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1、无机结合料稳定材料,公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E51-2009),铺筑稳定土,稳定土原材料,碾压成型,稳定土,一、概述、概念：在粉碎的或原来松散的土中（包括各种粗、中、细粒土）掺 入足量的石灰、水泥、工业废渣、沥青及其它材料后，经拌和、压实及养生后，得到的具有较高后期强度，整体性和水稳性均较好的一种材料。、特点：水稳性较差，不宜作路面面层，常用作路面的基层和底基层稳定土材料具有较大的抗变形能力，称为半刚性基层。、稳定土材料包括：石灰稳定土、水泥稳定土、沥青稳定土、石灰稳定工业废渣和综合稳定土。,二、稳定土的组成（一）稳定土的基本材料土土的矿物成分对稳定土性质具有重要影响，各类
2、砂土、砂砾土、粉土和粘土均可用无机结合料稳定。一般规定土的液限不大于40，塑性指数不大于20。、级配良好的土用无机结合料稳定时，可节约无机结合料用量，可取得满意效果；、重粘土中粘土颗粒含量多，不易粉碎和拌和；、粉质粘土的稳定效果最佳；、级配良好的砂、砾石、粘土稳定效果最佳。,（二）稳定土的外掺材料、石灰作用：石灰可使土粒胶结成为整体，密实性提高，水稳性提高。各种化学组成的石灰均可用于稳定土，在剂量不大的情况下，钙质石灰比镁质石灰稳定土的初期强度大。、水泥各种类型的水泥都可以用于稳定土，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥稳定效果好。在保证土的性质能根本变化，且能保证稳定土达到所规定的强度和稳定性的前提下，取
3、尽可能低的水泥用量。,、粉煤灰本身不具有或有很小的粘结性，但它以细分散状态与水和消石灰或水泥混合，可以发生反应形成具有粘结性的化合物。作用：加入土中起填充作用，与石灰反应的产物也起胶结作用。由此改善稳定土的水稳定性，提高强度与密实度。,、沥青由与集料或土表面距离远近分为：结构沥青与自由沥青。结构沥青有利于提高沥青稳定土的水稳性和强度。自由沥青在压实时起润滑和填充作用。,三、稳定土的性质（一）强度、强度形成原理）离子交换作用离子交换作用指稳定剂中高价阳离子在一定条件下替换土中某些低价金属离子的作用（通过离子交换作用使土粒凝聚而增强粘聚力，并使水稳性提高）。,）碳酸化作用碳酸化作用指消解石灰或水泥
4、水化产物氢氧化钙吸附空气中的气体，生成碳酸钙的过程。）结晶作用土中氢氧化钙浓度达到一定时，氢氧化钙即会由饱和溶液转变成为过饱和溶液，形成晶体。（由此土的密实度得以改善，强度提高，水稳性也因晶体氢氧化钙溶解质比氢氧化钙小而改善）。,）火山灰作用由和在氢氧化钙激发下产生的化学反应，生成类似水 泥的水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙。火山灰作用的水化产物和结晶氢氧化钙在团粒外围形成一层稳定的保护膜，具有很强的粘结力。同时保护膜的隔离作用阻止水分进入，使水的稳定性提高。）硬凝反应硬凝反应使水泥水化反应生成胶结性很强的各种物质。）吸附作用某些稳定剂加入土中后能吸附于土颗粒表面，使土颗粒表面具有憎水性。,、影
5、响土强度的因素）土质）稳定剂品种及其用量用石灰作稳定剂时，须测定石灰中有效和的含量。用水泥作稳定剂时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好且不宜采用快硬和早强水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加（石灰稳定土的强度一般存在最佳剂量，超过或低于此值石灰稳定土强度降低）。）含水量一般在最佳含水量下压实的干密度较大的试件强度也提高。）密实度密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高。,）施工时间长短施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土而言，水泥稳定土开始加水拌和到完全压实的时间要尽可能短，一般不超过小时。若碾压时间或湿拌时间过长，水泥会部分结硬，影响水泥稳定土的压实度。）养生条件稳定土强度发展需适当的温
6、度湿度。（二）稳定土材料的变形性能、缩裂特性）干缩；）温缩；、裂缝防治措施改善土质，控制含水量及压实度及掺加粗粒料。,、影响土强度的因素）土质）稳定剂品种及其用量用石灰作稳定剂时，须测定石灰中有效和的含量。用水泥作稳定剂时，硅酸盐水泥比铝酸盐水泥效果好且不宜采用快硬和早强水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加（石灰稳定土的强度一般存在最佳剂量，超过或低于此值石灰稳定土强度降低）。）含水量一般在最佳含水量下压实的干密度较大的试件强度也提高。）密实度密实度越大，材料有效受荷面积越大，强度越高。,白灰,我们通常所说的白灰的有效含量是指白灰中所含的氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）的含量，这两种物
7、质对二灰碎石基层的强度起着决定性的作用，特别是与粉煤灰发生水化反应后，其含量的多少所起的影响更为显著，一定限度的增加石灰剂量自然可以提高二灰碎石的强度，但这样不但增加了施工成本，而且对提高二灰碎石基层的抗裂性也是十分不利的，所以，应尽量选取有效含量高的白灰，通常要求白灰必须达到三级灰以上的标准，这样既能满足二灰碎石基层氧化、水化成型的需要，保证基层强度，又能提高基层的稳定效果，不影响其抗裂性能，对保证基层的质量是十分有利的。,石灰的消解是施工拌和中的一个重要环节，具体施工中要对其过程进行有效地控制，生石灰的消解实际上是一个CaO（MgO）的水化（H2O）放热反映过程，要正确地控制加水量和加水速
8、度，使消解后的消石灰即不能过干而“扬尘”，也不能过湿而“粘结发软”，表面看起来要松散，实测含水量不超过35%，以有利于二灰结石混合料的均匀拌和，实际施工中通常采用提前消解、打堆闷料、覆盖、过筛的办法来满足施工需要（提前消解的时间一般在7-10天）。,T08412009 无机结合料稳定土的取样方法,根据不同的试验目的，采取不同的取样对策。总体水平控制施工均匀性评价试验室试验分料 目标（理论）配合比阶段各种石料应逐档筛分，然后按设定级配进行配料。施工过程中混合料取样（1）施工现场取料，应在摊铺机后摊铺宽度范围内左、中、右三处取料，进行无侧限抗压强度成型及试验。（2）摊铺机后取料，且取料应分别来源于
9、34台不同的料车，进行无侧限抗压强度成型及试验。,一、无机结合料稳定材料的击实,1概述无机结合料:它主要指水泥、石灰、粉煤灰和石灰或水泥粉煤灰。所用水泥稳定材料、石灰稳定材料、石灰粉煤灰稳定材料等都属于无机结合料稳定材料。无机结合料稳定材料属于半刚性材料,广泛用于高等级公路路面基层、底基层，称为半刚性基层、底基层,2、目的和适用范围:(1)适用于在规定的试筒内，对水泥稳定材料（在水泥水化前）、石灰稳定材料及石灰（或水泥）粉煤灰稳定材料进行击实试验，以绘制稳定材料的含水率-干密度关系曲线，从而确定其最佳含水率和最大干密度。（2）试验集料的公称最大粒径宜控制在37.5mm以内（方孔筛）。（3）试验
10、方法类别：,3、试验方法(水泥稳定砂砾土）-丙法将已过筛的试料用四分法逐次分小，直最后取约33kg试料。再用四分法将所取试料分成6份（至少要5份），每份质量约5.5kg(风干质量）。预定56个不同含水率，依次相差0.5%1.5%。在估计最佳含水率左右可只差0.5%1%。（对于水泥稳定类材料，在最佳含水率附近取0.5%，对于石灰、二灰稳定类材料，可取1%）。试样加水拌和均匀后将其装入密封容器或塑料口袋内浸润备用。击实前1h内将所需要的结合料水泥加至浸润后的试料中并且拌和均匀（石灰稳定材料和水泥石灰综合稳定材料，可将石灰和土一起拌匀后进行浸润）。,击实过程类似于普通土击实过程，击实后含水率应按无机
11、结合料稳定材料含水率的要求测定。2个试样含水率的差值不得大于1%。所取样品的数量应不少于700g,如只取1个样品测定含水率，则样品的数量应不少于1400g。（烘箱的温度应事先调整到110左右，使放入的试样一开始就能在110的环境下进行烘干）。当试样中大于规定最大粒径的超尺寸颗粒的含量为5-30%时，应对试验所得最大干密度和最佳含水率进行校正。,注意事项（1）含水率试验时，烘箱的温度应事先调整到110左右，使放入的试样能一开始就能在110的环境下进行烘干。（水泥与水拌和就要发生水化作用，在较高温度下水化作用发生得较快。而烘干法又不能除去已与水泥发生水化作用的水，这样得出的含水率往往偏小。）（2）
12、最大干密度按试验规程应保留小数点后3位有效数字，含水率计算至0.1%。（3）试料浸润时间：粘性土12-24h，粉性土6-8h，砂性土、砂砾土、红土砂砾、级配砂砾等4h左右，含土很少的未筛分碎石、砂砾和砂等2h。,（4）试料浸润后才加水泥，并应在1h内完成击实试验。(水泥遇水就要开始水化作用，从加水拌和到进行击实试验间隔的时间愈长，水泥的水化作用和结硬程度就愈大。水化作用会影响水泥混合料所能达到的密实度，间隔时间愈长，影响愈大.)拌和后超过1h的试样，应予作废。石灰可与试料一起拌匀后浸润。（5）应做两次平行试验，两次试验最大干密度的差不应超过0.05g/cm3（稳定细粒土）和0.08/cm3（稳
13、定中粒土和粗粒土），最佳含水率的差不应超过0.5（最佳含水率小于10）和1.0（最佳含水率大于10%）。,二、无侧限抗压强度试验,（一）目的：本试验方法适用于测定无机结合料稳定材料（包括稳定细粒土、中粒土、粗粒土）试件的无侧限抗压强度。本试验方法包括：按照预定干密度用静力压实法制备试件以及用锤击法制备试件。试件都是高:直径=1:1 的圆柱体。应尽可能用静力压实法制备等干密度的试件。室内配合比设计试验和现场检测两者在试料准备上是不同的，前者是根据设计配合比称取试料并拌和，按要求制备试件；后者则在工地现场取拌和的混合料，并按要求制备试件。,稳定土试件成型机,无侧限抗压强度试件,微机控制全自动压力试
14、验机,（二）仪器材料：方孔筛、（脱模器、反力框架、液压千斤顶、夯捶、导管、）密封湿气箱或湿气池、水槽、200kN以上压力机、天平、台称、量筒等。,试模：细粒土（最大粒径不大于4.75mm）试模的直径高=50mm 50mm；中粒土（最大粒径不大于 26.5mm）试模的直径高=100mm 100mm；粗粒土（最大粒径不大于53mm）试模的直径高=150mm 150mm；,（三）试验步骤：1.备料：将原材料放入50烘箱烘干、碾碎，并测含水率。2.击实。按击实确定无机结合料稳定材料的最佳含水率和最大干密度。3.确定试件个数。为保证试件结果的可靠性和准确性，每组试件的数目要求：小试件不少于6个，中试件不
15、少于9个，大试件不少于13个，,4.闷料。将称好的材料放在长方盘内按其最佳含水率（粘性土较最佳含水量小3%）拌和密封备用。浸润时间：粘性土12-24h;粉性土6-8h;砂性土、砂粒土、红土砂砾、级配砂砾4h;未筛分碎石、砂粒、砂2h。5.拌和水泥。待制成试件前1h内均匀加入水泥。,6.成型试件。按预定的干密度用反力框架和液压千斤顶制件。脱模，称量试件重量m1，量取试件高度h1。7.开始养生。养生条件：密封湿气箱和恒温室内养生7d，温度202。在最后一天时，再次称量试件重量m2、量取高度h2，并浸泡水中24h。8.测抗压强度。将试件从水中取出，吸去表面水并称重m3，量取试件高度h3。将试件放到路
16、面材料强度试验仪的升降台上,以速率1mm/min加荷，记录最大压力P。,9.计算公式：RC=P/A(A=D2/4)Rc-抗压强度 P-最大压力（N）；A-面积,D 试件的直径（单位 mm）。对于小试件：Rc=P/A=0.00051 P(MPa)对于中试件：Rc=P/A=0.000127 P(MPa)对于大试件：Rc=P/A=0.000057 P(MPa),10.精确度及允许误差：抗压强度保留一位小数。若干次平行试验Cv（偏差系数）要求满足：小试件不大于6%（10%）中试件不大于10%(15%)大试件不大于15%(20%)11、结果处理：求出若干个试验结果的最小值和最大值、平均值、标准差 S、偏
17、差系数 C v 和 95%保证率的值 R c0.95(R c0.95=1 1.645S)。,无侧限抗压强度试件质量计算：,制备一个预定干密度的试件，需要的稳定材料混合料数量 m 1(g)随试模的尺寸而变。（大试件）m 1=d V(1+w)V 试模的体积（2650.7 cm 3）；W 稳定材料混合料的含水率（%）；d 稳定材料试件的干密度（g/cm 3）。,已知：干密度d=2.33 g/cm 3 w=6.4%控制压实度98%(1)外掺法 水泥：砂砾=5：100m 1=d V(1+w)混合料质量=2.33*2650.7*1.064*0.98=6440.0（g)集料：（6440.0/（1+0.064
18、）/105）*100=5764.4（g)水泥：5764.4/100*5=288.2（g)（水泥和集料关系）水：6440.0-5764.4-288.2=387.4（g)6440.0/(1+0.064)*6.4%=387.4（g),（2）内掺法 水泥：砂砾=5：95 m 1=d V(1+w)混合料质量=2.33*2650.7*1.064*0.98=6440.0（g)集料：（6440.0/（1+0.064）*95%=5750.0（g)水泥：（6440.0/（1+0.064）*5%=302.6（g)水：6440.0-5750.0-302.6=387.4（g)6440.0/（1+0.064）*6.4%=
19、387.4（g),注意事项,1、水泥（石灰）剂量均按干土（即干集料）质量的百分率计。2、无机结合料稳定材料配合比设计在计算试件质量时区分稳定材料的内掺和外掺。,（一）水泥剂量测定（EDTA滴定法）适用范围：本方法只适用于在工地快速测定水泥稳定料或石灰稳定料中水泥和石灰的剂量，并用以检查拌和的均匀性。工地水泥和石灰稳定土含水量的少量变化（2%），实际上不影响测定结果。主要仪器：滴定管（酸式）、搪瓷杯、量筒、天平等,三、水泥（石灰）剂量测定方法,方法步骤：1.准备标准曲线。2.试样的配制：取样，样品风干后，用烘干法测其含水率。5种试样（每种2个样品，共10个样品）。,3.举例（以水泥稳定中、粗粒土
20、为例）首先，制取试样5种（共10个样品），5种混合料的水泥剂量应为：水泥剂量为0，最佳水泥剂量左右、最佳水泥剂量2%和+4%水泥混合料2份各1000g，分别放在10个聚乙烯桶内，含水率为最佳含水率。其次：将10个搪瓷杯中分别加入2000毫升10%氯化铵溶液，充分搅拌5分钟（每分钟110-120次），放置沉淀10分钟，这样可得到澄清的悬浊液，将上部清液移到300毫升的烧杯内，搅匀，加盖待测。,滴定：用移液管吸取上层（液面下1-2cm）悬浊液10毫升，放入200毫升的三角瓶中，用量筒取50毫升1.8%氢氧化钠（内含三乙醇胺）溶液倒入三角瓶中，此时溶液PH值为12.5-13.0（用试纸检测）,然后加
21、入钙红指示剂（黄豆粒大小），摇匀，溶液呈玫瑰红色。用EDTA二钠标准液滴定到紫色时放慢滴定速度并摇匀，直到纯蓝色为终点，记录EDAT二钠的耗量，以毫升计，读至0.1毫升。其它试样均用同种方法滴定，记录结果。,绘图：以同一种水泥剂量混合料消耗EDTA二钠毫升数的平均数为纵坐标，以水泥剂量为横坐标制图。是一根顺滑的曲线。剂量滴定。取1000g水泥稳定中、粗粒土，按照上述步骤滴定，利用绘制的标准曲线，根据EDTA标准溶液消耗量，确定混合料中的水泥剂量。,结果处理,注意事项,(1）每个样品搅拌的时间、速度和方式应力求相同，以增加试验的精度。(2）做标准曲线时，如工地实际水泥剂量较大，素集料和低剂量水泥的试样可以不做，而直接用较高的剂量做试验，但应有两种剂量大于实用剂量，以及两种剂量小于实用剂量。(3)配制的氯化铵溶液最好当天用完，不要放置过久，以免影响试验的精度。,（4）本方法适用于在水泥终凝之前的水泥含量测定，否则需要用相应龄期的EDTA二钠标准溶液消耗的标准曲线确定（应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的水泥）。（5）为了取消现场取样试验和室内标准曲线取样的差别，制样是取消过2.0或2.5mm筛。而湿混合料是采用单份掺配后进行试验，同时为了减少配料过程中的离散，对粗集料基层（最大粒径在25mm左右）必须有1000g左右的总质量。,谢谢大家！,
