CN103708787B

CN103708787B - 一种公路路面基层水泥稳定碎石

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Publication number: CN103708787B
Application number: CN201310737169.0A
Authority: CN
Inventors: 陈志峰; 谢春生; 李松; 张丙文; 王传波
Original assignee: Hydrochina Guiyang Engineering Corp
Current assignee: Hydrochina Guiyang Engineering Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: CN103708787A

Abstract

本发明公开了一种公路路面基层水泥稳定碎石，是对高碳铬铁合金渣进行处理生产出高碳铬铁合金渣集料，并用这种集料与水泥和水按一定比例混合制成一种能满足不同等级要求的公路路面基层水泥稳定碎石。本发明采用的以高碳铬铁合金渣级配集料为主要原料的公路路面基层水泥稳定碎石，与现有技术中常规采用天然碎石为集料的水泥稳定碎石相比，能提高路面基层的抗弯强度及抗裂性能，延长公路路面的使用寿命。本发明利用了工业废料高碳铬铁合金渣来替代天然集料，应用于路面水泥稳定碎石基层中，提供了解决高碳铬铁合金渣排放问题的途径，减少了公路建设中天然石料的开采数量，有利于保护环境和可持续发展；减少了公路工程投资，具有良好的经济效益。

Description

一种公路路面基层水泥稳定碎石

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种公路路面基层水泥稳定碎石。

背景技术

公路路面结构一般由面层、基层和垫层组成。与其他基层结构相比，水泥稳定碎石具有强度高、整体性强、耐久性好等优点，成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是一种较为理想的半刚性基层材料，为公路路面尤其是高等级路面最常用的基层材料之一。水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实得到的材料；其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。通常，水泥稳定碎石材料主要由粒料和灰浆体积组成；粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成；水泥用量一般为混合料3%～7%，7天的无侧限抗压强度可达5.0MPa，较其他路基材料高。由于水泥稳定碎石的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度、抗渗度和抗冻性。然而，目前以水泥稳定碎石作为材料的路面基层的抗弯强度及抗裂性能不够理想，且公路路面的使用寿命不长；同时，公路工程的资本投入较大，经济效益不高。

如CN103224351A公开的一种抗疲劳型水泥稳定碎石，由乳化橡胶沥青、水泥、碎石和水制成，所述水泥采用符合国家标准的325#或425#水泥，所述乳化橡胶沥青为25℃时的针入度为70或90的乳化橡胶沥青，所述碎石采用连续级配的碎石，要求最大粒径不超过31.5mm，19mm31.5mm的碎石用量与9.5mm～19mm的碎石用量之比为1:1，其中粒径小于4.5mm的碎石不超过30%，粒径小于0.075mm的细料不超过7%，所述水采用饮用水，所述水泥和碎石的比例为：水泥∶碎石=1∶25，乳化橡胶沥青的含量为水泥质量的50%～60%，水的含量为水泥质量的50%～80%。该方案的不足在于，乳化橡胶沥青的成本较高，且水泥使用量过多，不仅经济效益不佳，而且水泥用量过多将加大水化热反应温度，容易形成裂缝。

又如CN101880996A公开的一种公路路基用水泥稳定碎石，是由无熟料钢渣水泥、集料和水组成，其组分按重量百分比为无熟料钢渣水泥4.0％～5.0％，集料90％～92％，其余为水；所述集料为70%重量天然集料和30%重量再生集料组成，所述天然集料和再生集料的级配范围均为31.5～9.5mm，9.5～4.75mm，4.75～2.36mm和2.36～0mm方孔粒径，且其相应用分别为45%～35%，24%～35%，5%～10%和26%～35%。该方案的不足在于，天然集料所占比例较大，大规模生产容易造成天然集料资源紧张，经济性较差。

再如CN100556847C公开的一种公路路基用水泥稳定矿渣，是由水泥、高钛重矿渣碎石和高钛重矿渣砂组成，各成分重量百分比为，水泥3.0％～7.0％，高钛重矿渣碎石48.5％～46.5％，高钛重矿渣砂48.5％～46.5％；高钛重矿渣碎石粒径范围为5.0～31.5mm，高钛重矿渣砂粒径范围为0.0～5.0mm。该方案的不足在于，高钛重矿渣含有稳定的结晶体和玻璃体而活性低于普通高炉矿渣，与水泥配合用于路面基层时的抗裂性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路路面基层水泥稳定碎石，解决了现有技术中的问题。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种公路路面基层水泥稳定碎石，由以下质量百分比的原料组成：

水泥4.5%～5.5%，水4.5%～6.5%，其余为高碳铬铁合金渣级配集料；

所述高碳铬铁合金渣级配集料是采用埋弧电炉还原法生产高碳高碳铬铁合金时排出的熔体，经渣盘凝固、自然冷却、机械破碎或跳汰法选别含铬矿物后进行人工筛分产生的高碳铬铁合金渣，其骨料形状接近立方体，洁净干燥、无风化，无杂质，最大粒径≤37.5mm，压碎值≤32%。

进一步的，所述原料的质量百分比为：

水泥4.5%～5.5%，水5.5%，其余为高碳铬铁合金渣级配集料。

高碳铬铁合金渣的化学组成见表1。

表1高碳铬铁合金渣的化学组成（wt%）

名称	LOSS	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	P₂O₅	Cr₂O₃	SUM
											含量	0.71	34.54	23.88	5.95	0.33	25.43	0.069	0.024	7.64	98.57

从表1可以看出，尖晶石是高碳铬铁合金渣的主要矿相，其晶粒尺寸一般从小于20um到大约2000um，结构非常稳定。

高碳铬铁合金渣粗骨料和细骨料的物理性能见表2和表3，

表2高碳铬铁合金渣粗骨料的物理性能

表3高碳铬铁合金渣细骨料的物理性能

从表2、3可以看出，在高碳铬铁合金渣骨料的所有性能指标中，皆可满足使用要求，与天然骨料相比，其空隙率较高，但具有针片状含量及压碎值指标较低、韧性好的优势，同时，因为它较高显性气孔及由于高韧性形成的独特锁形结构，被胶凝材料（水泥、粉煤灰等）浆体填充后，二者相互咬合钳锁，对提高水稳层结构的韧性及耐久性具有极佳的优势。

本发明所述高碳铬铁合金渣级配集料的级配范围如表4所示：

表4路面基层用高碳铬铁合金渣级配集料的级配范围

筛孔尺寸（mm）	37.5	31.5	19.0	9.50	4.75	2.36	0.60	0.075
									通过质量百分率（%）	100	93～100	75～90	50～70	29～50	15～35	6～20	0～5

本发明所述公路路面基层水泥稳定碎石的主要控制指标为：

干密度（g/cm³）≥2.3；

最佳含水量为5.5％；

7天无侧限抗压强度（95%保证率）≥2.5MPa；

压实度K≥97.0％。

本发明所述公路路面基层水泥稳定碎石用于公路路面基层的应用。

本发明所用的高碳铬铁合金渣是埋弧电炉还原法生产高碳铬铁合金时产生的熔融矿渣在空气中自然冷却形成的一种由镁橄榄石、镁铝尖晶石、未反应的铬铁矿和极少量的顽辉石等为主要矿物组成的无机非金属材料，这种材料经过处理后可具有级配碎石的性能，因而可以在路面水泥稳定碎石基层中发挥集料的作用。高碳铬铁合金渣具有多孔、高强、物理化学稳定等特点，较普通天然骨料和人工骨料孔隙率偏高，有麻面蜂窝状，会少量增加水泥用量。但正是这种特性使得水泥及水化产物部分进入合金渣集料的孔隙中，在合金渣集料内部形成大量“销钉”，产生“销钉”效应，形成致密铰链的“嵌锁”结构，可改善道路基层抗弯强度、抗裂性能及整体板块性能。特别是经过专用破碎设备破碎筛分的高碳铬铁合金渣粗集料形状接近立方体，洁净干燥、无风化，无杂质，并具有足够的强度和耐磨耗性，且价格便宜。

本发明所用的水泥可以是普通硅酸盐水泥（P.O.）、矿渣硅酸盐水泥（P.S.）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P.）、粉煤灰质硅酸盐水泥（P.F.）等，符合国家标准。由于交通部《公路路面基层施工技术规范》规定，水泥稳定碎石均属中粒土，因水稳层中含有水泥等胶凝材料而要求整个施工过程要在水泥终凝前完成，并且一次达到质量标准，否则不易修整。因此，最好采用终凝时间较长的水泥，而不宜使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。水泥的命名分为两个部分，前半部分的英文字符代表水泥成分，后半部分的数字代表水泥的强度。如P.O.32.5是指普通硅酸盐水泥，水泥试块养护28天后的抗压强度为32.5MPa。

本发明所用的水可以是普通用水。在水质方面，通常适于饮用的水均可拌制和养护水泥稳定碎石。当以某种水制成的水泥砂浆的抗压强度与蒸馏水制成的水泥砂浆抗压强度比，低于90%者，此种水不宜用于水稳施工。

在拌和水泥稳定碎石时水泥用量一定要控制准确，用量太少减少胶凝作用，用量太大加大水化热反应温度，极易形成裂缝，另外在振动式压路机振动时，极易形成一层水泥浆覆盖在水稳表面，阻止水稳水化热的挥发，不利于压路机作业。本发明的原料配比适当，效果确切，可取得适宜效果。当水泥的质量百分比为4.5%～5.5%，水的质量百分比为5.5%时，效果最佳。

以下为本发明的试验例。

试验例1水泥稳定碎石混合料组成设计

1.1试验分组和材料

空白组：采用现有技术中常规方法以水泥、砂和碎石为集料得到的水泥稳定碎石基层；

对照组：采用现有技术中常规方法以水泥、粉煤灰、级配碎石为集料得到的水泥稳定碎石基层；

试验组：本发明所述的以水泥、水和高碳铬铁合金渣集料得到的水泥稳定碎石基层。

1.2试验方法

首先，实验室通过经过一定数量的原材料试验，进行配合比设计、击实实验，确定最大干密度和最佳含水量。然后以此配比制成试件，试件在规定温度条件下保湿养护6天，浸水1天后，进行无侧限抗压强度实验以及重型击实试验。

1.3试验结果

1）经过对照组和试验组配比试验，结果发现试验组的水泥稳定碎石不仅和易性较好，而且试块轻易成型，成型后的试块外观较好，7天平均强度也较高；

2）不同配比灰土试件，7天无侧限抗压强度在0MPa左右；而不同配比水稳试件7天无侧限抗压强度在4～7MPa之间；

3）空白组中不同配比灰土试件经几次冻融循环后，抗压强度几乎没有；而对照组中以水泥、粉煤灰、级配碎石为集料和试验组中以水泥、水和高碳铬铁合金渣为集料的不同配比的水稳试件，经10次冻融循环后，仍可测得一定的强度；而试验组中的水稳试件强度更高。

1.4讨论

通过观测、分析不同配比的灰土基层板体性较差，干缩、温缩系数大，这样的基层表层受水浸泡后强度降低，在行车荷载反复作用下，轻易被面层材料啃噬成粉末状，极易被渗进的水混合成泥浆流走，逐渐使面层脱空，造成油面沉陷、龟裂、脱落，这就是公路路面病害产生的主要原因。与空白组相比，由水泥、水和高碳铬铁合金渣集料组成的水稳基层，具有强度高、面层薄、板体性、水稳定性、抗冻性好、抗裂性能佳等特性，正好弥补了灰土基层的缺陷；与对照组相比，试验组中的水泥稳定碎石能提高路面基层的抗弯强度及抗裂性能，延长公路路面的使用寿命，从而大大提高沥青混凝土道路的使用寿命。

试验例2水泥稳定碎石层基层、底基层配比设计试验

2.1试验材料

采用本发明所述的以水泥、水和高碳铬铁合金渣集料为材料，根据本发明所述的材料配比，按照公路路面基层的要求，在材料配比范围内，设计不同的配合比例，并制作水泥稳定碎石基层、底基层试件。

2.2试验方法

成型采用静压法，制件压实度为98%；采用重型击实法获得最大干密度及最佳含水量。

2.3试验结果

试验结果如表5所示。

表5水泥稳定碎石层基层、底基层检测结果

2.4结论

通过试验可知，本发明公路路面基层水泥稳定碎石的最佳水泥掺量为5.0%，最佳含水量为5.5%。

本发明的有益效果：本发明采用的以高碳铬铁合金渣级配集料为主要原料的公路路面基层水泥稳定碎石，与现有技术中常规采用天然碎石为集料的水泥稳定碎石相比，能提高路面基层的抗折强度、抗弯强度及抗裂性能，延长公路路面的使用寿命；并且水泥用量低，用水量确定，对公路路面基层水泥稳定碎石材料的生产实践有着重要的指导意义。本发明充分利用了工业废料高碳铬铁合金渣来替代天然集料，应用于路面水泥稳定碎石基层中，一方面，提供了一种解决高碳铬铁合金渣排放问题的的途径，同时减少了公路建设中天然石料的开采数量，有利于保护环境和可持续发展；另一方面，减少了公路工程投资，具有良好的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例来描述本发明的技术方案。以下所述为本发明的较佳实施例，可用于解释和支持本发明，但不对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，以及依据本发明的技术实质对以下实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

实施例1

一种以高碳铬铁合金渣为集料的路面基层水泥稳定碎石，是由P.O.32.5水泥、高碳铬铁合金渣集料和水搅拌混合而成，其中水泥的质量百分比为4.5%，水的质量百分比为5.5%，其余为高碳铬铁合金渣集料。P.O.32.5是指普通硅酸盐水泥，水泥试块养护28天后的抗压强度为32.5MPa；其早期强度高，水化热高，耐冻性好，耐热性差，耐腐蚀性差，干缩性较小。

高碳铬铁合金渣集料的制备，以高碳铬铁合金渣为原料，可通过反击式、冲击破或圆锥式破碎机生产粗集料，部分粗集料再进一步粉碎为细集料，高碳铬铁合金渣集料筛分后的级配范围同表4。

实施例2

一种以高碳铬铁合金渣为集料的路面基层水泥稳定碎石，是由P.O.42.5水泥、高碳铬铁合金渣集料和水搅拌混合而成，其中水泥用量按质量为5%。采用的高碳铬铁合金渣集料筛分后的级配范围同表4。

实施例3

一种以高碳铬铁合金渣为集料的路面基层水泥稳定碎石，是由P.O.52.5水泥、高碳铬铁合金渣集料和水搅拌混合而成，其中水泥用量按质量为5.5%。采用的高碳铬铁合金渣集料筛分后级配范围同表4。

最后配制得到的一种以高碳铬铁合金渣为集料的路面基层水泥稳定碎石在环境温度条件下，其干密度、最佳含水量、压实度等要求按表6控制。

表6本发明路面基层水泥稳定碎石的主要控制指标

通过对不同的材料用量、级配及配合比的调整，本发明的一种以高碳铬铁合金渣为集料的路面基层水泥稳定碎石，其7天无侧限抗压强度实际均大于2.5MPa，甚至可达到5.9MPa，压实度实际均＞98%，干密度实际最小值为2.32g/cm³，能够满足不同等级公路路面基层的技术要求。

Claims

1.一种公路路面基层水泥稳定碎石，其特征在于：用于公路路面基层的应用，由以下质量百分比的原料组成：

水泥4.5％～5.5％，水4.5％～6.5％，其余为高碳铬铁合金渣级配集料；

所述高碳铬铁合金渣级配集料是采用埋弧电炉还原法生产高碳铬铁合金时排出的熔体，经渣盘凝固、自然冷却后、采用机械破碎法或跳汰法选出含铬矿物后进行人工筛分产生的高碳铬铁合金渣，其骨料形状接近立方体，洁净干燥、无风化，无杂质，最大粒径≤37.5mm，压碎值≤32％；

所述公路路面基层水泥稳定碎石的主要控制指标为：

干密度≥2.3g/cm³；

最佳含水量为5.5％；

7天无侧限抗压强度95％保证率≥2.5MPa；

压实度K≥97.0％；

所述高碳铬铁合金渣级配集料为：

筛孔尺寸(mm) 37.5 31.5 19.0 9.50 4.75 2.36 0.60 0.075 通过质量百分率(％) 100 93～100 75～90 50～70 29～50 15～35 6～20 0～5

。

2.如权利要求1所述的一种公路路面基层水泥稳定碎石，其特征在于：所述原料的质量百分比为：

水泥4.5％～5.5％，水5.5％，其余为高碳铬铁合金渣级配集料。