煤矸、各种粒状矿渣应满⾜规范所要求的强度、与其他材料混合后应满⾜相应的规范级配要求。
●掺加的碎⽯宜加⼯成3～4个不同粒径，以便于和其他⾃然材料（⼯业废渣、天然砂砾）混合后达到规范要求的颗粒组成范围。
③⽔泥：路拌法宜选⽤袋装⽔泥、场拌法宜选⽤散装⽔泥。
④⽣⽯灰： ●当⽯灰堆放时间较⼚时，应覆盖封存； ●⽣⽯灰块应在使⽤前7—10d充分消除。
消除后的⽯灰应保持⼀定的湿度，不得产⽣扬尘，也不可过湿成团。
●消⽯灰宜过孔径10mm的筛，并尽快使⽤。
⑤粉煤灰：运到现场的粉煤灰应含有⾜够的⽔分防⽌扬尘，在⼲燥和多风的季，应使料堆表⾯保持湿润，或者覆盖。
场拌法施⼯宜选⽤⼯⼚经过处理的符合规范的散装粉煤灰。
4）⽆机结合料基层路拌法施⼯。
①施⼯⼯艺流程 ②摊铺⼟ ●摊铺⼟应在摊铺⽔泥的前⼀天进⾏。
摊铺长度按⽇进度的需要量控制，满⾜次⽇完成掺加⽔泥、拌合、碾压成型即可。
⾬季施⼯，如第⼆天有⾬，不宜提前摊铺⼟。
③洒⽔闷料 ●如已整平的⼟（含粉碎的⽼路⾯）含⽔量过⼩，应在⼟层上洒⽔闷料。
●细粒⼟应经⼀夜闷料；如为综合稳定⼟，应先将⽯灰和⼟拌合后⼀起进⾏闷料。
④整平和轻压对⼈⼯摊铺的⼟层整平后，⽤6～8t两轮压路机碾压1～2遍，使其表⾯平整，并有⼀定的压实度。
⑤摆放和摊铺⽔泥（或⽯灰） 按计算出的每袋⽔泥（或⽯灰）的纵横间距，在⼟层上做安放标记。
⽤刮板将⽔泥（或⽯灰）均匀摊开，并注意使每袋⽔泥的摊铺⾯积相等。
⑥拌合（⼲拌） ●对⼆级及⼆级以上公路，应采⽤稳定⼟拌合机进⾏拌合并设专⼈跟随拌合机，随时检查拌合深度并配合拌合机操作员调整拌合深度。
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第二章 无机结合料
2.1 石灰 2.2 水泥 2.3 粉煤灰 2.4 其他工业废渣
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第一节 石 灰
掌握煅烧石灰的原料、生产工艺 掌握欠火、过火的概念及产生的原因及危害 掌握石灰组成，了解石灰结构 掌握石灰水化及强度形成机理 掌握钙质灰和镁质灰分类界限
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三、水化及强度形成机理
（3）消解注意事项 ——严格控制加水量和加水速度。
• 对消解速度快、活泼性大的石灰，若加水过慢、水量不够，则 已消化石灰颗粒生成的Ca(OH)2将包裹于未消化颗粒周围，使 内部石灰不易消化，这种现象称为“过烧”。
• 对于消解速度慢、活泼性差的石灰，若加水速度过快，则发热 量少、水温过低，增加了未消化颗粒，这种现象称为“过冷” 。
《道路建筑材料》 第二章 无机结合料
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胶凝材料或结合料
定 义：在建筑工程中能以自身的物理化学作用将松散材料（如 砂、石等）胶结成为具有一定强度的整体结构的材料。
按化学成分类：无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类， 无机胶凝材料：石膏、石灰、水泥等， 有机胶凝材料：沥青、各种天然树脂、合成树脂
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石灰吟－明·于谦
要粉烈千 留骨火锤 清碎焚万 白身烧凿 在浑若出 人不等深 间怕闲山
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一、原料及生产工艺
原 料：富含碳酸钙的岩石 生产工艺：将原料经高温煅烧（加热至900℃以上），得到的
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三、水化及强度形成机理
（2）水化特点
• 放热过程 • 体积可增大1～2.5倍——反应产物转移速率小于水化速率
——固相体积增加，孔隙体积增加 • 消解石灰的理论加水量仅为石灰质量的32％，但由于石灰
消化是一个放热反应过程，实际加水量达70％以上。
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• 为了消除“过火石灰”的危害，石灰消化后“陈伏”半月左右
再使用。陈伏期间，其表面应有一层水分，使之与空气隔绝，
以防碳化。
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三、水化及强度形成机理
（4）影响水化反应的因素
①石灰煅烧条件； ②水化温度
1－15％欠烧的石灰；2－煅烧正常的石灰； 3－15％过烧的石灰；4－含32％MgO的苦土石灰
③外加剂
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三、水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ及强度形成机理
2、硬化
（1）干燥硬化（结晶作用） 附加强度：石灰浆体干燥过程中，水分蒸发形成网状孔隙，在自
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三、水化及强度形成机理
1、水化（或消化）
（1） 石灰与水作用的化学反应式为：
CaO H2O Ca(OH)2 64.9kJ/mol
烧制成的生石灰，在使用时必须加水使其“消化”成为“ 消石灰”，这一过程亦称为“熟化”，故消石灰又称“熟石灰”。
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阶段 I
II III
表2.1 石灰石煅烧时的结构变化过程
主要性状
特点
碳酸钙分解，形成具有 碳酸钙（或氢氧化钙）
假晶的氧化钙
氧化钙属亚稳状态
亚稳形氧化钙晶体再结 晶形成更稳定的氧化钙 晶体，晶格为面心立方体
内比表面积最大
再结晶的氧化钙烧结
内比表面积逐渐降低
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白色或灰白色的块状材料即为生石灰。化学反应 式为：
CaCO3 900C CaO CO2
品 质：与原料、窑型及煅烧（温度）有关。
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一、原料及生产工艺
石灰石的分解时间与其块度和形状的关系见图
图 石灰石分解时间与块度和形状的关系
（2）其它成分：——CaO+黏土杂质（酸性氧化物 ）
铝酸一钙(CA)
β型硅酸二钙(β-C2S) 铁酸二钙(C2F) 影响石灰分解温度
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二、组成及结构
石灰结构形成过程 石灰石煅烧过程经历了三个阶段，其结构变化见表2.1。
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二、组成及结构
结 构：多孔结构
组 成：
（1）有效成分：——黏结性
氧化镁
氧化钙：结合CaO－煅烧中生成的钙盐，不起胶凝作用
游离CaO：活性CaO－普通条件下能与水反应，有效CaO
非活性CaO －渣化或过烧—粉碎—活性CaO
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一、原料及生产工艺
石灰在烧制过程中，防止“过火”或“欠火”现象。 （1） “欠火”原因：原料尺寸过大、料块粒径搭配不当、装
料过多或是煅烧温度不够、时间不足。 症状：密度较质量好的生石灰大，颜色发青； 危害： 由于“欠火”，石灰岩中的碳酸钙未完全分
解，氧化钙含量低，使用时粘结力差。 （2） “过火”原因：由煅烧温度过高、时间过长而引起的。
症状：表面出现裂缝或有玻璃状外壳，呈灰黑色 危害：体积收缩明显，块体密度大，消化缓慢。
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一、原料及生产工艺
（3）措施：块状石灰经磨细后，活性较熟石灰好，且过 火和欠火颗粒呈粉状均匀分布，可消除过火颗粒的有害 作用。但不易久存
无机胶凝材料（结合料）：根据硬化条件不同， 气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持或继续提高强度，包括石 灰、石膏、镁质胶凝材料和水玻璃等； 水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化， 且可在水中或适宜的环境中保持并继续提高强度， 各种水泥都属于水硬性胶凝材料。
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