铺面工程学（第2版）：材料组成及特点体现首要成果！

半刚性材料种类很多，这里主要介绍石灰稳定土、石灰-粉煤灰稳定粒料、水泥稳定土或粒料的组成特性及特点。

1.石灰稳定土

石灰稳定土是指在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水率下成型及养生，其抗压强度符合规定要求的混合料，简称石灰土。

掺入湿土中的石灰和土主要发生两类物理-化学反应：第一类是胶体反应，石灰浆中游离的钙离子同黏土矿物中的钠、氢离子交换，减薄水膜厚度，促使土粒凝集和凝聚，形成团粒结构，由此改变了土的塑性，使塑限增加而塑性指数下降（图5-18）［4］，并改变了土的压实性，使最佳含水率增加而最大密实度降低（图5-19）［6］；第二类是凝胶反应，或称火山灰反应，从黏土矿物中析出的活性二氧化硅和三氧化二铝在水溶液中同石灰发生作用，形成不溶于水的硅酸钙和铝酸钙凝胶而把土颗粒胶凝在一起，从而提高了土的强度。

由上述反应机理可知，石灰的稳定效果同土中黏土颗粒的矿物成分和含量有关。因而，对不同的土类，可取得不同的效果。一般说来，黏土颗粒含量多，其矿物成分以蒙脱土为主，则稳定效果较好。图5-20显示了几种土用石灰稳定后的强度情况，从图中可以看出，粉质黏土的稳定效果最佳。一般认为，塑性指数在7～17范围内的土最合适。重黏土虽然黏土含量多，由于不易被破碎拌和，稳定效果反而差些。石灰对砂土，特别是均匀砂的稳定效果最差，故通常规定塑性指数小于4的土不宜用石灰稳定。砾石混合料也可用石灰稳定，其效果取决于其中黏土组分的含量和矿物成分。此外，还规定有机质含量大于10%、硫酸盐类含量大于0.8%的土，不宜用石灰稳定。

图5-18　石灰对黏土塑性的影响

图5-19　石灰土的压实曲线（曲线上的数值为石灰的剂量，以干土重的%表示）

石灰稳定土的强度随石灰含量的增加而增长（图5-21），但超过一定含量后，强度反而有下降的趋势，这表明存在一最佳含量，此最佳含量与土质有关，须通过试验确定。同时，石灰含量的选定还应考虑对石灰土的强度要求，也即考虑石灰土的用途（结构层位）。表5-7列出了不同土类和用途的石灰含量参考范围，可供试验设计或估算用。

石灰稳定土主要用作底基层和垫层，或中、低级路面的基层。

图5-20　各种土的强度（7 d龄期）随石灰含量的变化

图5-21　不同龄期石灰土强度同石灰含量的关系

表5-7　石灰含量（干土重%）参考范围

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2.石灰-粉煤灰稳定粒料

石灰-粉煤灰（简称二灰）稳定粒料是指用石灰和粉煤灰按一定配比加入粒料中，加水拌和、成型及养生而形成的混合料。采用石灰-粉煤灰作为结合料稳定碎石或砂砾集料，简称二灰碎石或二灰砂砾。若在二灰中掺入一定量的土，经加水拌和、成型及养生成型的混合料则称二灰稳定土。

粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣，其主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，它具有活性作用。在石灰土中掺入具有活性的粉煤灰，可以改善其凝胶反应。石灰与粉煤灰的掺配比在1∶2～1∶4范围内，具体配比视石灰和粉煤灰的活性而异，可通过不同配比石灰-粉煤灰试件的强度试验确定。

碎石或砂砾集料应符合级配要求，用作基层时，其最大粒径不超过31.5 mm（用于一级公路和高速公路时），或不超过37.5 mm（用于二级和二级以下公路时）；用作底基层时，其最大粒径不超过37.5 mm（用于一级公路和高速公路时），或不超过53 mm。集料的压碎值应不大于30%（用于一级公路和高速公路基层时），或不大于35%（用于二级和二级以下公路基层时）。石灰-粉煤灰结合料与集料之间存在一个最佳配合比。当集料含量较少时，集料悬浮于二灰中，混合料的强度主要依赖于二灰的强度；随着集料含量的增加，集料颗粒相互接触，逐步形成骨架，集料间的嵌锁作用在混合料的强度组成中发挥作用，使混合料的强度得到增长；但集料含量继续增多时，嵌锁作用不再增长，而二灰结合料不足以填充集料间的空隙，其黏结强度降低，因而混合料的强度出现下降。石灰-粉煤灰与集料的最佳配合比通常变化在20∶80～15∶85范围内，视集料的级配状况而异，可通过不同配比混合料试件的强度试验确定混合料的设计配合比。级配一般采用骨架-填充结构，表5-8为骨架密实型石灰-粉煤灰稳定集料级配范围。

表5-8　骨架密实型石灰-粉煤灰稳定集料级配

3.水泥稳定土或粒料

在粉碎或原状松散土或粒料中，掺入适量水泥和水，按技术要求进行拌和，在最佳含水率下进行成型和养生的混合料称为水泥稳定土或粒料。

水泥稳定土或粒料具有较其他稳定土更高的强度和水稳定性。水泥稳定土用于底基层或垫层，水泥稳定粒料可用于基层。

水泥颗粒分散于水中，随着水化过程的进行，在土粒的部分空隙间生成硅酸钙凝胶体，凝结后形成骨架结构，使水泥变硬。此外，在细粒土中，水泥水解过程中生成的氢氧化钙溶液中的钙离子同黏土颗粒吸附综合体中的低价阳离子发生交换，由此减少了黏土的亲水性和塑性。但是由于离子交换，氢氧化钙溶液不易达到饱和而析出氢氧化钙凝胶体，因而使水泥的硬化过程延缓，强度增长的速度降低。在水泥土中掺入少量氧化钙或石灰，有助于提高其稳定效果和稳定土的强度。

除有机质或硫酸盐含量高的土以外，各种砂砾土、砂土、粉土和黏土均可用水泥稳定。但是，稳定的效果不尽相同。土越黏，稳定所需的水泥用量越多，但强度却越低。重黏土由于难以粉碎、拌和，且水泥用量过高而不经济，故不宜用水泥稳定。通常，限定水泥稳定土的适用范围为液限不大于40、塑性指数不大于17的土。

水泥稳定粒料的碎石或砂砾集料应符合级配要求，其最大粒径和压碎值要求，与二灰稳定碎石和砂砾相同。级配一般也采用骨架-填充结构，表5-9为骨架密实型水泥稳定类集料级配范围。

表5-9　骨架密实型水泥稳定类集料级配

水泥稳定土或粒料的强度随水泥用量的增加而增长，不存在最佳水泥含量。过多的水泥用量，虽可获得较高的强度增长，但会引起较大的湿度和温度收缩。因而，所需的水泥用量，须按强度要求及经济性考虑，通过试验确定。

以上几类半刚性材料中，水泥稳定粒料具有足够的力学强度、良好的板体性、抗水性和耐冻性，且其初期强度较高，所以应用范围较广。