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《道路建筑材料》
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
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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）。
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主要内容
6.1 概 述
6.2 水泥稳定类混合料 (水稳混合料)
6.3 石灰稳定类混合料 (石灰土混合料)
6.4 石灰粉煤灰稳定类混合料 (二灰混合料)
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。
4
6.1 概
5
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?]
6.1 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。
6
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］。
7
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…
8
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.
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6.2 水泥稳定类混合料 (水稳混合料)
1. 材料组成
 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。
天然湖沥青
岩沥青
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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）…
天然湖沥青
岩沥青
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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
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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
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6.2 水泥稳定类混合料 (水稳混合料)
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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。
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。
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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
道路等级
高速公路、一级公路
二级及其以下公路
结构层位
基 层
底基层
基 层
底基层
最大粒径(mm)≤
31.5
37.5
37.5
53
压碎值(%)≤
30
30
35
40
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。
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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)
层 位
稳 定
类 型
集 料
特重交通
重、中交通
压实度 抗压强度
≥98
轻交通
压实度 抗压强度 压实度 抗压强度
3.5～4.5
≥98
3～4
≥97
基 层
2.5～3.5
细粒土
集 料
／
≥97
底基层
≥96
≥97
≥2.5
细粒土
≥96
≥96
≥2.0
≥96
≥1.5
≥95
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。
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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）…
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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
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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。
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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。
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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
道路等级
高速公路、一级公路
二级及其以下公路
结构层位
基 层
底基层
基 层
底基层
最大粒径(mm)≤
/
37.5
37.5
53
压碎值(%)≤
/
35
30/35
40
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。
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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)
层 位
基 层
稳 定
类 型
重、中交通
压实度
集 料
抗压强度
/
细粒土
集 料
≥97
底基层
轻交通
压实度
抗压强度
≥97
≥0.5
≥95(注)
≥0.8
≥96
≥0.8
细粒土
≥95
≥0.7
≥95
注：三、四级公路，压实机具有困难时，可降低1％。
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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。
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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）…
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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
养生温度（°C）
抗压强度
(MPa)
20
30
40
悬浮式二灰粒料
1.35
/
5.85
密实式二灰粒料
1.60
3.03
6.78
举例2：二灰混合料的最大干缩应变及与石灰土的对比
二灰稳定粒料
石灰:粉煤灰:碎石:土
混合料种类
最大干缩应
变(x10-3)
多粗集料
多细集料
含土0％
含土23％
0.23-0.27
0.83
0.67
1.78
二灰土
石灰土
0.34-2.63
3.12-6.03
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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。
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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。
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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
道路等级
高速公路、一级公路
二级及其以下公路
结构层位
基 层
底基层
基 层
底基层
最大粒径(mm)≤
31.5
37.5
37.5
53
压碎值(%)≤
30
35
35
40
石灰粉煤灰混合料的配合比参考值
混合料类型
材料比例及配合比
二灰
石灰:粉煤灰=1:2～1:9
二灰土
石灰粉煤灰:土(石灰:粉煤灰)=30:70～90:10(1:2～1:4)
二灰集料
石灰粉煤灰:集料(石灰:粉煤灰)=15:85～20:80(1:2～1:4)
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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)
层 位
稳 定
类 型
集 料
特重、重、中交通
轻 交 通
压实度
抗压强度
压实度
≥98
≥0.8
≥97
基 层
抗压强度
≥0.6
细粒土
集 料
/
≥96
≥97
底基层
≥96
≥0.6
细粒土
≥96
≥0.5
≥95
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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。
《道路建筑材料》
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祝同学们学习愉快！