CN109761552A - 改性增稳路用水泥混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性增稳路用水泥混合料及其制备方法，旨在解决现有技术中路面基层的收缩开裂严重和耐久性差的技术问题。按如下重量份数称取各原料：废砖粗集料15～35份、碎石粗骨料30～50份、废砖细集料10～17份、碎石细集料22～30份、水泥3～7份、橡胶颗粒0.2～1.2份、钢纤维0.5～1.2份、改善剂0.1～0.5份；将水泥、改善剂混合，得到复合改性胶凝材料；将橡胶颗粒、钢纤维与级配的废砖粗集料、碎石粗骨料、废砖细集料、碎石细骨料混合，添加所得复合改性胶凝材料，即得。本发明改性增稳路用水泥混合料环保、成本低，路用性能优良、具有优异的抗压强度、抗裂性能和耐久性，具有良好的经济、社会效益。

Description

改性增稳路用水泥混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种改性增稳路用水泥混合料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，混凝土路面都是以水泥和石子为主要原料，经过加工、加压 或烧制等工艺制成各种形状的铺设用产品，主要应用于城市道路、地面工程的块、板等，上述路面铺设产品需要消耗大量的石材作为原料。

随着高速发展的道路工程建设需要大量的石料开采，然而，我国可用于生产的石料资源有限且区域分布不均衡，开采石材成本高，资源短缺问题日益突出，而且随着石料的不断开采，还会破坏生态环境，给环境造成污染，不符合现在的环保及经济可持续发展的要求。

而另一方面，随着我国城镇化的快速发展，原有建筑物的拆除和改造，建筑垃圾大量堆积，对生态环境造成的污染越来越严重。如将房屋、道路、桥梁等建筑物的拆除以及建筑原料生产、施工等过程中产生的废弃物，经过破碎、清洗、分级等一系列加工后，按比例配合，用以代替部分或者全部天然石料，则既能解决建筑废弃物的处置问题，又能节省天然砂石等不可再生资源。

然而，加工后的建筑固体废弃物与天然石料相比，性能各异，大多存在着吸水率大，微细裂缝多，力学、耐久和粘结性能差等问题，这种状况极大地限制了其在土建工程中的实际应用。此外，采用该类替代骨料的混凝土路面在使用一段时间后，经常会出现路面断裂或者塌陷，其硬度和耐久性不能满足要求，不但不美观，也不十分实用，对道路交通所造成的影响较大。

因此，亟待开发出能够满足路面基层承载能力、抗裂性能和耐久性要求的（建筑固废物替代石子骨料）水泥混合料，以期实现建筑材料的循环利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改性增稳路用水泥混合料，并提供其制备方法，以期在保证水泥稳定废砖混合料的路用性能的同时，解决现有技术中路面基层的收缩开裂严重和耐久性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术思路：

发明人经过长期大量的科学实践和试验研究，优选了废弃粘土砖为替代骨料，经过多种改性增稳等综合处理措施，克服了废弃粘土砖的压碎值高、空隙多及耐久性差导致水泥稳定废砖混合料只能用于低等级道路上、不能大规模的使用的缺点；攻克了在建成运营后出现收缩裂缝、道路使用年限缩短导致道路提前进入大修或改造期、造成了大量的经济损失的技术难题。

本发明具体采用的技术方案如下：

设计一种改性增稳路用水泥混合料，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料15～35份、碎石粗骨料30～50份、废砖细集料10～17份、碎石细集料22～30份、水泥3～7份、橡胶颗粒0.2～1.2份、钢纤维0.5～1.2份、改善剂0.1～0.5份。

优选的，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20～35份、碎石粗骨料30～40份、废砖细集料12～15份、碎石细集料25～30份、水泥4.5～6.5份、橡胶颗粒0.5～0.8份、钢纤维0.5～1份、改善剂0.1～0.3份。

优选的，所述废砖为烧结的粘土红砖，其压碎值为30～35%、针片状颗粒含量为30～35%、吸水率为12～16%、表观密度为1.6～2.0g/cm³。

优选的，所述水泥为P.C32.5，其初凝时间为264min，终凝时间为425min，细度为2.0%，安定性为3.0mm。

优选的，所述橡胶颗粒的粒径为1～2mm；

优选的，所述钢纤维的长度为25～30mm、直径为0.5mm、抗拉强度大于975Mpa。

优选的，所述改善剂为纳米二氧化钛和/或纳米氧化铝。

优选的，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥5份、橡胶颗粒0.5份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.15份。

上述改性增稳路用水泥混合料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照上述配比称取各原料；

（2）将水泥、改善剂混合在一起，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；

（3）将橡胶颗粒、钢纤维与级配的废砖粗集料、碎石粗骨料、废砖细集料、碎石细骨料混合，搅拌45～50min，添加所得复合改性胶凝材料，搅拌，即得。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1. 本发明混合料中加入了适宜的橡胶颗粒，有助于增强混合料的干缩性能，其在骨料中相对密度较低，等质量取代细骨料有助于减少混合料中水分的吸收，从而降低干缩应变；橡胶颗粒的存在吸收减缓干缩时的拉应力能量，减缓拉应力对结合面的破坏，从而减少了干缩裂缝。

2. 本发明混合料中加入了纳米二氧化钛和纳米氧化铝，其能够与废砖集料中的碱土金属氢氧化物及水泥发生水化反应后产生的氢氧化物发生二次水化反应，生成具有高强度胶凝性能的水化硅酸物质，进而提升路面基层的抗压强度，使得混合料可承受更高等级的路面荷载。

3. 本发明混合料中加入了适量钢纤维，可有效补偿再生骨料的一些缺陷，具有增强增韧效果和改善其力学性能的作用，对再生骨料在基层中的应用具有积极意义。

4. 本发明所选废砖原料来源广泛、廉价易得，将废砖替代不可再生的石料应用于道路工程建设既能解决石料短缺问题，又能解决因建筑垃圾堆积而引起环境污染问题，有利于建筑垃圾循环利用，有利于环境保护，同时兼顾了社会效益和经济效益，符合环保、集约、可再生的健康发展模式。

5. 本发明混合料制备过程环保节能，原料无毒无腐蚀，具有良好的经济、社会效益。

6. 本发明混合料具有优异的抗压强度、抗裂性能和耐久性，路用性能优良，对其应用于高等级路面基层具有重大意义。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料或产品如无特别说明，均为常规市售；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥5份、橡胶颗粒0.6份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.1份，纳米氧化铝0.12份。

废砖为烧结的粘土红砖，压碎值为32.5%，针片状颗粒含量为33%，吸水率为15.31%，表观密度为1.875g/cm³。

水泥为P.C32.5，初凝时间为264min，终凝时间为425min，细度为2.0%，安定性为3.0mm。

橡胶颗粒的主要来源是各种废旧橡胶制品加工破碎后形成的，主要包括废旧轮胎、汽车垫带、边角料等。采用无污染废旧橡胶原料，用制造橡胶颗粒专用设备加工成粒径为1～2mm的颗粒。

钢纤维的长度为25～30mm、直径为0.5mm、抗拉强度大于975Mpa。

混合集料的级配符合现行级配规范要求《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20-2015）C-A-1的级配要求，如表1所示。

表1再生集料推荐级配

。

改性增稳路用水泥混合料的制备方法为：

（1）按照上述重量份数称取各原料；

（2）将水泥、纳米二氧化钛和纳米氧化铝混合在一起，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；

（3）将橡胶颗粒、钢纤维与级配废砖碎石混合，搅拌45～50min后，再添加步骤（2）所得复合改性胶凝材料搅拌均匀，然后再掺加水搅拌均匀，即得。

实施例2：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料30份、水泥6份、橡胶颗粒0.5份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.1份、纳米氧化铝0.15份。

实施例3：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料15份、碎石细集料25份、水泥5份、橡胶颗粒0.6份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.12份。

实施例4：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥5份、橡胶颗粒0.5份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.15份。

实施例5：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料35份、碎石粗骨料30份、废砖细集料14份、碎石细集料26份、水泥5.5份、橡胶颗粒0.8份、钢纤维1份、纳米二氧化钛0.1份、纳米氧化铝0.12份。

实施例6：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料25份、碎石粗骨料38份、废砖细集料12份、碎石细集料28份、水泥4.5份、橡胶颗粒0.7份、钢纤维1份、纳米二氧化钛0.1份、纳米氧化铝0.15份。

实施例7：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥6.5份、橡胶颗粒0.8份、钢纤维1份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.12份。

实施例8：一种改性增稳路用水泥混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料38份、废砖细集料14份、碎石细集料28份、水泥5.5份、橡胶颗粒0.7份、钢纤维1份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.15份。

实施例9：普通水泥废砖混合料

该混合料由以下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥5份。

试验例：

以实施例9得到的普通水泥废砖混合料为对照，对实施例1～8所得的改性增稳路用水泥混合料进行性能检测，具体检测方法如下：

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中的无机结合料稳定材料振动压实试验方法（T0842-2009）进行最大干密度和最佳含水率检测。

试件经过成型养护后进行路用性能试验，试验项目包括无侧限抗压强度试验、干缩试验和抗冻融试验，用以测试各混合料的路用性能。

无侧限抗压强度试验过程，成型好的试件及时放进标准养护室进行养护，并在最后一天泡水养生，从水中取出后用软布吸去试件表面的水分，然后用压力机或万能试验机进行无侧限抗压试验。

干缩试验过程，成型好的试件在养护室标准养护七天，取出放在干燥室或干燥箱内，架设干缩试验装置进行试验，记录千分表的读数和试件的失水量，然后称取试件的干燥质量，最后进行试验数据的处理。

冻融试验过程，试件成型好后现在养护室进行标准养护，到期后取出放进冻融试验箱，低温箱的温度为-18℃，冻结时间为16h；结束后放进20℃，时间为8h，这算一个冻融循环，冻融循环次数结束后取出用软布吸干表面水分，并进行抗压强度试验。

具体试验结果如表2所示。

表2混合料的路用性能试验数据

。

从表2可知，本发明的改性增稳路用水泥混合料满足交通部颁标准《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）的相关要求；

本发明改性增稳路用水泥混合料的抗压强度、干缩性能、抗冻融等指标明显高于普通水泥废砖混合料，无侧限抗压强度的提高，可以使路面基层承受更大的荷载，也可以在一定程度上提高道路的使用寿命；干缩系数的降低，说明基层的抗裂性能得到了提高，有效的解决了基层容易产生裂缝的缺陷，可以很好的提高道路的使用性能；混合料抗冻融性能的提高，可以缓解在冰冻地区道路容易冻融破坏的难题，从而提高冰冻地区道路的使用寿命。

以上检测结果均表明本发明材料路用性能优越。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料15～35份、碎石粗骨料30～50份、废砖细集料10～17份、碎石细集料22～30份、水泥3～7份、橡胶颗粒0.2～1.2份、钢纤维0.5～1.2份、改善剂0.1～0.5份。

2.根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20～35份、碎石粗骨料30～40份、废砖细集料12～15份、碎石细集料25～30份、水泥4.5～6.5份、橡胶颗粒0.5～0.8份、钢纤维0.5～1份、改善剂0.1～0.3份。

3.根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，所述废砖为烧结的粘土红砖，其压碎值为30～35%、针片状颗粒含量为30～35%、吸水率为12～16%、表观密度为1.6～2.0g/cm³。

4.根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，所述水泥为P.C32.5，其初凝时间为264min，终凝时间为425min，细度为2.0%，安定性为3.0mm。

5.根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，所述橡胶颗粒的粒径为1～2mm；

根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，所述钢纤维的长度为25～30mm、直径为0.5mm、抗拉强度≥975Mpa。

6.根据权利要求1所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，所述改善剂为纳米二氧化钛和/或纳米氧化铝。

7.根据权利要求1或2所述的改性增稳路用水泥混合料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：

废砖粗集料20份、碎石粗骨料40份、废砖细集料13份、碎石细集料27份、水泥5份、橡胶颗粒0.5份、钢纤维0.5份、纳米二氧化钛0.15份、纳米氧化铝0.15份。

8.一种权利要求1或2所述改性增稳路用水泥混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照权利要求1或2配比称取各原料；

（2）将水泥、改善剂混合，搅拌25～30min，得复合改性胶凝材料；

（3）将橡胶颗粒、钢纤维与级配的废砖粗集料、碎石粗骨料、废砖细集料、碎石细骨料混合，搅拌45～50min，添加所得复合改性胶凝材料，搅拌，即得。