无机结合料技术性质及技术标准

无机结合料稳定材料应用广泛，由于其耐磨性差，在路面工程中一般不用于路面面层，主要作为路面基层材料。为满足行车、气候和水文地质的要求，稳定材料必须具备一定的强度，抗变形能力和水稳定性。

1.强　度

在柔性路面结构中，由于路面层厚度较满，传给基层的荷载应力大，基层是承受车辆荷载作用的主要结构，一般称为承重层。它要求无机结合稳定材料具有足够的强度。

若面层系水泥混凝土路面，由于刚性板块传递给基层的应力已经很小，基层并非是主要承重作用；但却是保证基整体强度、防止水泥混凝土板产生开裂、唧泥和错台的重要支承层次，同时对延长路面使用寿命也有明显作用。因此要求基层材料具有适当的强度，而最重要的是要求材料强度均匀、整体性好，表面密实平整，透水性小。

无机结合稳定材料的抗压强度采用的是饱水状态下的无侧抗压强度。

（1）试件尺寸。

无机结合稳定材料的抗压强度试件采用的都是高∶直径＝1∶1的圆柱体，不同颗粒大小的土应采用不同的试件尺寸见表8.5。

表8.5　无机结合稳定材料无侧限抗压强度试件尺寸

试件制备时，尽可能用静力压实法制备等干密度的试件。

（2）强度标准。

不同的公路等级、稳定剂类型和路面结构层次无机结合稳定土的抗压强度标准也不一样，详见表8.6。

表8.6　无机结合稳定土抗压强度标准

2.密　度

密度是材料单位体积的质量，是衡量材料内部紧密程度的指标。密度越大材料越致密，其空隙越小、耐久性和强度就越高。无机结合稳定材料的密度往往用压实度来表示。

（1）压实度。

压实度是指土或其他筑路材料在施加外力作用下，能获得的密实程度。它等于材料干密度与最大干密度的比值。

压实的实质是通过外力做功，克服材料之间的内摩擦力和黏结力，使材料颗粒产生位移并互相靠近，从而提高其密度。水的含量变化较大程度上影响结合料的性质，对所能达到的密实度起着非常重要的作用。

（2）含水量。

含水量是材料中所含水分的质量与干燥材料质量的比值。

适量的水在颗粒之间起着润滑作用，使材料的内摩擦阻力减小，有利于材料的压实；过多的水分，虽然能继续减小材料的内摩擦阻力，但单位材料中空气的体积逐渐减少到最低程度，而水的体积却不断在增加。由于水是不可压缩的，因此在相同的压实功作用下难以改变材料颗粒的相对位置，故压实效果较差。另外，使用过程中，由于自由水的蒸发，在材料中留下大量的孔隙，从而降低了材料的密度和耐久性。当水分含量过少时，由于材料颗粒间缺乏必要的水分润滑，使材料的内摩擦阻力加大，增加了压实的难度；同时因为材料含水量过低，材料的可塑性变差，其塑性变形的能力降低。

用等量的机械功去压实无机结合稳定材料，可以得到的最大密度，此时的含水量值称为最佳含水量。

无机结合稳定材料的最佳含水量和最大干密度都是通过标准击实试验得到的。

3.力学特性

无机结合稳定材料的力学特性包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩（温度和干缩）特性。

（1）无机结合稳定材料的应力-应变特性。

无机结合稳定材料的重要特点之一是强度和模量随龄期而不断增长，逐渐具有一定的刚性。一般规定水泥稳定类材料设计龄期为3个月，石灰或石灰粉煤灰（简称二灰）稳定类材料设计龄期为6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的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8.7给出了水泥稳定碎石抗压强度（R）、抗压回弹模量（Ep）、劈裂强度（spσ）和劈裂模量（Esp）与龄期之间的关系。表 8.8 则为石灰粉煤灰稳定碎石的测试结果。

表8.7　水泥稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系

表8.8　石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系表

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疲劳特性。

在重复荷载作用下，材料的强度与其静力极限强度相比则有所下降。荷载重复作用的次数越多，这种强度下降亦大，即疲劳强度越小。材料从开始到出现疲劳破坏的荷载作用次数称之为材料的疲劳寿命。

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受拉应力与极限弯拉应力之比σf/σs ，即通常所说的应力水平。原则上，当σf/σs ＜50%，无机结合料稳定材料可经受无限次重复加荷而无疲劳破裂，但是，由于材料的变异性，实际试验时，其疲劳寿命要小得多。在一定应力条件下，材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度。强度越大刚度越小，其疲劳寿命就越长。

由于材料的不均匀性，无机结合料稳定材料的疲劳特性还与材料试验的变异性有关。

（3）无机结合料稳定材料的干缩特性。(www.xing528.com)

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、分子间引力的作用、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，都会引起无机结合料稳定材料体积的收缩。

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）：水分损失引起的试件单位长度的收缩量（×10−6）。

干缩系数：失水时，试件单位失水率的干缩应变（×10−6）。

平均干缩系数（αd：）试件失水量时，试件的干缩应变与试件的失水率之比（×10−6）。

失水量：试件失去水分的质量（g）。

失水率：试件单位质量的失水量（%）。

干缩量：水分损失时试件的收缩量（10−3 mm）：

式中　Δl——含水量损失Δw时，试件的整体收缩量；

l——试件的长度。

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 0.5 mm 的细颗粒的含量、试件含水量和龄期等有关。

对稳定粒料类，3 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。

石灰稳定土比水泥稳定土空易产生干缩裂缝。对于含细粒土较多的无机结合料稳定土，常以干缩为主，故应加强初期养护，保证稳定土表面潮湿，降低干缩裂缝的危害。

（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在不同温度下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的类型与剂量、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（16.7×10−6）＞悬浮式石灰粉煤灰粒料（15.3×10−6）＞密实式石灰粉煤灰粒料（11.4×10−6）和水泥砂砾（5%～7%水泥剂量为10×10−6～15×10−6）。

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较大，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。早期养生良好的无机结合料稳定土易于成形，早期强度高，可以减少裂缝的产生。

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，使材料的含水量趋于平衡，这时半刚性基层的变形以温度收缩为主。

（5）裂缝防治措施。

① 改善土质。稳定土用土越黏，则缩裂越严重。所以采用黏性较小的土，或在黏性土中掺入砂土、粉煤灰等，以降低土的塑性指数。

② 控制含水量及压实度。稳定土因含水量过多而产生的干缩裂缝显著，压实度小时产生的干缩比压实度大时严重。因此，稳定土压实时的含水量比最佳含水量略小为宜，并尽可能达到最佳压实效果。

③ 掺加粗料。掺入一下数量（掺入量 60%～70%）的粗粒料，如砂、碎石、砾石等，使混合料满足最佳组成要求，可以提高其强度和稳定性，减少裂缝的产生，同时可以节约结合料和改善碾压时的拥挤现象。

4.水稳定性和抗冻稳定性

稳定类基层材料除具有适当的强度，能承受设计荷载以外，还应具备一定的水稳定性和冰冻稳定性；否则，稳定类基层由于面层开裂、渗水或者两侧路肩渗水将使稳定土含水量增加，强度降低，从而使路面过早破坏。在冰冻地区，冰冻将加剧这种破坏。评价材料的水稳定性和抗冻性可用浸水强度和冻融循环试验。影响水稳定性和冰冻稳定性的主要因素如下：

（1）土类。细土含量多，塑性指数大的土，水稳定性抗冻性能差。

（2）稳定剂种类和剂量。石灰粉煤灰粒料和水泥粒料的水稳定性最佳。当稳定剂剂量不足时，胶结作强用弱，透水性大，强度达不到要求，其稳定性也差。

（3）密实度。密实度大时，透水能力降低，水稳定性增强。

（4）龄期。由于某些稳定剂如水泥、石灰或二灰的强度形成需要一定的时间，因此这类稳定土其水稳定性随龄期的增长而增强。

5.影响无机结合料稳定材料强度的因素

（1）土质。对于石灰稳定土和石灰粉煤灰稳定土，可用亚砂土、亚黏土、粉土类和黏土类土，石灰土或二灰土的强度是随土的塑性指数增大而增大的趋势，但塑性指数过大的重黏土不易黏碎，且易产生收缩裂缝。故规范规定：用与石灰稳定土的土，其塑性指数为10%～20% 的黏性土较适宜，而不适宜使用塑性指数10以下的低塑性土。

（2）稳定剂品种及用量。当采用石灰做稳定剂时，必须测定石灰中有效的氧化钙和氧化镁的含量，宜用技术等级Ⅲ级以上的石灰以提高石灰稳定土的强度。

用水泥稳定土时，硅酸盐水泥要比铝酸盐水泥效果好一些，且不宜采用快硬或早强水泥。

水泥稳定土的强度随水泥剂量增加而增加，石灰稳定土的强度则不是这种规律，一般存在一最佳石灰剂量值，超过或低于此值，石灰稳定土强度则降低。

在二灰土中，粉灰土的品质、用量将决定其强度。当粉煤灰中小于0.045 mm颗粒含量，SiO2及SiO2＋RO（R指Ca2＋或Mg2＋）SiO2＋Al2O3含量、碱含量较多，烧失量又较低时，火山灰作用较强。另外，若二灰土中石灰与粉煤灰比例大致在1∶4～1∶2时，二灰土的强度较高。对于同样含量的粉煤灰，被稳定材料中细料的含量增加和塑性指数增大，石灰用量也随之增加。

（3）含水量。在一般情况下，用最佳含水量时压实的干密度较大的试件的强度也高，因此实际施工中尽可能达到最佳含水量，并注意控制养护中水分的蒸发，以保证某些稳定剂的正常水化。

（4）密实度。密实度越大，材料有效的受荷面积越大，强度越高，受水影响的可能性减小。密实度应通过选材和合适的施工工艺综合控制。

（5）施工时间长短的影响。施工时间长短的影响主要针对水泥稳定土而言，水泥稳定土从开始加水拌和到完全压实的时间要尽可能短，一般不超过 6 h；若碾压或湿拌的时间拖长，水泥就会产生部分结硬，影响水泥稳定土的压实度，导致水泥稳定强度损失。

（6）养生条件。稳定土的强度发展需要适当的温度，必须在潮湿的条件下养护，否则其强度显著下降。同时，养生温度越高，强度增长越快。