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高校高等职业教育《建筑材料与检测》教学课件(专题)无机结合料稳定土类
无机结合料稳定类基（垫）层
2023/2/5
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•无机结合料稳定土
概念：在粉碎的土和原状松散的土(包括各 种粗、中、细粒土)中掺入适量消石灰（或水泥） 和水，按照一定技术要求，经拌和后，在最佳 含水量时摊铺、压实及养生，其抗压强度符合 规定要求的路面结构层。
分类：石灰土、石灰碎石土、水泥土、水 泥稳定碎石、二灰碎石（逐渐淘汰）等。
强度形成原理 影响强度的因素 混合料组成设计 水泥稳定土层的施工
水泥稳定土强度形成原理
水泥的水化作用 →
离子交换作用 → 化学激发作用 → 碳酸化作用 →
硅酸三钙：2C3S+6H20→C3S2H3+3CH 硅酸二钙：2C2S+4H20→C3S2H3+CH 铝酸三钙：C3A+6H2O→C3AH6 铁铝酸四钙：C4AF+7H20→C4AFH7
限抗压强度试验，室内试验的平均抗压强度应符
合
R
Rd
1 ZaCv
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【注】：工地实际采用的石灰剂量 应比室内试验确定的剂量稍多一些，集 中厂拌法施工时，可只增加0.5%；路拌 法施工时，宜增加1%。
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【思考】：石灰稳定土基层缩裂防治措施有哪些？
1）控制压实含水量： 石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂缝显著，
至少做三个不同石灰剂量 混合料的击实试验，即最小剂 量、中间剂量和最大剂量，其 余两个混合料的最佳含水量和 最大干密度用内插法确定。
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4）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，根据强度标准，选定
合适的石灰剂量。
试件在规定温度(冰冻地区20±2℃，非冰冻
无机结合料稳定土混合料配合比设计
无机结合料稳定土混合料配合比设计一、分类：水泥稳定土、石灰稳定土、石灰工业废渣稳定土、级配碎石、级配砾石和填隙碎石；二、材料组成设计2、配制剂量：（1）做基层用：中粒土和粗粒土：3%、4%、5％、6％、7%。
砂土:6％、8%、9%、10%、12%。
其他细粒土：8%、10%、12％、14%、16％。
(2）做底基层用：中粒土和粗粒土：2%、3%、4%、5％、6%。
砂土：4%、6％、7%、8%、10%。
其他细粒土：6%、8%、9%、10%、12％。
3、确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度,至少做三组不同结合料剂量的混合料击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。
其他两个剂量混合料的最佳含水量和最大干密度,用内插法确定。
4、按最佳含水量和计算得到的干密度（按规定的现场压实度计算）制备试件进行强度试验时，作为平行试验的试件数量应符合规定。
最少的试验数量5、试件在规定温度(北方20±2℃，南方25±2℃）下保湿养生6d ，浸水1d ，然后进行无侧限抗压强度试验，并计算抗压强度试验结果的平均值和偏差系数。
水泥稳定土的强度标准表6、根据强度标准,选定合适的结合料剂量。
此剂量的试件室内试验结果的平均抗压强度7R (7d ）应符合：()v a d C Z R R -≥1/7或()d v a R C Z R ≥-17d R ——设计抗压强度;v C ——试验结果的偏差系数（以小数计）；a Z —-标准正态分布表中随保证率而变的系数，重交通道路上应取保证率95％，此时a Z =1.645；其他道路上应取保证率90%，此时a Z =1.282。
7、考虑到室内试验和现场条件的差别，工地实际采用的结合料剂量应较室内试验确定的剂量多0.5％～1.0%。
采用集中厂拌法施工时，可只增加0。
5%，采用路拌法施工时,宜增加1。
0％。
四、水泥稳定碎石混合料配合比设计示例:1、原材料选定(1）水泥;(2)碎石：碎石集料级配规定范围2、确定水泥剂量的掺配范围水泥剂量按4%、5％、6%、7％四种比例配制混合料,即水泥：碎石为4:100，5：100,6：100，7:100.3、确定最佳含水量和最大干密度（详见表1）(1）击实试验方法按丙法；A、将已过筛的试料用四分法逐次分小,至最后取约33kg试料。
第六章无机结合料稳定类混合料
•第六章无机结合料稳定类混合料
亦为CaO;
➢ 消石灰粉：将块状生石灰用适量的水消化而得的粉末，亦
称熟石灰，其主要成分为Ca(OH)2。 由于石灰原料中常含有碳酸镁成分，经煅烧生成的生
石灰中，或多或少含有氧化镁成分。建材行业标准中，根 据石灰中氧化镁含量按表6-2将石灰分为钙质石灰和镁质石 灰两类。
•第六章无机结合料稳定类混合料
6.1.1.1石灰的生产、消化与硬化
石灰土强度的形成与发展是通过机械压实、离 子交换反应、氢氧化钙结晶和碳酸化作用，以及火山 灰反应等一系列复杂、交织的物理-化学作用的过程来 完成的。
•第六章无机结合料稳定类混合料
离子交换反应：从石灰氢氧化钙中游离出的钙离子和氢氧根离子与粘土
矿物中的钠、氢离子发生离子交换，其结果使得粘土颗粒吸附水膜减薄， 促使土粒凝集和凝聚，形成稳定团粒结构。
⑴ 建材行业标准（表6-3）：将生石灰、生石灰粉和消石灰粉分
。 为优等品、一等品和合格品三个等级
•第六章无机结合料稳定类混合料
⑵ 道路行业标准（JTJ034－93）仍按袁国家标准 （GB1594-79）将生石灰和消石灰分别划分为3个等 级（见表6-4）
•第六章无机结合料稳定类混合料
6.1.2 石灰稳定土的技术性质
•第六章无机结合料稳定类混合料
无机结合料稳定性经压实成型并经养护后，可形成板 体结构，当其7d的抗压强度符合设计要求(表6-1)时，可 以作为道路路面结构中的基层或底(垫)基层，称为结合料 稳定类基(垫)层，在道路工程中，这类材料有被称之为半 刚性基层材料。
无机结合料稳定材料—无机结合料稳定材料无侧限抗压强度
小试件≤6%； 中试件≤10%； 大试件≤15%。
n
2
Ri R
标准差：S i1
n 1
结果整理
将试验结果填入表格：
试件号
1
2
3
4
制备方法
制件日期
养生前质量/g
浸水前质量/g
浸水后质量/g
养生期质量损失/g
吸水量/g
养生前高度/mm
浸水后高度/mm
破坏荷载/N
无侧限抗压强度/MPa
平均值/MPa
• 称取浸水24h的试件质量，量取高度，测定无侧限抗压强度。
测定强度
4 结果整理
结果整理
➢计算无侧限抗压强度：
极限破坏荷载
无侧限抗压强度
R P A
试件截面积 小试件：1965mm² 中试件：7850mm² 大试件：17663mm²
结果整理
计算试件偏差系数：
偏差系数应满足：
偏差系数：Cv
S R
平均值：R R1 R2 Rn n
偏差系数/%
5
无机结合料稳定材料制件参数包含干密度、含水率、 试件尺寸、每组试件数量等； 制件时需称取单个试件的质量，分别成型； 当偏差系数超过规定数值时，应增加试件数量。
2 试验设备
方孔筛：53mm、 37.5mm、31.5mm、 26.5mm、4.75mm、 2.36mm各1个
试验设备
脱模器
细粒土：φ=h=50mm； 中粒土：φ=h=100mm； 粗粒土：φ=h=150mm
千斤顶 反力框架
试验设备
游标卡尺
电子天平
养护箱
试验设备
路强仪
3 试验步骤
• 将试样风干，捣碎或碾碎，过筛，测定风干含水率，
第6章无机结合料稳定类混合料详解
第六章 无机结合料稳定类混合料
(2)干燥收缩及影响因素分析 石灰稳定土的干燥收缩主要是由于水分蒸发而产生的。 a.水分蒸发使毛细管压力增大，从而产生收缩； b.毛细水蒸发完后，材料中的吸附水开始蒸发，颗粒 表面水膜变薄，颗粒间距变小，分子力增加，引起宏观体 积进一步收缩。本阶段的体积收缩要远大于前一阶段的收 缩。
温缩：因温度变化而造成反射裂缝 干缩：因含水量变化而造成
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第六章 无机结合料稳定类混合料
(1)温度胀缩原因及影响因素分析 石灰稳定土的体积收缩是由固体矿物组成和液相的热 胀缩构成的。稳定土中的固体矿物组成包括原材料矿物和 新生矿物。 原材料中粘土矿物的胀缩性较大，新生矿物如氢氧化 钙、氢氧化镁、水化硅酸钙和水化铝酸钙的热胀缩性较大。 含粒料的石灰稳定集料比石灰土的温缩系数低得多。 随着龄期的增长，各类新生矿物不断增多，温度收缩 系数随龄期的增加而有所降低，初期增长速率较快．后期 较慢。 在石灰稳定土中液相的热胀缩系数比固相部分的热胀 缩系数大4～7倍，主要是毛细管作用引起。在干燥和饱水 状态下，稳定土的温缩系数值远比含水而非饱水状态下的 值小。
土的强度形成。
湿度：适当的湿度为火山灰反应提供了必要的结晶水，
但湿度过大会影响石灰中氢氧化钙的结晶硬化，从而影响 石灰土强度的形成。
石灰稳定土中的火山灰反应的进程缓慢，其强度随着 龄期的增大而增长，甚至到180d时，石灰稳定土的强度还 会继续增长。
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第六章 无机结合料稳定类混合料
2.石灰稳定土的体积收缩特征
路路面结构的基层、底基层或垫层。
基层
板
体 结
底基层
构
垫层
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第六章 无机结合料稳定类混合料
2.按结合料品种分类
04无机结合料稳定材料
☆强度主 mH2O CaO Al2O3 nH2O 要来源。
无 机 结 合 料 稳 定 材 料
（4）氢氧化钙的结晶反应
Ca(OH ) 2 nH2O CaOH 2 nH2O
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高 等 筑 路 材 料
石灰的技术指标(JTJ 034-2000, 表4.2.2)
钙质生石 类别与指标 灰
项目
I II
III
镁质生石 灰
I II
III
钙质消石 灰
I II
III
镁质消石 灰
I II
III
无 机 结 合 料 稳 定 材 料
有效钙加氧化镁（%） 85 80
未消解残渣（5mm圆孔筛 的筛余）（%） 含水量（%） 0.71mm方孔筛筛余 （%） 0.125mm方孔筛累计 筛余（%） 5 7 11
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硅酸二钙 （C2S） 慢 低 差
铝酸三钙 （C3A） 快 高 良
铁铝酸四钙 （C4AF） 中 中 良
无 机 结 合 料 稳 定 材 料
水 化 热
良
高 等 筑 路 材 料
二、力学性能
1.强度作用原理a（水泥稳定材料） ☆两种水泥水化作用的区别（水泥稳定 土 VS 水泥混凝土）
土（水泥稳定土）具有非常高的比表面积和 亲水性； 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； 在一些土中常存在酸性介质环境。
无 机 结 合 料 稳 定 材 料
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高 等 筑 路 材 料
两个基本概念
无机结合料稳定材料
在破碎的或原来松散 的土（包括各种粗、 中、细粒土）中，掺 入足量的水泥、石灰 或工业废渣材料和水， 经拌和得到的混合料， 在压实和养生后，抗 压强度符合规定要求 的混合料。 ☆强度来源
无机结合料稳定土材料1
二、水泥稳定土的收缩特性--------与水泥混凝土相同 1.温缩特征：热胀冷缩
一般来讲，稳定的颗粒尺寸越大，温缩效应越小。
2.干缩特征：干缩湿胀
水泥稳定土的干缩系数受粒料含量、矿物成分、水泥剂量和含水率 等因素的影响。 水泥稳定土中的黏土成分越高，土的塑性指数越大，混合料的干缩 现象越严重。 粒料土的塑性指数越大，含水率对干缩性的影响也越大。
第一节 无机结合料稳定类混合料分类和强度特征 一、分类 1.按土或集料粒径分类------按单颗粒的粒径大小和颗粒组成
1）细粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于10mm，且其中小于2mm的 颗粒含量不少于90%； 2）中粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于30mm，且其中小于20mm的 颗粒含量不少于85%； 3）粗粒土：是指混合料中颗粒的最大粒径小于50mm，且其中小于40mm的 颗粒含量不少于85%；
试件的制备
④ 向盘内加水和石灰，拌匀，放到密闭容 器中浸润备用。水泥在试验前一小时加， 超一小时作废。 ⑤ 浸润时间：粘性土 12-24 小时，粉土 8-16 小时，砂砾土4小时，砂砾碎石含土少的 可以2小时。
按预定干密度制件
①计算制备一个预定干密度的试件,需要混合料. M1=PdVK(1+0.01w) V---试模的体积（cm3 ） Pd---稳定土试件的干密度 （g /cm3 ） w---稳定土混合料含水量（%） K－稳定土要求的压实度（％） ②装模－压件（静压法或击实）－脱模 ③ 称质量 M2 （小、中、大试件分别准确到 1g 、 2g 、 5g 。） －量试件高度h，准确到0.1mm。
（2）最佳含水率的计算
o w / c k a 1 a / 100g
水泥稳定粒料的最佳含水率 粒料的面湿饱水率
无机结合料稳定材料
第七章无机结合料稳定材料1 ．概述定义：在粉碎的或原来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的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。
特点：无机结合料稳定路面具有稳定性好、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和底基层。
〔1〕具有一定的抗拉强度，且各种材料的抗拉强度有明显的不同。
〔2〕环境温度对半刚性材料强度有很大的影响；〔3〕强度和刚度都随龄期增长；〔4〕刚度较柔性路面大，但比刚性路面小；〔5〕承载能力和分布荷载能力大于柔性路面；〔6〕容许弯沉小于柔性路面；〔7〕容易产生收缩裂缝。
土种类：粉碎的或原来松散的土按照土中单个颗粒(指碎石、砾石和砂颗粒)的粒径的大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。
细粒土：颗粒的最大粒径小于10mm，且其中大于2mm的颗粒不少于90%。
中粒土：颗粒的最大粒径小于30mm，且其中大于20mm的颗粒不少于85%。
粗粒土：颗粒的最大粒径小于50mm，且其中大于40mm的颗粒不少于85%。
无机结合料稳定材料种类：不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。
例石灰土、水泥土、水泥砂砾、石灰粉煤灰碎石等。
无机结合料稳定材料种类较多，其物理、力学性质各有特点，应根据结构要求，掺加剂和原材料的供给情况及施工条件，进行综合技术、经济比拟后确定。
使用场合：由于无机结合料稳定材料其刚度介于粒料和水泥混凝土之间，常称此为半刚性材料，以此修筑的基层或底基层亦称为半刚性基层。
2 ．无机结合料稳定材料的特性无机结合料稳定材料的力学特征包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩特性、温缩特性。
2．1无机结合料稳定材料的应力-应变特征设计龄期无机结合料稳定路面的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐渐具有一定的刚性性质。
一般规定水泥稳定类材料设计龄期为三个月，石灰或二灰稳定类材料设计龄期六个月。