【正文】 1 高等筑路材料 廖公云 副教授 Tel:13912975564 02583790551 Email： 2 第 4章 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 4 課前提問(wèn) ?為什么無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料又稱(chēng)為“半剛性材料” ？ ?為什么 CTB和 LFTB會(huì)成為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料中的兩大“主力”？ 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 5 兩個(gè)基本概念 ?無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 ?在破碎的或原來(lái)松散的土（包括各種粗、中、細(xì)粒土）中，摻入足量的 水泥 、 石灰或工業(yè)廢渣材料 和水，經(jīng)拌和得到的混合料，在壓實(shí)和養(yǎng)生后， 抗壓強(qiáng)度 符合規(guī)定要求的混合料。 ?半剛性材料 ?用水泥、 石灰 或水硬性結(jié)合料 等無(wú)機(jī)結(jié)合料 處治的土或碎 （礫），前期具有柔性的性質(zhì)，后期強(qiáng)度和剛度有大幅度的增長(zhǎng)，但仍遠(yuǎn)小于水泥混凝土。 這樣的混合料稱(chēng)為 半剛性材料 。 ☆ 強(qiáng)度來(lái)源 ☆ 強(qiáng)度特征 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 6 “ 半剛性 ” 的由來(lái) ☆ 瀝青混合料、級(jí)配碎石 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 水泥混凝土 1200MPa 柔性材料 1300－ 1700 半剛性 25000 剛性材料 ☆ 由于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的剛度介于柔性 材料 和剛性 材料 之間 ，因此也被稱(chēng)為 “ 半剛性材料 ” 。 Pause45 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 7 結(jié)構(gòu)定位 ☆ 大多用做瀝青路面或水泥路面的 基層或底基層 。 面層 瀝青混凝土 水泥混凝土 基層 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn) 定材料 底基層 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn) 定材料 土基 壓實(shí)土 改善土 最適合這兩個(gè)層次的工作！ 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 8 瀝青路面主要病害： 反射裂縫 路面裂縫 基層開(kāi)裂 ☆ 在荷載和溫度的反復(fù)作用下，無(wú)機(jī)結(jié)合料基層上的裂縫逐漸向上反射，形成瀝青路面的裂縫。 ☆ 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層為什么會(huì)開(kāi)裂？ ☆ 為什么說(shuō)反射裂縫不可避免？ 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 9 瀝青路面主要病害： 水損害 ☆ 在瀝青路面上產(chǎn)生反射裂縫后，水沿裂縫面逐漸滲入基層頂面，在高速車(chē)載的作用下，高壓水流不斷沖刷無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層上的細(xì)小顆粒，逐漸泵吸到路面，形成唧泥。 路面唧泥 ☆ 為什么無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層瀝青路面上的水損害比較嚴(yán)重？ ☆ 采取哪些措施可以 盡量避免這種破壞的發(fā)生？ 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 10 結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計(jì) ☆ 承受車(chē)輛荷載的作用，起主要承重層的作用； ☆ 優(yōu)化材料設(shè)計(jì)，盡量減小路面的反射裂縫； ☆ 優(yōu)化材料設(shè)計(jì)，增強(qiáng)抵抗水損害的能力。 面層 瀝青混凝土 水泥混凝土 基層 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn) 定材料 底基層 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn) 定材料 土基 壓實(shí)土 改善土 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 11 本章內(nèi)容要點(diǎn) ?一、 使用狀況和分類(lèi) ?二、 力學(xué)性能 ☆ ?三、 收縮性能 ☆ ?四、 水穩(wěn)定性 ☆ ?五、疲勞性能 ?七、 配合比設(shè)計(jì) ☆ ?八、 施工工藝及控制 六、綜合性能 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 12 一、使用狀況和分類(lèi) ?：國(guó)內(nèi)（七五期間） 道路名稱(chēng) 瀝青面層厚度 (cm) 和類(lèi)型 基層厚度 (cm) 和類(lèi)型 底基層厚度 (cm) 和類(lèi)型 滬嘉高速公路 46石灰粉煤灰碎石 20砂礫 廣佛高速公路 4中粒式瀝青混凝土+5粗粒式瀝青混凝土 同上 +6瀝青碎石 25水泥級(jí)配碎石或水泥石屑 (31) 25~28水泥石屑或水泥土 沈大高速公路 同上或 5+5+5 20水泥砂礫或水泥礦渣 砂礫或礦渣 京津塘高速公路 20~23中粒式瀝青混凝土、 粗粒式瀝青混凝土和瀝青碎石 20~25水泥粒料 (碎石或礫石 )或石灰粉煤灰碎石 25~35石灰土或水泥土、水泥石灰土、石灰粉煤灰土 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 13 一、使用狀況和分類(lèi) ?：國(guó)內(nèi)（七五以后） 道路名稱(chēng) 表面層 (cm) 中面層 (cm) 底面層 (cm) 基層 (cm) 材料名 底基層 (cm) 材料 總厚度 (cm) 廣州 深圳 4中 AC 8密粗 AC +10密 BM 10MB 23水泥碎石 23級(jí)配碎石+22~32未篩分碎石 110 路肩 100 濟(jì)南 —青島 5中 SAC 4中 SAC 6粗 AC 5粗 AC 7BM 6BM 34水泥砂礫 20水泥砂礫 20水泥砂礫 15石灰土 26石灰土 26石灰土 67 64 61 滬寧（江蘇段） 4AK16A 6粗 AC25I 6粗 AC25I 28二灰碎石 30二灰碎石 25二灰碎石 33二灰土 石家莊 —安陽(yáng) 4中 SLH 5粗 SLH 6LH30 20水泥碎石+ 20二灰碎石 20～ 40石灰土 75 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 14 一、使用狀況和分類(lèi) ?：國(guó)外 ?從 1980年代中期開(kāi)始，國(guó)外在高速公路中 很少 使用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，即使使用，也是采用較 厚 的瀝青層、較 薄 半剛性材料作底基層的“混合結(jié)構(gòu)”。 ?國(guó)外最常用的基層材料是 級(jí)配碎石（ Unbound material 或 Granular material）。 ?與我國(guó)的使用狀況存在很大差別（ 薄 瀝青層、厚 半剛性材料）。 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 15 一、使用狀況和分類(lèi) ☆ 按結(jié)合料類(lèi)型分： ?水泥穩(wěn)定材料 （水泥穩(wěn)定碎石等） ?石灰穩(wěn)定材料 （石灰土等） ?石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定材料 （石灰粉煤灰碎石，簡(jiǎn)稱(chēng)二灰碎石） ☆ 按土的顆粒組成分： ?穩(wěn)定粗粒土 （二灰穩(wěn)定碎石等，常用做基層） ?穩(wěn)定中粒土 （水泥穩(wěn)定砂礫等，常用做基層） ?穩(wěn)定細(xì)粒土 （二灰穩(wěn)定土等，常用做底基層） ?： 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 16 二、力學(xué)性能 ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ?（ 1）水泥水化作用 ?（ 2）離子交換作用 ?（ 3） 化學(xué)激發(fā)作用 ?（ 4） 碳酸化作用 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 17 二、力學(xué)性能 ☆ ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ?（ 1）水泥水化作用 硅酸三鈣 3CaOSiO2 （ C3S） 硅酸二鈣 2CaOSiO2 （ C2S） 鋁酸三鈣 3CaOAl2O3 （ C3A） 鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3 （ C4AF） CHHSCOHSC 362 32323 ???CHHSCOHSC ??? 32322 426323 6 AHCOHAC ??7424 7 A F HCOHAFC ??☆ 強(qiáng)度形成的主要來(lái)源。 水泥成分 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 18 二、力學(xué)性能 硅酸鹽水泥主要礦物組成與特性 礦物組成 硅酸三鈣 （ C3S） 硅酸二鈣 （ C2S） 鋁酸三鈣 （ C3A） 鐵鋁酸四鈣 （ C4AF） 與水反應(yīng)速度 中 慢 快 中 水 化 熱 中 低 高 中 對(duì)強(qiáng)度的作用 早 期 良 差 良 良 后 期 良 優(yōu) 中 中 耐化學(xué)侵蝕 中 良 差 優(yōu) 干縮性 中 小 大 小 大致含量（％） 35～ 65 10～ 40 0～ 15 5～ 15 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 19 二、力學(xué)性能 ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ☆ 兩種水泥水化作用的區(qū)別（水泥穩(wěn)定土 VS 水泥混凝土） ?土 （水泥穩(wěn)定土） 具有非常高的比表面積和親水性 ； ?水泥穩(wěn)定土中的水泥含量較少（ 6%） ； ?土對(duì)水泥的水化產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的吸附性； ?在一些土中常存在酸性介質(zhì)環(huán)境。 pause4 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 20 二、力學(xué)性能 ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ?（ 2）離子交換作用 ?水泥水化產(chǎn)物中的 Ca(OH)2含量很高，易形成富含 Ca2+的堿性溶液環(huán)境； ?當(dāng)溶液中富含 Ca2+時(shí)，因?yàn)?Ca2+的電價(jià)高于 K+、Na+等離子，因此與電位離子的吸引力較強(qiáng)，從而取代了 K+、 Na+，成為反離子，同時(shí) Ca2+使雙電層電位的降低速度加快。 Ca2+ K+、 Na+ ☆ 增加強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 21 二、力學(xué)性能 ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ?（ 3） 化學(xué)激發(fā)作用 ?Ca2+的化學(xué)激發(fā)作用 當(dāng)粘土顆粒周?chē)橘|(zhì)的 pH值 增加到一定程度時(shí)，粘土礦物中的部分 SiO2和 Al2O3的活性將被激發(fā)出來(lái)，與溶液中的 Ca2+進(jìn)行反應(yīng)，生成新的礦物，這些礦物主要是硅酸鈣和鋁酸鈣系列，如4CaO?5SiO2?5H2O、 4CaO?Al2O3?19H2O、3CaO?Al2O3?16H2O、 CaO?Al2O3?10H2O等。 ☆ 增加強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。 高等筑路材料 無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料 22 二、力學(xué)性能 ? a（ 水泥穩(wěn)定材料 ） ?（ 4） 碳酸化作用 ?水泥水化生成的 Ca(OH)2，除了可與粘土礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，還可以進(jìn)一步與空氣中的 CO2發(fā)生碳化反應(yīng)并生成碳酸鈣晶體。 ☆ 反應(yīng)緩慢，