CN109554972A - 一种风积沙路基及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风积沙路基，其特征在于，包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1～2份、湿润水10～15份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉3～6％、增粘剂26～30％、分散剂1～3％，余量为水。改性剂可改善风积沙颗粒间的粘结性能，提高风积沙的内部粘聚力，同时可使风积沙表面形成一层乳化膜，防止水的进入，增加了风积沙的耐水性能。在风积沙路基施工中加入改性剂，可提高风积沙路基施工效率及压实质量，同时改善其耐水性能，降低水对风积沙路基稳定性的影响，使风积沙路基施工技术在西北地区广泛应用，不仅节约了成本，利用了当地材料，还提高了施工质量，具有良好的经济环保质量效益。

Description

一种风积沙路基及其施工方法

技术领域

本发明涉及道路施工，具体地指一种风积沙路基及其施工方法。

背景技术

近几年来我国西北地区进入快速发展阶段，地区的发展必须建立在交通便利的基础上，而公路是西北地区与外部城市连接的通道，目前西北地区的公路建设如火如荼，尤其是三、四等级公路的建设，然后西北地区路基填土材料有限，风积沙作为西北地区一项极其丰富且地域性强的材料，大都以中沙和细沙为主，几乎不含粉粒和黏粒，而且松散无塑性，粘聚力低、透水系数大，因此成型比较困难，而且成型后的抗剪切强度也较低，具有施工难、受雨水影响大等特点，目前在路基填料中极少使用。若采用戈壁料换填风积沙，则会造成运输成本高，且风积沙堆积过多会对环境造成污染，如何才能解决这些难题，是工程师们一直在思考的问题。

目前关于风积沙的研究越来越多，大量研究表明风积沙作为路基填料在力学性能上有较大的优势，但是遇水后强度明显降低，如何解决其粘聚力低造成的压实难的问题以及雨水造成的风积沙流失及地基不均匀沉降还没有得到妥善解决，大多数从施工工艺上进行改进，但是成本较大，且效果一般，若从风积沙的微观结构上进行改性，将粘聚力低和耐水能力差的特点进行改善，则风积沙可作为路基填料使用，不仅解决了大量风积沙的应用，降低了对环境的影响，成本方面可降低施工工艺优化增加的成本，且施工后期的维护费用可明显降低，经济环保效益非常显著。

因此，需要开发出一种粘聚力强、耐水性能好、强度高的风积沙路基及其施工方法，使风积沙的施工性能、路用性能得到显著改善，对西北地区风积沙的应用及公路建设有重要意义，对西北地区的快速发展作出贡献。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种粘聚力强、耐水性能好、强度高的风积沙路基及其施工方法。

本发明的技术方案为：一种风积沙路基，其特征在于，包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1～2份、湿润水10～15份；

其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉3～6％、增粘剂26～30％、分散剂1～3％，余量为水。可再分散性胶粉、增粘剂、分散剂、水的质量百分数之和为100％。

优选的，所述可再分散性胶粉成分为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物，颗粒尺寸为1～7μm。可再分散性胶粉的尺寸极其重要，1～7μm尺寸的胶粉颗粒使形成的聚合物膜连续致密，粘接性能越优良。

优选的，所述增粘剂为羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC中的一种或多种组合，所述羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC的粘度为0.5～1.0×10⁵mpa.s。增粘剂的粘度十分重要，粘度过大会导致不容易分散，过小会导致粘结力弱。

优选的，所述分散剂为碳酸钠。

优选的，包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.5～1.8份、湿润水12～13份。

本发明还提供一种上述风积沙路基的施工方法，其特征在于，步骤为：

a.配制改性剂；

b.将改性剂和湿润水混合均匀，缓慢喷洒在风积沙的表面，边喷边对风积沙进行拌和，使风积沙与混合液拌和均匀；

c.用平地机进行精平，随后再用振动压路机进行风积沙的碾压，密实后再静压。

优选的，所述步骤a为：

1)在温度为15～35℃的条件下，在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入分散剂，并搅拌10～15min；

2)加入增粘剂，搅拌5min；

3)加入可再分散性胶粉，搅拌至成品分散均匀，无颗粒与气泡。

本发明的有益效果为：

1.改性剂可改善风积沙颗粒间的粘结性能，增加风积沙的粘聚力，并在表面形成一层薄膜，可阻止水的浸入，提高风积沙的耐水性，大大提高风积沙路基填筑压实及施工性能，解决风积沙粘聚力低、耐水性差的问题，使风积沙能更广泛地用于西北地区公路的路基填筑。

2.改性剂中：可再分散性胶粉具有极好的柔韧性及粘结性，用于成膜；碳酸钠用于体系内的pH值调节缓冲；增粘剂用于增加乳液粘度，通过表面扩散湿润粘接表面，使胶粉与风积沙颗粒之间的粘接强度增高。可再分散性胶粉和增粘剂均有不同程度的遇水易结团，不易分散的特点，分散剂可在颗粒表面形成吸附层，是颗粒表面电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力，解决可再分散性胶粉和增粘剂遇水易结团的问题。

3.得到的风积沙路基不仅粘聚力大幅度提高，而且回弹模量、CBR值均有上升，使路基在具备优异抗剪强度同时具有良好的抗压强度。

4.西北地区风蚀现象严重，加入改性剂后可有效防止风蚀造成风积沙路基风化、磨损甚至毁坏，起到稳定风积沙路基的作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，具体实施例1-8的配方如表1所示。以下所用的可再分散性胶粉为德国瓦克生产的醋酸乙烯酯-乙烯聚合物胶粉，颗粒尺寸为1～7μm，湿润水即普通自来水，风积沙为粒径2mm以下的干沙料。

表1实施例1-8的配方

实施例1

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.5份、湿润水12份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉6％、增粘剂26％(增粘剂为粘度1.0×10⁵mpa.s的羟乙基纤维素HEC)、分散剂2％(碳酸钠)，余量为水。

实施例2

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.5份、湿润水12.5份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉4％、增粘剂28％(增粘剂为粘度1.0×10⁵mpa.s的羧甲基纤维素钠CMC)、分散剂1％(碳酸钠)，余量为水。

实施例3

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.6份、湿润水13份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉3％、增粘剂27％(增粘剂为粘度1.0×10⁵mpa.s的聚合氯化铝PAC)、分散剂3％(碳酸钠)，余量为水。

实施例4

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.8份、湿润水12份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉5％、增粘剂30％(增粘剂为羟乙基纤维素HEC、聚合氯化铝PAC按质量比1：1混合而成，羟乙基纤维素HEC、聚合氯化铝PAC粘度为0.8×10⁵mpa.s)、分散剂1.5％(碳酸钠)，余量为水。

实施例5

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1份、湿润水10份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉4％、增粘剂29％(增粘剂为羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC按质量比1：5混合而成，羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC粘度均为0.6×10⁵mpa.s)、分散剂2.5％(碳酸钠)，余量为水。

实施例6

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂2份、湿润水15份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉3％、增粘剂26％(增粘剂为羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC按质量比1:1:1混合而成，羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC粘度均为0.5×10⁵mpa.s)、分散剂2％(碳酸钠)，余量为水。

实施例7

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.3份、湿润水11份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉5％、增粘剂28％(增粘剂为羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC按质量比1:3:4混合而成，羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC粘度均为0.8×10⁵mpa.s)、分散剂1％(碳酸钠)，余量为水。

实施例8

如表1所示，风积沙路基包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.9份、湿润水14份；其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉6％、增粘剂27％(增粘剂为粘度1.0×10⁵mpa.s的HEC)、分散剂3％(碳酸钠)，余量为水。

上述实施例1-8中风积沙路基的施工过程为：

a.配制改性剂；

1)在温度为15～35℃的条件下，在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入分散剂，并搅拌10～15min；

2)加入增粘剂，搅拌5min；

3)加入可再分散性胶粉，搅拌至成品分散均匀，无颗粒与气泡；

b.将改性剂和湿润水混合均匀，缓慢喷洒在风积沙的表面，边喷边对风积沙进行拌和，使风积沙与混合液拌和均匀；

c.用平地机进行精平，随后再用振动压路机进行风积沙的碾压，密实后再静压。

将上述实施例的风积沙路基进行性能测试

制样方式：称取风积沙与水、改性剂(按设计干密度1.6)，先将改性剂和水混合均匀装入喷壶，用喷壶将混合液缓慢均匀喷洒在风积沙表面，边喷边对风积沙进行拌和，使风积沙与混合液拌和均匀，然后放入塑料薄膜中静置至少4小时，然后取出压入直径61.8mm、高20mm的环刀制成环刀样进行直剪试验。测试改性前后风积沙的粘聚力和内摩擦角。对比例为未加入改性剂的100份(质量份数)风积沙与12份(质量份数)湿润水制备的试样。测试结果如表2。

表2风积沙粘聚力及内摩擦角测试结果

测试结果表明：随着风积沙改性剂掺量的增加，其粘聚力明显提高。改性剂掺量由0％增加到1％、1.5％、2％，其粘聚力从0.2kPa增加到12.3kPa、15.4kPa、18.2kPa，粘聚力大幅提高，随着改性剂掺量的增加，粘聚力的提高幅度降低；内摩擦角有所下降，但降低幅度不大，总体来说，改性前后风积沙抗剪强度变化不大，由于风积沙本身的力学性能优异，抗剪强度较一般路基填土大，因此，改性后风积沙力学性能也能满足填土要求。

对改性后风积沙的回弹模量，CBR值进行测试，通过室内试验得到相关数据，见表3。

表3回弹模量和CBR值测试结果

由表3可知：标准试验条件下，风积沙经改性后回弹模量和CBR值有一定幅度的提高，为模拟现场施工条件，将试样放室外养护一天，发现未改性风积沙的回弹模量有一定的提高，因为室外养护会使风积沙内部水分蒸发，导致风积沙强度增加；而改性后的风积沙回弹模量和CBR值有显著的提高，因为室外养护过程中，改性剂会与空气中的气体发生反应，在风积沙颗粒表面形成一层有一定硬度的薄膜，因此，力学性能明显提升。

耐水性能测试：为模拟现场风积沙路基的自然条件，将制成的环刀样放置在室外暴晒一天，加速其脱水，然后将试块用水浸泡，观察试块情况。以1h后测试试样重量增加的百分数为吸水率，如下表4所示。

表4吸水率测试结果

测试发现：未改性试块经水浸泡后迅速吸水，然后试块慢慢松散变形；而改性后的试块在浸水过程中试块未出现松散变形，拿出试样，发现试样表面的水会自动沥干，说明改性后试块表面形成了一层薄膜，可防止水的进入，因此，提高了风积沙路基的耐水性。

Claims (7)

1.一种风积沙路基，其特征在于，包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1～2份、湿润水10～15份；

其中改性剂包括按质量百分数的各组分：可再分散性胶粉3～6％、增粘剂26～30％、分散剂1～3％，余量为水。

2.如权利要求1所述的风积沙路基，其特征在于，所述可再分散性胶粉成分为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物，颗粒尺寸为1～7μm。

3.如权利要求1所述的风积沙路基，其特征在于，所述增粘剂为羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC中的一种或多种组合，所述羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚合氯化铝PAC的粘度为0.5～1.0×10⁵mpa.s。

4.如权利要求1所述的风积沙路基，其特征在于，所述分散剂为碳酸钠。

5.如权利要求1所述的风积沙路基，其特征在于，包括按质量份数的风积沙100份、改性剂1.5～1.8份、湿润水12～13份。

6.一种如权利要求1-5中任一所述风积沙路基的施工方法，其特征在于，步骤为：

a.配制改性剂；

b.将改性剂和湿润水混合均匀，缓慢喷洒在风积沙的表面，边喷边对风积沙进行拌和，使风积沙与混合液拌和均匀；

c.用平地机进行精平，随后再用振动压路机进行风积沙的碾压，密实后再静压。

7.如权利要求6中风积沙路基的施工方法，其特征在于，所述步骤a为：

1)在温度为15～35℃的条件下，在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入分散剂，并搅拌10～15min；

2)加入增粘剂，搅拌5min；

3)加入可再分散性胶粉，搅拌至成品分散均匀，无颗粒与气泡。