CN108516759A - 一种水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料及其制备方法，所述基层的原料包括水泥、珊瑚砂和碎石；所述底基层的原料包括水泥和珊瑚砂。将珊瑚砂掺配到基层或底基层作为路基材料，可以提高珊瑚砂的利用率并保证标准路用性能的要求，改善基层或底基层结构的空隙，提高其稳定性；其制备方法简单，施工工期短，生产和运输成本低，可应用于海岛上的公路、机场、港口等高等级区域工程以及人行道、乡村道路等低等级道路工程的建设。

Description

一种水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及公路路基材料领域，具体涉及一种水泥稳定珊瑚砂基层或底 基层材料及其制备方法。

背景技术

近些年，我国人民生活水平显著提高，经济发展迅速。考虑未来发展战 略，对海洋的开发和建设将增加。岛屿附近的珊瑚砂是中国热带海洋中宝贵 的物质资源，它们不仅能用作人类生活，资源利用，同时也为国家海洋权益 保护，也可以建立一个渔业、海洋能源开发、旅游等一体化市场，其具有长 远的可持续发展和经济价值。此外，勘探和开采海洋石油资源的开发利用和 海岛旅游的发展的更加深入，在海岛附近区域的大型工程建设越来越多，而 且形式也变得越来越复杂。

在半刚性基层的建设和维护中，在距离大陆数千里远的热带珊瑚岛礁上， 因为海岛上没有碎石、细沙等普通的道路骨料，建设也非常缺乏淡水。所以， 有的时侯必须从港口耗时耗力用货船运输。这样不仅受强风和海浪等自然环 境的限制，而且还运输困难而且昂贵，这难以确保施工的正常运行。因此， 不破坏自然生态环境平衡为前提，在海岛上挖取珊瑚砂，用疏同港口和航道 挖出的以及被地震海浪拍打堆积起来的珊瑚砂代替碎石和细沙，具有重要的 使用价值和较高的现实意义，不但缩短施工的工期，而且可以节约内陆建设耗材。大多数的项目都存在时间紧张和任务繁重等问题。以珊瑚砂为原料进 行的研究对国家发展及国防建设都具有重要的理论基础。

珊瑚砂是一种特殊岩土体，它由珊瑚和浮游生物群体死后尸体经过破坏、 冲刷、沉积和胶结等作用后而形成的。同时，是海岛陆基的主体，也是以后 桥梁基础的主要承重层。但同时又属于最复杂的不均匀材料。由于它的起源 和组成结构上的特点导致其与普通砂的路用性能有很大的不同。特别的沉积 环境与地质结构决定了岩石和土的施工隧道桥梁建筑道路影响范围专业不同 于陆源沉积物。为了能清楚的了解在海岛上施工的珊瑚砂工程活动的适应性 和耐久性，应该正确认识珊瑚砂的地质环境和力学性质，以适应珊瑚砂工程 建设的需要，避免珊瑚礁工程建设向错误方向进行。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水泥稳定珊瑚 砂基层或底基层材料及其制备方法，将珊瑚砂掺配到基层或底基层作为路基 材料，可以提高珊瑚砂的利用率并保证标准路用性能的要求，改善基层或底 基层结构的空隙，提高其稳定性；其制备方法简单，施工工期短，生产和运 输成本低，可应用于海岛上的公路、机场、港口等高等级区域工程以及人行 道、乡村道路等低等级道路工程的建设。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，所述基层的原料包括水 泥、珊瑚砂和碎石；所述底基层的原料包括水泥和珊瑚砂。

优选的，所述碎石包含花岗岩。

优选的，所述花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

优选的，所述珊瑚砂的最大粒径不大于31.5mm。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥32.5或者硅酸盐水泥42.5。

优选的，所述基层的原料中水泥、珊瑚砂和碎石质量比为(3-6)：(30-60)： (34-67)。

优选的，所述底基层的原料中水泥和珊瑚砂的质量比为(4-8)：(92-96)。

(二)一种水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和碎石烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂和 碎石，备用；

步骤2，向所述冷却后的珊瑚砂和碎石中加入水，拌合均匀，密闭浸润， 得珊瑚砂和碎石浸湿料，备用；

步骤3，取所述珊瑚砂和碎石浸湿料，加入水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向所述混合料中加入水泥，拌合均匀，即得。

优选的，步骤2中，所述密闭浸润的时间为12-18小时。

(三)一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向所述冷却后的珊瑚砂中加入水，拌合均匀，密闭浸润，得珊瑚 砂浸湿料，备用；

步骤3，取所述珊瑚砂浸湿料，加入水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向所述混合料中加入水泥，拌合均匀，即得。

优选的，步骤2中，所述密闭浸润的时间为12-18小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料主要应用于海岛上的公路 建设，珊瑚砂就地取材，其施工成本和运输成本低，且其海水腐蚀后的无侧 限抗压强度满足标准公路的路用性能要求。一般海上运送货物每吨大概1000 元左右，那么仅仅拌合1m³的水泥混合料的成本就增加了1000元。结合远洋 珊瑚岛礁特征，就近取材，以珊瑚砂作为集料，减少对从大陆运输的原材料 的需求量，降低运输成本、节约岛礁建设成本并加快岛礁建设速度。

2、本发明的珊瑚砂混凝土路面结构也可应用于机场、港口等高等级区域 工程以及人行道、乡村道路等低等级道路工程的建设。可以有效解决现有海 岛上珊瑚砂堆积无法处理的情况，对其进行充分合理利用。珊瑚砂混凝土路 面结构的室内无侧限抗压强度符合标准公路的路用性能要求。

3、水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料以珊瑚砂为原料，珊瑚砂就地取材， 造价低，有利于海洋资源的开发利用；且珊瑚砂多孔、颗粒小，可与水泥紧 密嵌挤，从而改善材料的微观结构，使其密实，提高稳定性能。制备方法简 便，生产、运输成本低，施工周期短，经济效益高。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明实施例1所得的水泥稳定珊瑚砂底基层材料的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技 术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的 范围。

实施例1

一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料，包括：7％硅酸盐水泥32.5和93％珊瑚 砂。

上述水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂中加入8.8％水，拌合均匀，密闭浸润15小时， 得珊瑚砂浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥32.5，拌合均匀，即得。

实施例2

一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料，包括：8％硅酸盐水泥42.5和92％珊瑚 砂。

上述水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂中加入9.3％水，拌合均匀，密闭浸润12小时， 得珊瑚砂浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥42.5，拌合均匀，即得。

实施例3

一种水泥稳定珊瑚砂基层材料，包括：3％硅酸盐水泥32.5、34％珊瑚砂 和花岗岩63％；花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

上述水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和花岗岩烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂 和花岗岩，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂和花岗岩中加入2.7％水，拌合均匀，密闭浸 润15小时，得珊瑚砂和花岗岩浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂和花岗岩浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥32.5，拌合均匀，即得。

实施例4

一种水泥稳定珊瑚砂基层材料，包括：4％硅酸盐水泥32.5、44％珊瑚砂 和花岗岩52％；花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

上述水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和花岗岩烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂 和花岗岩，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂和花岗岩中加入3.1％水，拌合均匀，密闭浸 润12小时，得珊瑚砂和花岗岩浸湿料，备用；步骤3，取珊瑚砂和花岗岩浸 湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥32.5，拌合均匀，即得。

实施例5

一种水泥稳定珊瑚砂基层材料，包括：5％硅酸盐水泥42.5、53％珊瑚砂 和花岗岩42％；花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

上述水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和花岗岩烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂 和花岗岩，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂和花岗岩中加入3.6％水，拌合均匀，密闭浸 润18小时，得珊瑚砂和花岗岩浸湿料，备用；步骤3，取珊瑚砂和花岗岩浸 湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥42.5，拌合均匀，即得。

实施例6

一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料，包括：4％硅酸盐水泥32.5和96％珊瑚 砂。

上述水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂中加入7.6％水，拌合均匀，密闭浸润18小时， 得珊瑚砂浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥32.5，拌合均匀，即得。

实施例7

一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料，包括：6％硅酸盐水泥42.5和94％珊瑚 砂。

上述水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂中加入8.2％水，拌合均匀，密闭浸润15小时， 得珊瑚砂浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥42.5，拌合均匀，即得。

实施例8

一种水泥稳定珊瑚砂基层材料，包括：6％硅酸盐水泥32.5、60％珊瑚砂 和花岗岩34％；花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

上述水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和花岗岩烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂 和花岗岩，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂和花岗岩中加入3.9％水，拌合均匀，密闭浸 润12小时，得珊瑚砂和花岗岩浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂和花岗岩浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥32.5，拌合均匀，即得。

实施例9

一种水泥稳定珊瑚砂基层材料，包括：3％硅酸盐水泥42.5、30％珊瑚砂 和花岗岩67％；花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

上述水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和花岗岩烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂 和花岗岩，备用；

步骤2，向冷却后的珊瑚砂和花岗岩中加入2.5％水，拌合均匀，密闭浸 润15小时，得珊瑚砂和花岗岩浸湿料，备用；

步骤3，取珊瑚砂和花岗岩浸湿料，加入2％水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向混合料中加入硅酸盐水泥42.5，拌合均匀，即得。

以上实施例中，水泥稳定珊瑚砂底基层或基层材料中水的用量通过测定 最佳含水率确定，使水泥稳定珊瑚砂底基层或基层材料的压实度达到最佳。 最佳含水率的测定方法参考JTG-E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试 验规程》T0804-1994进行测定，具体为：选取5个含水率，进行击实试验，分 五层击实，每次击实27次，烘干后确定五个含水率和干密度，以含水率为横 坐标，以干密度为纵坐标绘制散点图，并绘制曲线对散点图进行拟合，以最 高点对应的坐标为最大干密度和最佳含水率。

以上实施例中，珊瑚砂取自马来西亚和菲律宾，为松散珊瑚碎屑沉积物， 其矿物成分主要为文石和高妹方解石，化学成分主要为碳酸钙，含量高达90％ 以上，粒径大小不均，需提前剔除粒径大于13.2mm的部分，形状以条状和块 状为主。将珊瑚砂集料进行12-18h浸润预处理，将水泥和水按比例，拌合充 分，减少离析分层，得到水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料。图1为本发明 实施例1所得的水泥稳定珊瑚砂底基层材料的结构示意图，珊瑚砂因颗粒较 小，可以填充到水泥石的孔隙中，有效弥补混合料的孔隙率，从而保证水泥稳定珊瑚砂底基层材料的体积稳定性。

分别对实施例1-2所得的水泥稳定珊瑚砂底基层材料和实施例3-5所得的 水泥稳定珊瑚砂基层材料在不同龄期下室内无侧限抗压强度和海水腐蚀后的 无侧限抗压强度进行测试，具体如下：

1、室内无侧限抗压强度

1)试验方法：参考JTG-E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规 程》T0805-1994标准进行无侧限强度测试，具体为：将水泥稳定珊瑚砂底基 层或基层材料装入试模中，进行充分插捣；试模用万能压力机以1cm/min的速 度压平；将压实后的试样进行脱模；在温度为20±2℃，湿度为95％以上的养护 室里养护；到达养护期限的前一天，试件泡水一天，到达养护期后取出，表 面擦干，用压力机以1cm/min的速度进行抗压试验。其中，底基层试模的规格 为：直径×高度＝50mm×50mm；基层试模的规格为：直径×高度＝ 150mm×150mm。

试验1-2：将实施例1-2所得的水泥稳定珊瑚砂底基层材料按上述室内无侧 限抗压强度试验方法进行测试。

试验3-5：将实施例3-5所得的水泥稳定珊瑚砂基层材料按上述室内无侧限 抗压强度试验方法进行测试。

2)试验结果：试验结果如表1所示。

表1室内水泥稳定材料样品无侧限抗压强度试验结果

由表1可知，试验1-2的水泥稳定珊瑚砂底基层材料在7d和28d的抗压 强度符合《公路路面基层施工技术细则》4.2.4规定的高速公路和一级公路的 极重交通7d无侧向抗压强度的规定，底基层3.0-5.0MPa；试验3-5的水泥稳 定珊瑚砂基层材料在7d和28d的抗压强度符合《公路路面基层施工技术细则》 4.2.4规定的高速公路和一级公路的极重交通7d无侧向抗压强度的规定，基层 5.0-7.0MPa。这表明珊瑚砂的粗糙表面有助于水泥浆和集料之间的粘结，提 高水泥稳定珊瑚砂底基层或基层材料的抗压强度。

2、海水腐蚀后的无侧限抗压强度

1)试验方法：对水泥稳定珊瑚砂进行海水腐蚀实验，海水中海盐浓度为 19.2g/L，测试28d海水持续浸泡后无侧限抗压强度情况，无侧限抗压强度测 试方法参考JTG-E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 T0805-1994标准进行测试，具体试件的制备及养护参考室内无侧限抗压强度 试验方法。

试验1-2：将实施例1-2所得的水泥稳定珊瑚砂底基层材料按上述海水腐蚀 后的无侧限抗压强度试验方法进行测试。

试验3-5：将实施例3-5所得的水泥稳定珊瑚砂基层材料按上述海水腐蚀后 的无侧限抗压强度试验方法进行测试。

2)试验结果：试验结果如表2所示。

表2水泥稳定材料样品海水腐蚀后的无侧限抗压强度

由表2可知，试验1-2的水泥稳定珊瑚砂底基层材料和试验3-5的水泥稳 定珊瑚砂基层材料长期在海水浸泡环境下强度有些许降低，但其抗压强度符 合《公路路面基层施工技术细则》4.2.4规定的高速公路和一级公路的极重交 通7d无侧向抗压强度的规定对底基层和基层强度的要求。海水腐蚀后的无侧 限抗压强度试验结果表明本发明的水泥稳定珊瑚砂底基层和基层材料适用于 海岛上的公路建设。

综上所述，将珊瑚砂掺配到水泥花岗岩中作为路基材料是可行的，同时 可以保证有效的珊瑚砂利用率以达到标准的路用性能的要求，在结构上改善 了空隙问题；同时可以缩短施工工期，减少原材料运费，增加经济效益。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽 的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术 人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修 改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述基层的原料包括水泥、珊瑚砂和碎石；所述底基层的原料包括水泥和珊瑚砂。

2.根据权利要求1所述的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述碎石包含花岗岩。

3.根据权利要求2所述的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述花岗岩的最大粒径不大于31.5mm。

4.根据权利要求1所述的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述珊瑚砂的最大粒径不大于31.5mm。

5.根据权利要求1所述的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述基层的原料中水泥、珊瑚砂和碎石质量比为(3-6)：(30-60)：(34-67)。

6.根据权利要求1所述的水泥稳定珊瑚砂基层或底基层材料，其特征在于，所述底基层的原料中水泥和珊瑚砂的质量比为(4-8)：(92-96)。

7.一种水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂和碎石烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂和碎石，备用；

步骤2，向所述冷却后的珊瑚砂和碎石中加入水，拌合均匀，密闭浸润，得珊瑚砂和碎石浸湿料，备用；

步骤3，取所述珊瑚砂和碎石浸湿料，加入水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向所述混合料中加入水泥，拌合均匀，即得。

8.根据权利要求7所述的水泥稳定珊瑚砂基层材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述密闭浸润的时间为12-18小时。

9.一种水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将珊瑚砂烘干至恒重，冷却至室温，得冷却后的珊瑚砂，备用；

步骤2，向所述冷却后的珊瑚砂中加入水，拌合均匀，密闭浸润，得珊瑚砂浸湿料，备用；

步骤3，取所述珊瑚砂浸湿料，加入水，拌合均匀，得混合料；

步骤4，向所述混合料中加入水泥，拌合均匀，即得。

10.根据权利要求9所述的水泥稳定珊瑚砂底基层材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述密闭浸润的时间为12-18小时。