CN113800838B - 一种公路用路基材料及其制备方法 - Google Patents

一种公路用路基材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种公路用路基材料及其制备方法，属于路基材料技术领域，所述公路用路基材料按照重量份数计，包括以下原料：油页岩废渣35‑55份、硅钙渣90‑110份、垃圾砼20‑35份和电石渣5‑15份。本发明的公路用路基材料来源广泛，解决了油页岩废渣、硅钙渣、电石渣堆放占用土地的问题，节约了自然资源，做道路基层可以减少结构层厚度，一般三渣基层施工通常分两层摊铺碾压，而本发明的公路用路基材料则可一次性浇筑施工，大大缩短了工期，具有施工耐候性，在施工现场利用普通砼搅拌设备搅拌后即可使用，雨天也可施工，只需在表面覆盖薄膜保护。

Description

一种公路用路基材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路基材料技术领域，特别是涉及一种公路用路基材料及其制备方法。
背景技术
道路路基是路面的基础，是整个道路构造的重要组成部分，与路面共同承担行车载荷。路基即指路面基层以下部分一定范围的土体，包括为获得具有均匀承载能力的路基而进行的局部换土部分，回填、移挖作填联接处的缓和区段部分，都属路基的组成部分。
路基工程中采用的路基材料，经常存在很多缺陷，如水稳性差、粘性较高、膨胀率较大以及填筑压实后路基的无侧限抗压强度不满足工程要求等。因此，常采用掺入改良剂的方法来改良填料。路基工程中常用的改良剂有水泥、石灰(包括生石灰、熟石灰)等。由于水泥和石灰的物理化学性质的不同，这两种改良剂的作用效果也会有所差异，从而影响路基质量。此外，在路基填料中掺入石灰还存在以下不足：(1)石灰价格飞涨，导致建设成本大幅度增加；(2)对自然资源过度开采，不利于环境保护与工程建设的可持续发展，也增加了环境治理费用。而且，现有的路基材料在承重时易产生局部变形，使路面变得高低不平，抗冻融性能差。
因此，有必要提供一种新的公路用路基材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种干燥状态强度高、承载能力强的公路用路基材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种公路用路基材料，按照重量份数计，包括以下原料：油页岩废渣35-55份、硅钙渣90-110份、垃圾砼20-35份和电石渣5-15份。
进一步地，按照重量份数计，包括以下原料：油页岩废渣45-50份、硅钙渣100-110份、垃圾砼25-30份和电石渣5-10份。
进一步地，所述油页岩废渣的细度在0.075mm以下。
进一步地，所述垃圾砼的制备方法如下：将粒径为20-50mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为2-5mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，加入水，搅拌。
进一步地，所述建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为(3-5)：1，所述建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：(2-3)。
本发明还提供所述公路用路基材料的制备方法，包括如下步骤：将垃圾砼粉碎，按原料份数将油页岩废渣、硅钙渣、垃圾砼和电石渣混合，加入水，搅拌均匀。
本发明还提供所述公路用路基材料的施工方法：一次性浇筑施工，无需分两层摊铺碾压，大大缩短了工期。
本发明油页岩废渣的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等，含有有利于水泥火山灰反应的活性组分，具有很好的火山灰活性，可以显著提高各阶段的硬化强度，且油页岩废渣的加入可以使公路用路基材料表现出良好的耐水性和抗冻性，除此之外，还可以作为粘结材料，无需加入额外的粘结材料，其活性SiO2在28天或36天后，能与水泥或土壤中的碱发生进一步反应，生成CSH凝胶，有利于路基基层原来的松散颗粒或裂缝的进一步胶结，延长了使用寿命。
本发明的垃圾砼具有相互牵扯和严密的整板结构，在强力搅拌后，经化学反应后形成具有胶凝性质的复合受体，具有较强的胶结作用，破碎后不会发生骨料分离，可以继续发挥其承重作用。油页岩废渣、硅钙渣、垃圾砼和电石渣起到协同作用，可以缓解由于反复冻融引起公路路基材料破损、裂纹、缺损、基层强度下降的问题。
本发明公开了以下技术效果：
本发明的公路用路基材料来源广泛，解决了油页岩废渣、硅钙渣、电石渣堆放占用土地的问题，节约了自然资源，做道路基层可以减少结构层厚度，一般三渣基层施工通常分两层摊铺碾压，而本发明的公路用路基材料则可一次性浇筑施工，大大缩短了工期，具有施工耐候性，在施工现场利用普通砼搅拌设备搅拌后即可使用，雨天也可施工，只需在表面覆盖薄膜保护。
本发明的公路用路基材料养护时间短，公路用路基材料基层施工后养护3天，就可以开放交通；而三层渣层一般需要养护14天，夏天施工还需注意洒水养护。
本发明公路用路基材料的基层弯沉值≤0.28mm，远低于高泾路道路基层弯沉值0.54mm，完全满足应用要求。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
电石渣是工业生产聚氯乙烯等产品过程中，电石水解后产生的工业废渣，主要成分为Ca(OH)2，含有少量杂质。
本发明建筑垃圾粗骨料为建筑垃圾中废弃的固体废弃混凝土经过颚式破碎机破碎后粒径为20-50mm的碎石料，表观密度为2381-2712kg/m3；细骨料为破碎后粒径为2-5mm的碎石料。
本发明硅钙渣含有β-C2S(2CaO·SiO2)，为粉煤灰中加入碱和石灰石烧结，再通过湿法提取氧化铝，回收碱后剩余的固体残留物，主要含有硅钙两种元素，是米黄色的粉状物，疏松多孔，容重1.2-1.5g/cm3，脱碱后为白色粉状物，可压铸成具有一定强度的块状物，主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、Na2O、K2O和H2O等物质组成，如表1所示。
表1
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO TiO<sub>2</sub> Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O
56.51 24.84 4.75 1.29 0.93 0.90 0.65 0.02
实施例1
将粒径为50mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为5mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为3：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：2，充分搅拌，得到垃圾砼。
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将45份油页岩废渣、100份硅钙渣、30份垃圾砼和10份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料，弯沉值为0.26mm。
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
搅拌均匀后将公路用路基材料放在密闭容器或塑料袋(封闭袋口)内浸润4h，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的规定采用静压法制备圆柱体试件(Ф150×150mm)，将制得的试件与只由砂性土压制的对比试件同时进行室内照射试验，本实施例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低2.7℃，底面温度低6.3℃，可以从源头上控制路基内部的温度，有效缓解冻土的冻融循环，可减少因冻土的冻融循环所导致的路基冻胀或融沉灾害，保证了路面服务质量。
实施例2
将粒径为40mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为3mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为5：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：3，充分搅拌，得到垃圾砼。
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将55份油页岩废渣、90份硅钙渣、25份垃圾砼和5份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料，弯沉值为0.28mm。
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
搅拌均匀后将公路用路基材料放在密闭容器或塑料袋(封闭袋口)内浸润4h，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的规定采用静压法制备圆柱体试件(Ф150×150mm)，将制得的试件与只由砂性土压制的对比试件同时进行室内照射试验，本实施例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低2.5℃，底面温度低5.8℃。
实施例3
将粒径为20mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为5mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为5：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：3，充分搅拌，得到垃圾砼。
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将35份油页岩废渣、95份硅钙渣、20份垃圾砼和12份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料，弯沉值为0.27mm。
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
搅拌均匀后将公路用路基材料放在密闭容器或塑料袋(封闭袋口)内浸润4h，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的规定采用静压法制备圆柱体试件(Ф150×150mm)，将制得的试件与只由砂性土压制的对比试件同时进行室内照射试验，本实施例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低2.1℃，底面温度低5.5℃。
实施例4
将粒径为35mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为4mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为4：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：2，充分搅拌，得到垃圾砼。
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将45份油页岩废渣、105份硅钙渣、28份垃圾砼和8份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料，弯沉值为0.25mm。
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
搅拌均匀后将公路用路基材料放在密闭容器或塑料袋(封闭袋口)内浸润4h，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的规定采用静压法制备圆柱体试件(Ф150×150mm)，将制得的试件与只由砂性土压制的对比试件同时进行室内照射试验，本实施例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低2.1℃，底面温度低6.7℃。
实施例5
将粒径为40mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为3mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为4：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：3，充分搅拌，得到垃圾砼。
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将55份油页岩废渣、110份硅钙渣、20份垃圾砼和6份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料。
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
搅拌均匀后将公路用路基材料放在密闭容器或塑料袋(封闭袋口)内浸润4h，然后按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的规定采用静压法制备圆柱体试件(Ф150×150mm)，将制得的试件与只由砂性土压制的对比试件同时进行室内照射试验，本实施例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低2.7℃，底面温度低5.1℃，弯沉值为0.28mm。
对比例1
同实施例1，不同之处仅在于未加入油页岩废渣。
采用分两层摊铺碾压的方法得到基层路面，常规养护10天后可通车。
采用与实施例1相同的方法进行室内照射试验，本对比例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低1.5℃，底面温度低3.2℃。
对比例2
同实施例1，不同之处仅在于未加入垃圾砼。
采用分两层摊铺碾压的方法得到基层路面，常规养护8天后可通车。
采用与实施例1相同的方法进行室内照射试验，本对比例公路用路基材料试件表面温度比对比试件表面温度低1.8℃，底面温度低3.8℃。
将实施例1-5和对比例1-2的公路用路基材料混合均匀后的物料加入到Φ10×10cm的成型模具中，并在将万能试验机上成型并脱模，其中，成型压力为160kN，压力机行进速度为0.3mm/s，成型完成以后静止3min，采用自然养护方法对成型后的物料进行养护，即将压制好的试块称重、量高后用密封袋包好放入养护箱中，在适当养护条件下养护并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测，养护温度为20±2℃，相对湿度为90％以上。养护至规定龄期(3天、7天、28天)，参照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》测定抗压强度，所得试块抗压强度如表2所示。
表2
3天/MPa 7天/MPa 28天/MPa
实施例1 6.2 7.6 15.8
实施例2 5.8 7.3 15.2
实施例3 6.0 7.5 15.4
实施例4 6.4 7.8 16.0
实施例5 6.1 7.4 15.5
对比例1 3.0 5.1 8.5
对比例2 4.1 6.2 9.3
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种公路用路基材料的制备方法，其特征在于，将粒径为35mm的建筑垃圾粗骨料和粒径为4mm的建筑垃圾细骨料加入水泥中，放入混合机中，加入水，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的总重量与水泥的重量比为4：1，建筑垃圾粗骨料和建筑垃圾细骨料的重量比为1：2，充分搅拌，得到垃圾砼；
将垃圾砼粉碎成5±2mm，将45份油页岩废渣、105份硅钙渣、28份垃圾砼和8份细度在0.075mm以下的电石渣置于搅拌机中，按水灰比28％加入水，搅拌均匀，得到公路用路基材料，弯沉值为0.25mm；
采用一次性浇筑施工的方法得到基层路面，常规养护3天后即可通车。
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