第11章 土木工程材料_无机结合料稳定材料
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第11章无机结合料稳定材料
本章导学
学习目的：
目前我国的沥青混凝土路面或水泥混凝土路面95％以上采用无机结合料稳定材料作为基层或底基层，通过本章的学习应了解无机结合料稳定材料的组成设计、强度、干缩、温缩的特性，为工程服务。
教学要求：
为了提高对无机结合料稳定材料的认识，应首先说明我国路面结构的实际情况，例如国内主要高速公路的路面无机结合料稳定材料的使用情况及分类。
结合无机结合料稳定材料的特点，简要说明无机结合料稳定材料的强度特性、疲劳特性、干缩特性和温缩特性。
无机结合料稳定材料的强度、组成设计方法与材料品种等关系密切，应注意通过不同实例进行讲解。 11.1无机结合料稳定材料的应用
11.1.1无机结合料稳定材料的应用与分类
（一）总述
1、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，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)粒径大小和组成，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、石灰粉煤灰土、水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石等。
2、无机结合料稳定基层具有强度大、稳定性好及刚度大等特点，被广泛用于修建高等级公路沥青路面和水泥混凝土路面的基层或底基层。
七、五期间，国家组织开展了“高等级公路无机结合料稳定材料基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”，其中无机结合料稳定基层材料的强度和收缩特性、组成设计方法是主要的研究内容之一。
在此基础上，结合近15年来无机结合料稳定基层的设计、施工和使用的经验，根据实际使用效果，提出无机结合料稳定材料设计、施工及管理要点，为高等级公路无机结合料稳定基层的设计与施工提供了理论依据和技术保证。
（二）无机结合料稳定基层沥青路面
无机结合料稳定基层用于高速公路的沥青路面结构，其合理性主要表现在具有较高的强度和承载能力。一般来说，无机结合料稳定基层材料具有较高的抗压强度和抗压回弹模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此无机结合料稳定基层沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。
由于无机结合料稳定基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可以认为无机结合料稳定基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏。也就是可以认为无机结合料稳定基层沥青路面的承载能力完全可以由无机结合料稳定基层材料层来满足，而不需要依靠厚沥青面层，沥青面层可仅起功能性作用，这就鼓励人们去减薄面层。
但无机结合料稳定基层沥青路面的使用实践证明，如果面层不够厚，无机结合料稳定基层因温缩或干缩而产生的裂缝会很快反射到沥青路面的面层。初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在行车荷载反复作用下，会导致路面承载力下降，产生冲刷和唧泥现象，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。
七•五后我国高速公路进入快速增长期，高速公路建设从无到有，目前已经达到1.6万公里，还即将建设2万多公里的高速公路。而无机结合料稳定材料仍将是基层、底基层的主要材料。如表11－1和11-2为我国高速公路无机结合料稳定基层沥青路面结构类型。
国内主要的高速公路沥青路面结构（七•五前） 表11-1
路名 长度（km） 沥青面层厚度(cm)和类型 基层厚度(cm)和类型 底基层厚度(cm)和类型
沪嘉高速公路 20.5 12(6km).17(6km) 46石灰粉煤灰碎石 20砂砾
莘松高速公路 18.9 12和17 45石灰粉煤灰碎石
广佛高速公路 15.7 4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土
4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土 +6沥青碎25水泥级配碎石或水泥石屑(31) 25～28水泥石屑或水泥土 石
西临高速公路 20 4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土+6沥青碎石 20石灰粉煤灰砂砾
25水泥级配碎石或水泥石屑(31) 20石灰粉煤灰土,25～28水泥石屑或水泥土+20砂砾改善层(特殊不良路段);25石灰粉煤灰土
沈大高速公路 375 4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土或5+5+5 20水泥砂砾或水泥矿渣 砂砾或矿渣
京津塘高速公路 142.5 20~23中粒式沥青混凝土，粗粒式沥青混凝土和沥青碎石 20～5水泥粒料(碎石或砾石)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
京石高速公路(北京段) 14 12 35石灰粉煤灰砂砾
京石高速公路(河北石家庄一新乐) 3中粒式沥青混凝土+5沥青碎石 12水泥碎石或
12石灰粉煤灰碎石 43石灰土
国内主要的高速公路沥青路面结构类型（七•五后） 表11-2
路名 表面中底基层底基总层厚度(cm) 面层厚度（cm） 面层厚度（cm） 厚度（cm）和材料 层厚度（cm）和材料 厚度
京石.定州-涿州 5中AC 5粗AC 15二灰碎石 40石灰土 65
涿州-北京 5中AC 7.5粗AC 15二灰碎石 40石灰土 67
京石.北京三期 3.5细AC 4.5中AC 7BM 20水泥砂砾 20二灰砂砾 55
北京四期 3.5细AC 4.5中AC 7BM 40二灰砂砾 20石灰砂砾 75
广州-花县
(软土地段) 3中AC 4中AC 18～20水泥碎石 25～34水泥石屑 52～59
广州-深圳 4中AC 8密粗AC
+10密BM 10MB 23水泥碎石 23级配碎石+22～32末筛分碎石 110路肩100
海南东干线 4中AC 4粗AC 4BM 20水泥碎石 20水泥碎石 52
济南—青岛 5中SAC
4中SAC 6粗AC
5粗AC 7BM
6BM 34水泥砂砾
20水泥砂砾
20水泥砂砾 15石灰土
26石灰土
26石灰土 67
64
61
青岛-黄岛 4中AC 5粗AC 20水泥碎石
22RCC+15水 25水泥碎石
15石灰土 54
郑州-4中 泥碎石 56 开封 AC
郑州—新郑 4中AC 22RCC+15
水泥碎石 15石灰土 56
郑州—洛阳 4中AC 5粗AC 6BM 22RCC+15
水泥碎石 24石灰土 69
佛山—开平 3抗滑AC 7中AC 8BM 25水泥石屑 15、23、28级配碎石 58、66或
7
深圳—汕头 3抗滑AC 5中AC 6粗AC 25水泥石屑 28、32、38级配碎石 67、71、77
沪宁—江苏段 4AK-16A 6粗AC-25I 6粗AC-25I 28二灰碎石
30二灰碎石
25二灰碎石 33二灰土
成都—重庆 12
西安-铜川 4中AC 8BM 21二灰砂砾 22二灰土 51
西安—宝鸡 4中AC 8BM 二灰砂砾 二灰土
杭州—宁波 5中AC 7粗AC 25或28或34
二灰碎石 20二灰
20级配碎石 57、60、66
南京—南通、扬州段 4中SLH 6粗LH 6BM 20二灰碎石 33石灰土 69 石家庄—安阳 4中SLH 5粗SLH 6LH-30 20水泥碎石+
20二灰碎石 20～40石灰土 75
石家庄—太原河北段 5LH
4LH 5LM 7LH
6BM 18二灰碎石土或
22二灰碎石或
25二灰碎石 20～25石灰土
20～25石灰土 50～55
57～65
（三）水泥路面
水泥混凝土路面结构层组合较为简单，一般由混凝土面板、基层或垫层组成。水泥混凝土路面基层直接位于面层板之下，是保证路面整体强度、防止唧泥和错台、延长路面使用寿命的重要结构层。目前基层类型主要采用无机结合料稳定基层，如水泥稳定粒料、工业废渣稳定粒料等基层。中等以下交通的道路，除上述类型外，还可采用石灰稳定类基层。
11.1.2无机结合料稳定材料的分类
（一）水泥稳定材料
在破碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料，在压实和养生后，当其抗压强度符合规定要求的混合料成为水泥稳定材料。 根据土的颗粒组成不同，可以将水泥稳定材料具体分为以下几类：
1．水泥稳定粗粒土：指被水泥稳定的土的最大粒径小于37.5mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不少于90％。
2．水泥稳定中粒土：指被水泥稳定的土的最大粒径小于26.5mm，且其中小于19mm的颗粒含量不少于90％。
3．水泥稳定细粒土：制被水泥稳定的土的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不少于90％。
用水泥稳定砂性土、粉性土和粘性土等细粒土得到的混合料简称为水泥土；用水泥稳定砂得到的混合料简称为水泥砂；用水泥稳定粗粒土和中粒土得到的混合料，视所用原料情况简称为水泥碎石（级配碎石和未筛分碎石）、水泥砂砾等。同时用水泥和石灰综合稳定某种土而得到的混合料，简称为综合稳定土。
水泥稳定材料是一种经济实用的筑路材料，具有较优良的性能，可用于各种交通类别道路的基层和底基层。由于以水泥为主要胶结材料，通过水泥的水化、硬化将集料粘结起来，因此水泥稳定土具有良好的力学性能和板体性。其强度随养护龄期的增加而增加，并且早期的强度较高；同时其强度的可调范围较大，由几个兆帕到十几个兆帕。水泥稳定土的水稳定性和抗冻性也较其它稳定材料好。所不足的是，水泥稳定土在温度、湿度变化时，易产生裂缝，而影响面层的稳定性；当细颗粒含量高、水泥用量大时开裂更为严重。
水泥稳定土作为一种筑路材料，国际上已有了几十年的使用历史。1937年美国成功的铺筑了3.2km的水泥稳定土基层。随后，水泥稳定土在很多国家的道路和机场工程中，都得到了广泛的使用。70年代初，我国在援外工程中，也不同程度的采用了水泥稳定土，作为沥青表面处治面层的基层。1974年我国在辽宁的沈扶南线公路上铺筑了10多公里的水泥稳定土（砂砾），作为高等级沥青面层的基层，这是我国公路上第一次正是较大规模的在路面的基层中使用水泥稳定土。自80年代初以来，水泥稳定土已被广泛用于我国各个省、市自治区的二级和高等级道路上。它不仅被用作沥青路面的基层，还被用作水泥混凝土路面的基层。七•五期间。我国开始建设高速公路，多数都采用了水泥稳定粒料（碎石和砾石）作为基层，有些高速公路还采用水泥稳定土作为底基层。
