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第六章 无机结合料稳定类材料

第六章 无机结合料稳定类材料. 主讲人：延西利 教授 长安大学 公路学院 http://202.117.64.98/ec/C24/index.asp. 关于无机结合料稳定类材料授课. 我们应该重点掌握： 1 ）是什么？种类？用途？ 2 ）力学特性、技术性能？ 注 意 ： 无机结合料  无机结合料 稳定类材料 ， 即： 混合料 ； 科学、技术、生产（相互区别、相互关联）； 科学（可以用图表、符号及公式表达的学科）。. 主要内容. 3. 概 述. 6.1. 水泥稳定类混合料 ( 水稳混合料 ). 6.2. 石灰稳定类混合料 ( 石灰土混合料 ). 6.3.

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第六章 无机结合料稳定类材料

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  1. 第六章无机结合料稳定类材料 主讲人：延西利教授 长安大学 公路学院 http://202.117.64.98/ec/C24/index.asp

  2. 关于无机结合料稳定类材料授课 我们应该重点掌握： 1）是什么？种类？用途？ 2）力学特性、技术性能？ 注意： • 无机结合料无机结合料稳定类材料，即：混合料； • 科学、技术、生产（相互区别、相互关联）； • 科学（可以用图表、符号及公式表达的学科）。

  3. 主要内容 3 概述 6.1 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 6.2 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 6.3 石灰粉煤灰稳定类混合料 (二灰混合料) 6.4

  4. 6.1 概述 1. 材料的学科属性 1）土木工程： 道路材料道路工程 公路工程 土木工程 民用工程（Civil Engineering）＝土木工程   军事工程（Military Engineering） 土木工程含：公路、铁路、房建、港航、水利… 土木工程四大范畴：材料、结构、工艺、维修。

  5. 5 6.1 概述 1. 材料的学科属性 2）土工材料(Geomaterials)： 用于土木工程的主体材料，如土、石、砖、碎砾石、水稳混合料、二灰混合料、BM、CC等非金属材料。 其物理结构有三大类： 颗粒性材料水硬性胶结材料均质性材料 显然，无机结合料混合料 土工材料 [物理结构?]

  6. 6.1 概述 1. 材料的学科属性 3）基本力学性质：颗粒性与 粘弹性。 路面材料大多具有这样的二重性。

  7. 7 6.1 概述 2. 关于无机结合料混合料 1）材料通识：［如何认识、介绍、考察一个材料］ 产源制作工艺产品特征使用性能。 2）基本定义：在土或碎(砾)石中加入无机结合料， 以改善其路用性能。 注：无机结合料［水泥、石灰、粉煤灰…］。 有机结合料［？］ 3）主要种类：目前的使用率依次为［水稳混合料、 二灰混合料、石灰土混合料］。

  8. 6.1 概述 2. 关于无机结合料混合料 4）通常用途：主要用于路面的(底)基层。 5）基本特性：半刚性明显、板体性好、耐磨性差、 颗粒性、粘弹性…

  9. 6.1 概述 2. 关于无机结合料混合料 6）材料要求： ① 石灰的CaO+MgO含量， ② 水泥的类别和标号， ③ 粉煤灰的SiO2+Al2O3+Fe2O3>70%和烧失量20%... 7）基本试验：击实试验、无侧限抗压试验。 要点：试件制作、养生、加载速度、设备标定。 8）应用问题：剂量，养生，工艺，裂缝etc.

  10. 10 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) • 组成： 由不同性质和标号的水泥与集料(或细粒土)， 按比例配合而成。 • 种类：水泥土、水稳砂砾、水稳碎石… 水泥稳定的材料范围很广。 • 说明： • 水泥有硅酸盐、铝酸盐、矿渣、火山灰质等类别，一般用普通硅酸盐32.5级； • 主要用于路面(底)基层； • 工程上，以水稳碎(砾)石为主。 1. 材料组成 岩沥青 天然湖沥青

  11. 11 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 2. 力学特性 1）强度构成特性：c-φ值。 2）强度形成过程：［是c-φ值此消彼长的过程］ ①水化硬凝反应，②离子交换作用，③碳酸化作用。 3）影响因素：原材料（水泥、集料）的品质、剂量、水、 温度、压实、龄期etc. 4）应力应变特性：半刚性特性（E）； 颗粒性特性（K，σ3） 水硬性胶结特性（龄期、水）； 粘弹性特性（t，T）… 岩沥青 天然湖沥青

  12. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 2. 力学特性 ［相对］半刚性特性压实度与强度和模量

  13. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 2. 力学特性 抗压强度与土质、龄期、养生温度 干缩系数与水泥剂量

  14. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 3. 路用性能 • 为半刚性材料； • 具有良好的整体性（板体性）； • 足够的力学强度（压、弯拉）及刚度； • 良好的水稳性和耐冻性； • 耐磨性一般较差（不作面层）； • 易缩裂（作基层时的致命弱点，水稳碎石较好）； • 水泥用量，混合料强度显著，裂缝（数量、宽度）； • 不存在最佳水泥剂量，但有经济用量； • 存在最佳含水量。

  15. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 4. 组成设计 • 内容：通过试验选择合适的水泥、集料（或土）、级配、 • 合适水泥剂量、最佳混合料含水量。 • 试验：① 重型击实试验； • ② 无侧限抗压试验(如15×15cm，7d，50mm/min)。 • 步骤：(1)拟定配合比(至少3个水泥用量)，制备水稳 • 混合料； • (2)击实试验确定（ϒdmax、ωopt）； • (3)确定无侧限抗压强度（工地预定压实度）； • (4)根据试验结果，选择合适的配合比。

  16. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 举例：《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定. 水泥稳定类材料用集料的技术要求 水泥剂量推荐值：(a=水泥质量／集料质量） 《公路路面基层施工技术规范》推荐范围3～16%； 工程多用水稳碎石，3.8～4.2%(基层)、3.6～4.0%(底基层)； 土越细、塑限越大，剂量越大。

  17. 6.2 水泥稳定类混合料(水稳混合料) 举例：《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定. 水泥稳定类材料的压实度(%)及7d无侧限抗压强度(MPa)

  18. 18 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 1. 材料组成 • 组成： 由不同性质和等级的石灰与集料(或细粒土)， 按比例配合而成。 • 种类：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土… • 说明：1)石灰性质(按MgO含量)有钙质石灰、镁质 石灰，等级［优等品、一等品、合格品］； 2)一般用于低等级公路的路面(底)基层； 3)工程上以石灰土为主，但目前使用极少。

  19. 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 2. 力学特性 1）强度构成特性：c-φ值。 2）强度形成过程：［是c-φ值此消彼长的过程］ 离子交换作用，碳酸化作用，结晶作用，火山灰作用。 3）影响因素：石灰的品质与剂量、土与集料的种类、 养生条件和龄期、压实程度etc. 4）应力应变特性：半刚性特性（E）； 颗粒性特性（K，σ3） 水硬性胶结特性（龄期、水）； 粘弹性特性（t，T）…

  20. 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 2. 力学特性 干缩系数与砂砾含量 抗压强度与土质、石灰剂量

  21. 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 3. 路用性能 • 基本性能［半刚性、整体性(板体性)、力学强度、开裂等]类似于［水稳混合料］；不存在最佳石灰剂量，但有经济用量；存在最佳含水量。 • 但存在这样一些致命弱点： • 耐磨性很差(不利开放施工车辆，更不可作面层)； • 极易开裂，在面层产生较强的反射裂缝； • 遇水表面软化，抗水冲刷能力差。

  22. 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 4. 组成设计 • 内容：通过试验选择合适的石灰、集料(或土)、级配、 • 合适石灰剂量、最佳混合料含水量。 • 试验：① 重型击实试验， • ② 无侧限抗压试验(如10×10cm，7d，50mm/min)。 • 步骤：(1)拟定配合比(至少3个石灰用量)，制备石灰土 • 混合料； • (2)击实试验确定(ϒdmax、ωopt)； • (3)确定无侧限抗压强度(工地预定压实度)； • (4)根据试验结果，选择合适的配合比。

  23. 23 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 举例：《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定. 石灰稳定类材料用集料的技术要求 石灰剂量推荐值：（a=石灰质量／干土质量） 《公路路面基层施工技术规范》: 砂砾土和碎石土3～7％，粘性土5～16%； 土越细、塑限越大，剂量越大。

  24. 6.3 石灰稳定类混合料(石灰土混合料) 举例：《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定. 石灰稳定类材料的压实度(%)及7d无侧限抗压强度(MPa)

  25. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 1. 材料组成 • 组成： 石灰＋粉煤灰＋集料(或细粒土)［按比例混合］ ＝二灰混合料。 • 种类：二灰土、二灰砂砾、二灰碎石… • 粉煤灰： 成份：SiO2+Al2O3+Fe2O3（成份>70%，烧失量20%）； 来源：火力发电厂、其它矿渣； 供应：曾经变废为宝，目前经济市场。

  26. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 2. 力学特性 1）强度构成特性：c-φ值。 2）强度形成过程：［是c-φ值此消彼长的长时间过程］ 初期类似于石灰土混合料，后期类似于水稳混合料。 3）影响因素：石灰和粉煤灰的活性成份与剂量、土与集料 的种类、养生温度和龄期、压实程度etc. 4）应力应变特性：半刚性特性（E）； 颗粒性特性（K，σ3） 水硬性胶结特性（龄期、水）； 粘弹性特性（t，T）…

  27. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 2. 力学特性 举例1：二灰碎石的养生温度与7d抗压强度 举例2：二灰混合料的最大干缩应变及与石灰土的对比

  28. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 3. 路用性能 • 基本性能［半刚性、整体性(板体性)、力学强度、开裂等]均相类似［无机结合料混合料］；不存在明显的最佳二灰剂量，但有经济用量；存在最佳含水量。 • 注：配合比有［举例］参考值。 • 但存在这样一些差异： • 强度形成慢，养生周期长，开放交通晚； • 耐磨性介于前述二者之间； • 不易开裂，防裂效果较好［粉煤灰可作防裂外掺剂］； • 作路面(底)基层时，多用二灰碎石，几乎无二灰土。

  29. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 4. 组成设计 • 内容：通过试验选择合适的石灰、粉煤灰、集料(或土)、 • 级配、合适二灰剂量、最佳混合料含水量。 • 试验：① 重型击实试验， • ② 无侧限抗压试验(如15×15cm，7d，50mm/min)。 • 步骤：(1)依据参考值，拟定配合比，制备二灰混合料； • (2)击实试验确定(ϒdmax、ωopt)； • (3)确定无侧限抗压强度(工地预定压实度)； • (4)根据试验结果，选择合适的配合比。

  30. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 举例： 石灰粉煤灰稳定类材料用集料的技术要求 石灰粉煤灰混合料的配合比参考值

  31. 6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料(二灰混合料) 举例：《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定. 石灰粉煤灰稳定类材料的压实度(%)及7d无侧限抗压强度(MPa)

  32. 思考题 试说明无机稳定类混合料的种类及其材料组成。 试在σ-ε坐标系中，相对于刚性和柔性材料，描述无机稳定类混合料的半刚性特征。 简述水泥稳定碎(砾)石的强度形成过程和强度构成特性，及二者的关联。 试说明石灰粉煤灰混合料的路用技术性能。 以水泥稳定碎(砾)石为例，试设计试验分析方案，以确定无机稳定类混合料的配合比。

  33. 敬请关注后续章节！祝同学们学习愉快！

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