《路基路面工程》14第十二章无机稳定路面.pdf

第十二章无机结合料稳定路面第十二章无机结合料稳定路面 12-1 概述概述 在粉碎的或原状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。 无机结合料稳定路面具有稳定性好、 抗冻性能强、 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。 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。不同的土与无机结合料 拌和得到不同的稳定材料。例如石灰土、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，使用时应根据 结构要求、掺加剂和原材料的供应情况及施工条件进行综合技术、经济比较后 选定。 由于无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间， 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（底基层）。 12-2 无机结合料稳定材料的力学特性无机结合料稳定材料的力学特性 无机结合料稳定材料的力学特性包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩（温 缩和干缩）特性。 1．无机结合料稳定材料的应力-应变特性。 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， 石灰或石灰粉煤灰（简称二灰）稳定类材料设计龄期为六个月。 半刚性材料应力-应变特性试验方法有顶面法、粘贴法、夹具法和承载板法 等。试件有圆柱体试件和梁式分大、中、小梁试件。试验内容有抗压强度、抗 压回弹模量、劈裂强度和劈裂模量、抗弯拉强度和抗弯拉模量等。 由于材料的变异性和试验过程的不稳定性，同一种材料不同的试验方法。同 一种试验方法不同的材料及同一种试验方法不同龄期试验结果存在差异性。通 过各种试验方法的综合比较，认为抗压试验和劈裂试验较符合实际。表 12-1 给 出 表 12-1 水泥稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系 力学参数（MPa28 天 90 天180 天28 天／180 天 90 天／180 天 R 4.49 5.57 6.33 0.71 0.88 Ep2093 30973872 0.54 0.80 1 σsp0.413 0.6340.8130.51 0.78 Esp533 926 1287 0.41 0.72 了水泥稳定碎石抗压强度R、抗压回弹模量Ep劈裂强度σsp和劈裂模量Esp 与龄期之间的关系。表 12-2 则为石灰粉煤灰稳定碎石的测试结果。 表 12-2 石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期关系 力学参数 （MPa 28 天 90 天 180 天 28 天／180 天90 天／180 天 R 3.10 5.75 8.36 0.37 0.69 Ep1086 1993 2859 0.38 0.70 σsp0.219 0.536 0.913 0.41 0.59 Esp359 960 1720 0.37 0.56 无机结合料稳定材料的应力-应变特性与原材料的性质、结合料的性质和剂 量及密实度、含水量、龄期、温度等有关。 2．无机结合料稳定材料的疲劳特性 材料的抗压强度是材料组成设计的主要依据，由于无机结合料稳定材料的 抗拉强度远小于其抗压强度，材料的抗拉强度是路面结构设计的控制指标。 抗拉强度试验方法有直接抗拉试验、间接抗拉试验和弯拉试验。常用的疲 劳试验有弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。 无机结合料稳定材料的疲劳寿命主要取决于重复应力与极限应力之比 s f σ σ ，原则上当 s f σ σ 小于 50，无机结合料稳定材料可经受无限次重复加荷 次数而无疲劳破裂，但是，由于材料的变异性，实际试验时其疲劳寿命要小得 多。 疲劳性能通常用 s f σ σ 与达到破坏时反复作用次数Nf所绘成的散点图来表 示。试验证明， s f σ σ 与Nf之间关系通常用双对数疲劳方程lgNfablgσf/σs 及单对数疲劳方程lgNfabσf/σs来表示比较合理。 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。强度愈大 刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。 由于材料的不均匀性， 无机结合料稳定材料的疲劳方程还与材料试验的变异 性有关。不同的存活率到达疲劳寿命时出现破坏的概率将得出不同的疲劳方 程。 2 图 12-1 二灰砂砾小梁应力强度比疲劳寿命曲线 图 12-2 水泥砂砾小梁应力强度比疲劳寿命曲线 3．无机结合料稳定材料的干缩特性 无机结合料稳定材料经拌和压实后，由于水分挥发和混合料内部的水化作 用，混合料的水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力 的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等会引起无机 结合料稳定材料体积收缩。 描述材料干缩特性的指标主要有干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失 水率和平均干缩系数。 干缩应变εd是水分损失引起的试件单位长度的收缩量10-6； 干缩系数是某失水量时，试件单位失水率的干缩应变10-6 平均干缩系数αd是某失水量时，试件的干缩应变与试件的失水率之比 10-6 失水量是试件失去水分的重量g 失水率是试件单位重量的失水量 干缩量是水分损失时试件的收缩量10-3mm l l d Δ ε αｄ＝εｄ／ΔＷ （12-1） 式中为含水量损失ΔW 时，试件的整体收缩量， 为试件的长度。 lΔl 3 无机结合料稳定材料的干缩特性最大干缩应变和平均干缩系数的大小与结 合料的类型、剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、小于 0.5mm 的细颗粒的含 量、试件含水量和龄期等有关。 例如二灰石灰粉煤灰∶碎石15∶85重量比与二灰石灰粉煤灰∶碎石 20∶80 时，7 天龄期的最大干缩应变分别为 27310-6、23310-6，而平均干缩 系数分别为 6510-6、5510-6。 对稳定粒料类，三类半刚性材料的干缩特性的大小次序为石灰稳定类水 泥稳定类石灰粉煤灰稳定类。 对于稳定细粒土，三类半刚性材料的收缩性的大小排列为石灰土水泥土 和水泥石灰土石灰粉煤灰土。 4．半刚性材料的温度收缩特性 半刚性材料是由固相组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结物、液 相存在于固相表面与空隙中的水和水溶液和气相存在于空隙中的气体组成。 所以，半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同的温度收缩性的综合效应的结果。 一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略，原材料中砂 粒以上颗粒的温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温度收缩性较大。 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、龄期等有关。试验结果表明 石灰土砂砾16.710-6悬浮式石灰粉煤灰粒料15.310-6密实式石灰粉 煤灰粒料11.410-6和水泥砂砾5～7％水泥剂量为 10～1510-6。 半刚性基层一般在高温季节修建，成型初期基层内部含水量大，且尚未被沥 青面层封闭，基层内部的水分必然要蒸发，从而发生由表及里的干燥收缩，同 时，环境温度也存在昼夜温度差，因此，修建初期的半刚性基层同时受到干燥 收缩和温度收缩的综合作用，必须注意养生保护，但此时以干燥收缩为主。 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，使材料的含水量由回升趋于平衡，这时半刚性基层的变形以温度收缩为 主。 12-3 石灰稳定类基层（底基层）石灰稳定类基层（底基层） 在粉碎的土和原状松散的土包括各种粗、中、细粒土中、掺入适量的石灰 和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗 压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。用石灰稳定细粒土得到 的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。 石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率， 即石灰剂量＝石灰质 量／干土质量。 石灰稳定类材料适用于各级公路路面的底基层， 可用作二级和二级以下公路 的基层，但石灰土不应用作高等级公路的基层。 1．石灰稳定土强度形成原理 在土中掺入适量的石灰，并在最佳含水量下拌匀压实，使石灰与土发生一系 列的物理、化学作用，从而使土的性质发生根本的变化。一般分四个方面，第 4 一是离子交换作用，第二是结晶硬化作用，第三是火山灰作用，第四是碳酸化 作用。 1离子交换作用 土的微小颗粒具有一定的胶体性质，它们一般都带有负电荷，表面吸附着一 定数量的钠、氢、钾等低价阳离子Na、H、K。石灰是一种强电解质，在土 加入石灰和水后，石灰在溶液中电离出来的钙离子Ca2就与土中的钠、氢、钾 离子产生离子交换作用。原来的钠钾土变成钙土，土颗粒表面所吸附的离子由 一价变成了二价，减少了土颗粒表面吸附水膜的厚度，使土粒相互之间更为接 近，分子引力随着增加，许多单个土粒聚成小团粒，组成一个稳定结构。 2结晶作用 在石灰土中只有一部分熟石灰CaOH2进行离子交换作用，绝大部分饱和的 CaOH2自行结晶。熟石灰与水作用生成熟石灰结晶网格。其化学反应式为 CaOH2＋nH2Ｏ→CaOH2nH2Ｏ 3火山灰作用 熟石灰的游离Ca2与土中的活性氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3作用生成含水的 硅酸钙和铝酸钙的化学反应就是火山灰作用，其反应式为 xCaOH2＋SiO2＋nH2O→xCaOSiO2（n1H2O xCaOH2＋Al2O3＋nH2O→xCaOAl2O3（n1H2O 上述所形成的熟石灰结晶网格和含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质， 它具有水硬性并能在固体和水两相环境下发生硬化。这些胶凝物质在土微粒团 外围形成一层稳定保护膜，填充颗粒空隙，使颗粒间产生结合料，减少了颗粒 间的空隙与透水性，同时提高密实度，这是石灰土获得强度和水稳定性的基本 原因，但这种作用比较缓慢。 4碳酸化作用 在土中的CaOH2与空气中的二氧化碳作用，其化学反应式为 CaOH2＋CO2→CaCO3＋H2O CaCO3是坚硬的结晶体，它和其他生成的复杂盐类把土粒胶结起来，从而大 大提高了土的强度和整体性。 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。 2．影响强度的因素 1土质 各种成因的土都可以用石灰来稳定，但生产实践说明，粘性土较好，其稳定 的效果显著，强度也高。当采用高液限粘土时施工不易粉碎；采用粉性土的石 灰土早期强度较低，但后期强度也可满足行车要求；采用低液限土质时易拌和， 但难以碾压成型，稳定的效果不显著。采用的土质，既要考虑其强度，还要考 虑到施工时易于粉碎便于碾压成型。 一般采用塑性指数 12～18100g 平衡锥测液 限，搓条法测塑限的粘性土为好。塑性指数偏大的粘性土，要加强粉碎，粉碎 后，土中 15～25mm 的土块不宜超过 5。经验证明塑性指数小于 12 的土不宜 用石灰稳定。对于硫酸盐类含量超过 0.8或腐殖质含量超过 10的土，对强度 5 有显著影响，不宜直接采用。 2灰质 表 12-3 石灰的技术标准 钙质生石灰镁质生石灰 钙质消石灰 镁质消石灰 类别与指标 项目 I IIIIII IIIIII II III I II III 有效钙加氧化镁（）≥ 85 80708075656560 55 60 55 50 未消解残渣≤（）① 7 1117101420 含水量（）≤ 4 4 4 4 4 4 0.71mm②筛余≤ 0 1 1 0 1 1 细度 0.125mm 累计筛余≤ 1320 13 20 钙镁石灰的分类，Mgo ≤5 5 ≤4 4 ①5mm圆孔筛的筛余； ②方孔筛。 石灰应是消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细生石灰粉。 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。在 同等石灰剂量下，质量好的石灰，稳定效果好。如采用质量差的石灰，为了满 足石灰土的技术要求，就得适当增加石灰剂量。 3石灰剂量 石灰剂量对石灰土强度影响显著，石灰剂量较低小于 3～4％时，石灰主要 起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度、强度得到改善。 随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围时，强度反而降 低。生产实践中常用的最佳剂量范围，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进行混合料组成设计。 4含水量 水是石灰土的重要组成部分。它促使石灰土发生物理化学变化，形成强度； 便于土的粉碎、拌和与压实，并且有利于养生。不同土质的石灰土有不同的最 佳含水量。需通过标准击实试验确定，并用以控制施工中的实际加水量，所用 水应是干净可供饮用的水。 5密实度 石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰土的密实度每增减 1，强度约增减 4左右。而密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性也好，缩裂现 象也少。 6石灰土的龄期 石灰土强度具有随龄期增长的特点。一般石灰土初期强度低，前期1～2 个 月增长速率较后期为快。石灰土强度与龄期关系可表示为 RtRitβ （12-2） 式中Ri一个月龄期抗压强度 Rtt个月龄期抗压强度 β系数，约为 0.1～0.5。 7养生条件 养生条件主要指温度与湿度。 养生条件不同， 其强度也有差异。 当温度高时， 6 物理化学反应、硬化、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。 多年的施工经验证明，热季施工的灰土强度高，质量可以保证，一般在使用 中很少损坏。 养生的湿度条件对石灰土的强度也有很大影响。实践证明在一定潮湿条件 下养生强度的形成比在一般空气中养生要好。 3．石灰土基层的应用 石灰稳定土不但具有较高的抗压强度，而且也具有一定的抗弯强度，且强度 随龄期逐渐增加。因此，石灰稳定土一般可以用于各类路面的基层或底基层。 但石灰稳定土因其水稳定性较差不应做高速公路或一级公路的基层，必要时可 以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜 采用石灰土做基层。 4．石灰稳定土基层缩裂防治 石灰稳定土基层防治缩裂的措施有 1控制压实含水量石灰稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，因而压 实时含水量一定不要大于最佳含水量，其含水量应略小于最佳含水量。 2严格控制压实标准，实践证明，压实度小时产生的干缩要比压实度大时严 重，因此，应尽可能达到最大压实度。 3温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，而且温度在 0～-10℃时。 因此施工要在当地气温进入 0℃前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。 4干缩的最不利情况是石灰稳定土成型初期，因此，要重视初期养护。保证 石灰土表面处于潮湿状况，禁防干晒。 5石灰稳定土施工结束后要及早铺筑面层，使石灰土基层含水量不发生大变 化，可减轻干缩裂隙。 6在石灰稳定土中掺加集料砂砾、碎石等，使其集料含量为 60～70，使 混合料满足最佳组成要求，不但提高强度和稳定性，而且具有较好的抗裂性。 7基层的缩裂会反射到面层，为了防止基层裂缝的反射，国内外常采取以下 措施 1设置联结层。 设置沥青碎石或沥青贯入式联结层， 是防止反射裂缝的有效 措施。 2铺筑碎石隔离过渡层。在石灰土与沥青面层间铺筑厚 10～20cm 的碎石层 或玻璃纤维网格，可减轻反射裂缝出现。 5．石灰土混合料设计 石灰稳定土是由土、石灰和水组成的。混合料的组成设计包括根据强度标 准，通过试验选取合适的土，确定必需的或最佳的石灰剂量和混合料的最佳含 水量。 1石灰土的强度标准 石灰土的强度标准根据相应的公路等级和在路面结构中的层位而定。在规 定温度保湿养生 6d、浸水 1d 后无侧限抗压强度标准如表 12-4。 表 12-4 石灰稳定细粒土的强度MPa和压实度标准 7 高速和一级 二级以下 使用层次 强度 压实度 强度 压实度 基层 ≥0.8 中、粗粒土 97 细粒土 93 底基层 ≥0.8 中、 粗粒土 96 细粒土 95 0.5～0.7 中、粗粒土 95 细粒土 93 注①在低塑性土塑性指数小于 7地区，石灰稳定砂砾土和碎石土的 7 天浸水 抗压强度应大于 0．5MPa。 ②低限用于塑性指数小于 7 的粘性土，高限用于塑性指数大于 7 的粘性土。 2混合料的设计步骤 1制备同一种土样，不同石灰剂量的石灰土混合料。根据不同的层位，可参 照下列石灰剂量进行配制 做基层用 砂砾土和碎石土5，6，7，8，9。 塑性指数小于 12 的粘性土10，12，13，14，16。 塑性指数大于 12 的粘性土5，7，9，11，13。 做底基层用 塑性指数小于 12 的粘性土8，10，11，12，14。 塑性指数大于 12 的粘性土5，7，8，9，11。 2确定混合料的最佳含水量和最大干压实密度用重型击实标准试验，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。 3按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件， 进行强度试验时， 做 平行试验的试件数量应符合规定。 4试件在规定温度北方冰冻地区为 202℃，南方非冰冻地区为 252℃ 下保湿养生 6d，浸水 1d，进行无侧限抗压强度试验。根据表 12-4 的强度标准， 选定合适的石灰剂量， 室内试验结果的平均抗压强度应符合公式 （12-3） 的要求 R R Z C d av ≥ 1－ （12-3） 式中Rｄ设计抗压强度 Cｖ试验结果的偏差系数小数计 Za标准正态分布表中随保证率或置信度α而变的系数。重交通道路 应取保证率 95，此时Zａ1.645。其他道路可取保证率为 90，即Zａ1.282。 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％。 6．石灰土底基层的施工 1）备料 1．1．1 石灰 1石灰应符合表 12-3 的规定。 2生石灰应在使用前 7～10 天进行充分消解成熟石灰粉，并过 10mm 筛， 熟石灰粉应尽快使用，不宜存放过久。 3进场的生石灰块应妥善保管， 加棚盖或覆土储存， 应尽量缩短生石灰的存 放时间。 8 1．1．2 土 1石灰土混合料的用土应按照JTJ051 的规定试验，其塑性指数Ip应为 12～ 18100g平衡锥法。Ip过高时粉碎困难。 2粉碎土中 10～25mm 团块的含量不得超过总重的 5。 3土中硫酸盐含量应≯0.8，腐蚀质含量应不超过 10。 2）混合料配比 1应按指定的配比，在石灰土层施工前 10～15 天进行现场试配。按照 JTJ057 的规定进行试验，养生湿度为 95，温度为 25℃2℃，养生 6 天，第 7 天饱水，试件尺寸5cm5cm高直径的圆柱体。 2考虑到石灰在施工过程中的损耗，允许实际用灰量可比设计值高出 0.5～ 1，现场石灰含量试验按 JTJ057 第 7 章方法进行。 3确定混合料的松铺系数混合料的干压实密度与松铺干密度之比值。 3）路拌法施工要求 1摊铺 a、摊铺土料前，应先在土基上洒水湿润，但不应过分潮湿而造成泥泞。 b、用平地机或其它合适的机具将土料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面应 力求平整，并有规定的路拱。 c、摊铺过程中，应将土中超尺寸颗粒及其他杂物清除干净。 d、检验松铺土料层的厚度，不符合要求时，应进行减料或补料。 e、除了洒水车外，严禁其它车辆在土料层上通行。 f、如粘土过干，应事先洒水闷料，使它的含水量略小于最佳值一般至少闷 料一夜。 g、石灰应摊铺均匀，石灰摊铺完后，应量测石灰土的松铺厚度。并校核石 灰用量是否合适。 2拌和与洒水 a、石灰土拌和应采用拌和机宝马机或功效与之相当的其它型号拌和机。 b、 拌和机应先将拌和深度调整好， 由两侧向中心拌和， 每次拌和应重叠 10～ 20cm，防止漏拌。先干拌一遍，然后视混合料的含水情况，碾压时按最佳含水 量的要求，考虑拌和后碾压前的蒸发，适当洒水一般可比最佳含水量大 1左 右，再进行补充拌和，以达到混合料颜色一致，没有灰条、灰团和花面为止。 c、在路基上铺拌时应随时检查拌和深度，严禁在底部留有“素土”夹层， 也应防止过多破坏土基表面，以免影响混合料的石灰剂量及底部压实。 d、洒水要求用喷管式洒水车，并及时检查含水量。洒水车起洒处和另一端 “调头”处都应超出拌和段 2m 以上。洒水车不应在进行拌和的以及当天计划拌 和的路段上“调头”和停留，以防局部水量过大。 e、在两工作段的搭接部分，应在前一段拌和后留 5～8m 不进行碾压，待后 一段施工时，将前段留下未压部分一起再进行拌和。 f、拌和机械及其它机械不宜在已压成的石灰土层上“调头”，如必须在上 进行“调头”时，应采取措施保护“调头”部分，使石灰土表层不受破坏。 4）场拌或集中场拌法施工要求 1拌和 9 a、石灰稳定土应在中心站用强制式拌和机，双转轴桨叶式拌和机等稳定土 石拌设备进行集中拌和。 b、在正式拌制稳定土混合料之前 ，应先调试所用的石拌设备，使混合料的 配比和含水量都达到规定要求。 c、稳定土混合料正式拌制时，应将土块粉碎，必要时，筛除原土中15mm 的土块；配料要准确，各料石灰、土、加水量可按重量配比，也可按体积配比； 拌和要均匀；加水量要略大于最佳含水量的 1左右，使混合料运至现场摊铺后 碾压时的含水量能接近最佳含水量。 d、 成品料露天堆放时， 应减少临空面建议堆成圆锥体， 并注意防雨水冲刷。 对屡遭日光暴晒或受雨淋的料堆表面层材料应在使用前清除。 e、上路摊铺前，应检测混合料中有效 CaOMgO 含量，如达不到要求时， 应在运料前加料消石灰重拌。成品料运达现场摊铺前应覆盖，以防水分蒸发。 2摊铺 a、可用稳定土摊铺机、沥青混凝土摊铺机或水泥混凝土摊机摊铺混合料； 如没有上述摊铺机，也可用摊铺箱摊铺。如石灰土层分层摊铺时，应先将下层 顶面拉毛，再摊铺下层混合料。 b、拌和机与摊铺机的生产能力应互相协调。如拌合机的生产能力较低时， 在用摊铺箱摊铺混合料时，应尽量采用最低速度摊铺，减少摊铺机停机待料的 情况。 c、石灰土混合料摊铺时的松铺系数应视摊铺机机械类型而异，必要时，通 过试铺碾压求得。 d、场拌混合料的摊铺段，应安排当天摊铺当天压实。 5）整型 a、 路拌混合料拌和均匀后或场拌混合料运到现场经摊铺达预定的松厚之时， 即应进行初整型，在直线段，平地机由两侧向路中进行刮平；在平曲线超高段， 平地机由内侧向外刮平。 b、初整型的灰土可用履带拖拉机或轮胎压路机稳压 1～2 遍，再用平地机进 行整型，并用上述压实机械再碾压一遍。 c、对局部低洼处，应用齿耙将其表层 5cm 以上耙松，并用新拌的灰土混合 料找补平整，再用平地机整型一次。 d、在整型过程中，禁止任何车辆通行。 6）碾压 a、混合料表面整型后应立即开始压实，混合料的压实含水量应在最佳含水 量的1范围内，如因整型工序导致表面水分不足，应适当洒水。压实度要达 到表 12-4 的要求。 b、用 12～15 吨三轮压路机碾压时，每层压实厚度不应超过 15cm；用 18～ 20 吨三轮压路机或相应功能的滚动压路碾压时，每层压实厚度不应超过 20cm。 压实厚度超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚度为 10cm。 c、直线段由两侧路肩向路中心碾压，超高段由内侧肩向外侧路肩碾压，碾 压时后轮应重叠 1／2 的轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。后轮压实轮压完 路面全宽时，即为一遍。一般需碾压 6～8 遍。压路机碾压速度，头两遍采用 1 10 档1.5～1.7km/h为宜，以后用 2 档2.0～2.5km/h。路面两侧应多压 2～3 遍。 d、严禁压路机在已完成的或正在碾压的路上“调头”和急刹车，以保证灰 土表面不受破坏。如确有必要时，应采取措施如覆盖 10cm 厚的砂或砂砾保护 “调头”部分的灰土表面。 e、碾压过程中，石灰土的表面应始终保持湿润，如表面水分蒸发太快，应 及时补充洒水，以防表面开裂。 f、石灰土碾压中如出现“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开晾晒或 换新混合料重新拌和碾压。 g、在碾压结束之前，用平地机再终平一次，使其纵向顺适、路拱和超高符 合设计要求。终平时必须将局部高出部分刮除，并扫出路外。 h、 一个作业段完成之后， 应按 JTJ057 第 3 章方法检查灰土的压实度。 频率 开始阶段， 每一作业段检查 6 次， 然后用碾压遍数与检查相结合每 1000m 为 6-10 次。如果在铺一层或工程验收之前被检验的石灰土材料没达到所需的压实度， 则必须返工。 i、不管路拌或场拌，其拌压时间不得多于 2 天。 7）养生 1刚压实成型的石灰土底基层， 在铺筑基层之前， 至少在保持潮湿状态下养 生 7 天。养生方法可视具体情况采用洒水、覆盖砂等。养生期间石灰土表层不 应忽干忽湿，每次洒水后应用两轮压路机将表层压实。 2在养生期间未采用覆盖措施的石灰土底基层上， 除洒水车外， 应封闭交通； 在采用覆盖措施的石灰土底基层上，不能封闭交通时，应当限制车速不得超过 30km/h。 7．碎砾石灰土底基层 用石灰稳定碎砾石土，简称碎砾石灰土。将拌和均匀的碎砾石灰土经摊 铺、整型、碾压、养生后成型的底基层，称碎砾石灰土底基层。 混合料的最佳组成应是碎砾石掺入量占混合料总重的 60～70％，而且要求 碎砾石要有一定级配级配标准可参照级配碎砾石基层。按重型击实试验确 定材料的最佳含水量和最大干密度。所制成的试件在规定温度下，经 6d 保湿养 生，一天浸水的无侧限抗压强度应满足规范规定的强度标准要求。 碎砾石灰土基层的施工方法和程序，可参照石灰土施工方法进行。但应把 碎砾石摊铺在路槽内，然后把先拌均的石灰土均匀地铺在碎砾石层上再与碎 砾石拌均匀控制含水量为最佳含水量，经整型、碾压、养生而成型。在具备 拌和机械的条件下，也宜用中心站集中拌和法施工。 12-4 水泥稳定类基层水泥稳定类基层 1．概述 在粉碎的或原状松散的土包括各种粗、中、细粒土中，掺入适当水泥和水， 按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符 合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。当用水泥稳定细粒土砂 性土、粉性土或粘性土时，简称水泥土。 11 水泥是水硬性结合料，绝大多数的土类高塑性粘土和有机质较多的土除外 都可以用水泥来稳定，改善其物理力学性质，适应各种不同的气候条件与水文 地质条件。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，所以应用范围很广。近年来， 在我国一些路面工程中，水泥稳定土可用于路面结构的基层和底基层，在保证 路面使用品质上取得了满意的效果。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。在高等级公路的水泥混凝土路面板下，水泥土也 不应做基层。 2．强度形成原理 在利用水泥来稳定土的过程中，水泥、土和水之间发生了多种非常复杂的 作用，从而使土的性能发生了明显的变化。这些作用可以分为 化学作用如水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，以及水泥水 化产物越粘土矿物之间的化学作用等等。 物理－化学作用如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒 的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结 晶作用等等。 物理作用如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等等。 现就其中的一些主要作用过程讲述如下 1）水泥的水化作用 在水泥稳定土中，首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶 结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度的主要来源。水泥的水化过程前面已 经详细的讲述过了，其反应简式如下所示，这里不再赘述。 硅酸三钙CHHSCOHSC362 32323 → 硅酸二钙CHHSCOHSC→ 3232 242 铝酸三钙 6323 6AHCOHAC→ 铁铝酸四钙 7424 7AFHCOHAFC→ 水泥水化生成的水化产物，在土的孔隙中相互交织搭接，将土颗粒包复连 接起来，使土逐渐丧失了原有的塑性等性质，并且随着水化产物的增加，混合 料也逐渐坚固起来。但水泥稳定土中水泥的水化与水泥混凝土中水泥的水化之 间还有所不同。这是因为（1）土具有非常高的比表面积和亲水性；（2）水 泥稳定土中的水泥含量较少； （3） 土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性； （4） 在一些土中常存在酸性介质环境。由于这些特点，在水泥稳定土中，水泥的水 化硬化条件较混凝土中差得多；特别是由于粘土矿物对水化产物中的 CaOH2 具有极强的吸附和吸收作用，使溶液中的碱度降低，从而影响了水泥水化产物 的稳定性； 水化硅酸钙中的 C/S 会逐渐降低析出 CaOH2， 从而使水化产物的结 构和性能发生变化，进而影响到混合料的性能。因此在选用水泥时，在其它条 件相同时，应优先选用硅酸盐水泥，必要时还应对水泥稳定土进行“补钙”， 以提高混合料中的碱度。 2）离子交换作用 土中的粘土颗粒由于颗粒细小、比表面积大，因而具有较高的活性，当粘 土颗粒与水接触时，粘土颗粒表面通常带有一定量的负电荷，在粘土颗粒周围 12 形成一个电场，这层带负电荷的离子就称为电位离子；带负电的粘土颗粒表面， 进而吸引周围溶液中的正离子，如 K、Na等，而在颗粒表面形成了一个双电 层结构，这些与电位离子电荷相反的离子就称为反离子。在双电层中电位离子 形成了内层，反离子形成外层。靠近颗粒的反离子与颗粒表面结合较紧密，当 粘土颗粒运动时，结合较紧密的反离子将随颗粒一起运动，而其它反离子将不 产生运动；由此在运动与不运动的反离子之间便出现了一个滑移面。 由于在粘土颗粒表面存在着电场，因此也存在着电位，颗粒表面电位离子 形成的电位称为热力学电位（φ），滑动面上的电位称为电动电位（ξ）；由 于反离子的存在，离开颗粒表面越远电位越低，经过一定的距离电位将降低为 零，此距离称为双电层厚度。由于各个粘土颗粒表面都具有相同的双电层结构， 因此粘土颗粒之间往往间隔着一定的距离。 在硅酸盐水泥中，硅酸三钙和硅酸二钙占主要部分，其水化后所生成的氢 氧化钙所占的比例也较高，可达水化产物的 25％，大量的氢氧化钙溶于水以后， 在土中形成了一个富含 Ca2的碱性溶液环境。 当溶液中富含 Ga2时， 因为 Ca2 的电价高于 K、Na等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从而取代了 K、 Na，成为反离子，同时 Ca2也双电层电位的降低速度加快，如图所示。因而 使电动电位减小、双电层的厚度降低，使粘土颗粒之间的距离减小，相互靠拢， 导致土的凝聚，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定度。这种作用 就称为离子交换作用。 3）化学激发作用 钙离子的存在不仅影响到了粘土颗粒表面双电层的结构，而且在这种碱性 溶液环境下，土本身的化学性质也将发生变化。 土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐，其中含有大量的硅氧四面体和铝氧 八面体。在通常情况下，这些矿物具有比较高的稳定性，但当粘土颗粒周围介 质的 PH 值增加到一定程度时，粘土矿物中的部分 SiO2和 Al2O3的活性将被激 发出来，与溶液中的 Ca2进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和 铝 酸 钙 系 列 ， 如OHSiOCaO 22 554⋅⋅、OHOAlCaO 232 194⋅⋅、 、OHOAlCaO 232 163⋅⋅OHOAlCaO 232 10⋅⋅等，这些矿物的组成和结构与水泥 的水化产物都有很多类似之处，并且同样具有胶凝能力。生成的这些胶结物质 包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。 因此，氢氧化钙对粘土矿物的激发作用，将进一步提高水泥稳定土的强度和水 稳定性。 4）碳酸化作用 水泥水化生成的 CaOH2， 除了可与粘土矿物发生化学反应外， 还可以进一 步与空气中的 CO2发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。其反应如下 OHnCaCOOnHCOOHCa 23222 1 碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，也可以对土的基体起到填充和加固作用； 只是这种作用相对来讲比较弱，并且反应过程缓慢。 3．影响强度的因素 13 1土质 土的类别和性质是影响水泥稳定土强度的重要因素，各类砂砾土、砂土、粉 土和粘土均可用水泥稳定，但稳定效果不同。试验和生产实践证明，用水泥稳 定级配良好的碎砾石和砂砾，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少；其次 是砂性土；再次之是粉性土和粘性土。重粘土难于粉碎和拌和，不宜单独用水 泥来稳定，因此，一般要求土的塑性指数不大于 17。 2水泥的成分和剂量 各种类型的水泥都可以用于稳定土。但试验研究证明，水泥的矿物成分和分 散度对其稳定效果有明显影响。对于同一种土，通常情况下硅酸盐水泥的稳定 效果好，而铝酸盐水泥较差。 在水泥硬化条件相似，矿物成分相同时，随着水泥分散度的增加，其活性程 度和硬化能力也有所增大，从而水泥土的强度也大大提高。 水泥土的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，虽获得强度的 增加，在经济上却不一定合理，在效果上也不一定显著，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 含水量对水泥稳定土强度影响很大，当含水量不足时，水泥不能在混合料中 完全水化和水解，发挥不了水泥对土的稳定作用，影响强度形成。同时，含水 量小，达不到最佳含水量也影响水泥稳定土的压实度。因此，使含水量达到最 佳含水量的同时，也要满足水泥完全水化和水解作用的需要为好。 水泥正常水化所需的水量约为水泥重的 20，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。 4施工工艺过程 水泥、土和水拌和得均匀，且在最佳含水量下充分压实，使之干密度最大， 其强度和稳定性就高。水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能 最短，一般要在 6h 以内。若时间过长，则水泥凝结，在碾压时，不但达不到压 实度要求，而且也会破坏已结硬水泥的胶凝作用，反而使水泥稳定土强度下降。 在水泥终凝时间达不到规定要求时，可以使用一定剂量的缓凝剂，但缓凝剂的 品种和具体数量应根据试验确定。 水泥稳定土需湿法养生，以满足水泥水化形成强度的需要。养生温度愈高， 强度增长的愈快。因此，要保证水泥稳定土养生的温度和湿度条件。 4．材料要求及混合料组成设计 1材料要求 1土凡能被粉碎的土都可用水泥稳定。宜做水泥稳定类基层的材料有石 渣、石屑、砂砾、碎石土、砾石土等。碎石或砾石的压碎值对于高速公路和一 级公路应不大于 30，对二级和二级以下公路应不大于 35。 对于二级公路以下的一般公路当用水泥稳定土做底基层时，颗粒最大粒径 不应超过 40mm指圆孔筛，对于高速公路和一级公路，颗粒最大粒径不应超过