101026第5章 水泥加固土

使用层次 基层 底基层 强度 3-4 2.0 压实度 98 中、粗粒土96 细粒土 95
二级和二级以下公路
强度 2-3 1.5 压实度 % 中、粗粒土97 细粒土 95 中、粗粒土95 细粒土 93
水泥稳定土层施工

宜用厂拌法拌制混合料，并用摊铺机摊铺。 施工期的最低气温应在5℃以上，冰冻地区应在第一次重冰 冻(-3～-5℃)到来之前半个月到一个月完成。
室内劈裂强度试验


试验设备 劈裂强度试验在MTS进行，加载速率为1mm/min 试验结果表明：水泥剂量和级配对劈裂强度的影响与其对抗压强度的影 响规律相似；即劈裂强度随水泥剂量增加而增加；级配偏粗，劈裂强度 有所降低。
图3.2 不同结构类型水泥稳定碎石
环境因素对强度的影响 养生温度——直接影响水泥的水化进程,因 而对水泥稳定土的强度有很明显的影响,在 相同龄期时,养生温度越高,水泥稳定土的强 度也越高。
图6-8 土质、养生温度与强度的关系 相同养生温度： Ip↑强度↓ 相同龄期时： 养生温度↑强度↑
延迟时间——对水泥稳定土的强度有显著影响。 延迟时间与水泥砂砾强度和干密度
水泥稳定类基层 Cement stabilized base course
一、定义
在粉碎或原状松散土中，掺入适量水泥和水，按技术要求进行拌和、摊 铺，在最佳含水量时进行压实和养护成型，其抗压强度符合要求，该类 基层称为水泥稳定类基层。
二、特点及应用场合
水泥可用来稳定绝大多数的土类（高塑性粘土和有机质较多的土除外）， 改善其物理力学性质。 水泥稳定类基层具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。 其初期强度较高，且随龄期增长而增长，应用范围很广。 水泥稳定土包括水泥稳定碎石、砂砾、土等多种材料，是水泥稳定类基 层的总称，水泥土是水泥稳定细粒土（粘土、粉土、黄土等）的总称。 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。
控制摊铺厚度
水泥稳定碎石基层压实
水泥稳定碎石基层养生
六、水泥稳定土施工
撒布透层油
半刚性路面面层 Semi-rigid pavement
一般指用水泥乳化沥青综合稳定材料作面层的路面。 主要出发点：掺加水泥对乳化沥青混合料的性能进行改善。 特点：早期强度因水泥的掺加而大幅度提高，各种耐久性提升，但疲劳 性能可能降低。
g5.0 g4.5 g3.5 g2.5
无侧限抗压强度（MPa）
6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 2.0
中
粗
骨
2.5
3.0 3.5 4.0 水泥剂量（％）
4.5
5.0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 养生时间（d）
中值>粗级配>骨架级配



龄期增加，强度增加，后期强度 增长趋于稳定； 不同水泥剂量混合料强度随时间 增加的趋势具有相似性； 不同级配强度增长相似；

8.0
水泥剂量对抗压强度的影响
浸水
无侧限抗压强度（MPa）
无侧限抗压强度（MPa）
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 1.5 2.0 2.5 5.0 3.0 4.5 2.5
浸水 4.0 2.0 3.5 均值
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 1.5
5.0 3.0
②影响收缩的因素：

水泥稳定土的干缩系数受粒料含量及矿物成分的影响。 水泥剂量的关系曲线，当水泥剂量降低，粒料含量增多时， 水泥稳定砂砾的干缩系数减小。 水泥稳定砂砾的制件含水量对其干缩应变也有较大的影响。
收缩特性及影响因素
⑴ 温度收缩：粘性土含量↑，温度收缩系数↑ ⑵ 干缩系数 粒料含量↑，干缩系数↓ 粘土矿物↑，干缩系数↑ 水泥剂量图6-10 含水量：含水量增加的影响＞水泥用量增加的影响 粒料土的塑性指数越大，含水量的影响越大

骨架级配28天抗压强度 强度随水泥剂量增加而线性 增加。 线性相关性随龄期增加而增 大。 水泥剂量对不同级配强度的 影响规律相似。
7d 60d
28d 90d


中值级配抗压强度

7.0
级配对抗压强度的影响
无侧限抗压强度（MPa）

8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
养生时间对抗压强度的影响
图 为 水 泥 稳 定 土 拌 合 站
水泥稳定类基 拌和方法 摊铺整型 碾压 接缝处理 养生及交通管制 养生期满验收合格后立即浇透层油
施工工序：
①准备下承层 ②拌和与摊铺 ③整型和碾压 ④接缝处理 ⑤养生及交通管制
拌和后、摊铺前的水泥稳定碎石
水泥稳定碎石摊铺
收缩特性及影响因素
①产生收缩的原因： 水泥稳定土在形成强度的硬化过程中，也会 出现因温度变化而引起的温度收缩和因水分 变化而引起的干燥收缩。 不同温度下，水泥稳定土中塑性土含量对其 温缩系数的影响较大。 水泥稳定土的温缩系数随温度降低的变化幅 度越来越大，并以水泥土变化幅度最大，而 水泥稳定无塑性集料在不同负温度时的温缩 系数变化较小。
⑶ 水泥剂量
五、水泥稳定土混合料设计
根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定最佳的水泥剂量和混合 料的最佳含水量。
无侧限抗压强度试验： 在规定温度(北方冰冻地区为20±2℃，南方非冰冻地区为25土2℃)下保湿（湿 度为95）养生6d，浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸： Φ 150mm×150mm的圆柱体。
水泥剂量与干缩系数的关系
⑶ 三种稳定土收缩系数的排序
温缩系数： 石灰土＞石灰土砂砾＞石灰粉煤灰＞水泥砂砾＞二灰砂砾 干缩系数： 石灰土＞石灰土砂砾＞二灰＞二灰砂砾＞水泥砂砾
⑶水泥稳定类混合料的适用性


水泥稳定类材料具有较其它稳定类材料高的 强度、刚度和稳定性，可适用于各种交通类 别道路的基层和底基层。 但是水泥土在干缩性和水稳定性上有着与石 灰土相同的缺陷，不应用作高等级沥青路面 的基层，只能作为底基层；在高速公路和一 级公路公路的水泥混凝土面层下，水泥土也 不应用作基层。
水泥稳定类混合料组成设计
水泥土中水泥剂量的确定方法
☆ 实验法：击实试验确定其最大干密度和最佳含水量
水泥稳定类混合料的组成设计
⑴ 材料组成设计要求

水泥稳定类材料主要用于路面基层、底基层。在路面结构 中，基层是直接位于面层下，承受面层传来的车轮荷载垂 直压力作用，并将其向下面层次扩散分布，同时起到调节 和改善路基路面水温状况的作用，并为施工提供稳定而坚 实的工作面。所以，对无机结合稳定类混合料技术性质的 要求主要包括强度、抗变形能力和水稳性等。根据（JTJ 034-2000），水泥稳定类材料7d 浸水抗压强度应符合表 3.2。
制备相同土样，不同水泥剂量的混合料 确定最佳含水量和最大干压实密度 按最佳含水量与最大干压实密度制备试件
Rd R 1－1.645Cv
无侧限抗压强度试验,选定合适的水泥剂量
工地实际采取的石灰剂量应较实验室内试验确定的剂量多0.5％-1.0％。
水泥稳定类基层（底基层）
材料要求
土：凡能被粉碎的土都可用水泥稳定 水泥：选用终凝时间较长（宜6h以上）的水泥
延迟时间越长，稳定土强度和密度的损失越大。 在土质不变时，用终凝时间短的水泥时，延迟时间对混合料强度损 失的影响大。 在水泥不变的情况下，延迟时间为2h时，用中等粘土或砾质砂等制 得的水泥稳定土强度可损失60％；用原状砂砾或粗石灰石等）制得的 混合料的强度损失只有20％左右，甚至没有损失。
延迟时间是指水泥稳定土施工过程中， 从加水拌和开始至碾压结不束所经历 的时间
2、水泥的成分和剂量
通常情况下硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差 ；水泥分散 度增加，其活性程度和硬化能力也有所增大。 水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长，水泥用量过多，经济上不合 理，且容易开裂。试验和研究证明，水泥剂量为4～8％较为合理。
3、含水量
确保水完全水化和水解，水泥正常水化所需的水量约为水泥重的 20% ；达到最佳含水量。 对于砂性土，完全水化达到最高强度的含水量较最佳密度的含水量 为小；而对于粘性土则相反。
基层7天无侧限抗压强度要求 我国规范： 代表值：3～5MPa，以15％的变异系数计算，平均值可达4～7MPa PCA(波特兰水泥协会)： 一般：2.1～2.8MPa 细集料：≤2.1MPa 粗集料：≤3.1MPa
南非： – 基层：2.1～4.1MPa – 底基层：1.1～2.1MPa 田纳西州： – 规范：3.5MPa – 实际使用：1.4～2.1MPa 欧洲(两种观点) ： – 德国、比利时、英国等：6～10MPa – 奥地利，瑞士等：2～4MPa
4、 碳酸化作用；
Ca(OH ) 2 CO2 nH2 O CaCO3 (n 1) H 2 O
影响水泥稳定土强度的因素
1、土质
各类砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。用水泥稳定级配良 好的碎(砾)石和砂砾，效果最好，强度高，水泥用量少；其次是砂性土； 再次之是粉性土和粘性土。一般要求土的塑性指数不大于17。
工程实例介绍——水稳基层 Case study– cement stabilized base


水稳碎石基层具有强度高，稳定性好，抗冲刷能力强等优点，广泛用于 我国高等级公路的基层与底基层 存在问题 – 水稳碎石的干缩和温缩易导致收缩裂缝 – 收缩裂缝反射到沥青面层形成大量反射裂缝 – 规范规定水稳基层7天强度较高，而模量取值偏低 – 目前水稳碎石基层裂缝解决方法效果欠佳
裂缝处理
主要从三方面考虑： – 沥青面层——高性能改性沥青，厚度，外加剂，级配 – 设置隔离层、应力吸收层或土工类材料夹层 – 水稳基层本身——集料级配，水泥含量，外加剂，施工控制