CN114031337B - 一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料及其制备方法与应用，属于道路施工技术领域。其原料包括集料、水泥、减水剂、膨胀剂、吸水树脂及水；水泥的用量为集料质量的4.5‑6％，减水剂的用量为集料质量的0.36‑0.6％，膨胀剂的用量为集料质量的0.29‑0.48％，吸水树脂的用量为集料质量的1.1‑1.5％，水的用量为集料质量的7.6‑8.5％。该水泥稳定碎石混合料可在免振压及自养护的条件下形成水泥稳定碎石，避免了传统水泥稳定碎石因需要振动压实导致对周围建筑危害大以及洒水养生不足容易产生裂缝的问题。其制备方法简单，易操作。将其用于形成免振压自养护水泥稳定碎石，能获得具有良好的抗裂性能的碎石。

Description

一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及道路施工技术领域，具体而言，涉及一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料及其制备方法与应用。

背景技术

目前水泥稳定碎石广泛应用于路面基层、底基层的建设当中，与柔性基层材料相比水泥稳定碎石强度高、承载力大、水稳性好、板体性强；能够因地制宜地利用当地砂石材料，节省建设成本。

但传统水泥稳定碎石需要振动压实，对周围建筑危害大，在一些振动敏感区限制使用，如老旧小区、桥梁管涵区、古建筑物周围等。并且，传统水泥稳定碎石需要洒水养生，一旦洒水养生不足，极易产生裂缝，影响路面使用寿命。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其可在免振压及自养护的条件下形成水泥稳定碎石，避免了传统水泥稳定碎石因需要振动压实导致对周围建筑危害大以及洒水养生不足容易产生裂缝的问题。

本发明的目的之二在于提供一种上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的应用。

本发明的目的之四在于提供一种由上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料形成的免振压自养护水泥稳定碎石。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其原料包括集料、水泥、减水剂、膨胀剂、吸水树脂以及水；

水泥的用量为集料质量的4.5-6％，减水剂的用量为集料质量的0.36-0.6％，膨胀剂的用量为集料质量的0.29-0.48％，吸水树脂的用量为集料质量的1.1-1.5％，水的用量为集料质量的7.6-8.5％。

在可选的实施方式中，吸水树脂的粒径为150-300μm，吸水量为5.5-7.8g/g，返渗量大于3g。

在可选的实施方式中，减水剂为木质素磺酸盐类聚羧酸减水剂。

在可选的实施方式中，膨胀剂为由硫铝酸钙水泥熟料与明矾以及石膏共同制得的U型膨胀剂。

在优选的实施方式中，U型膨胀剂中，硫铝酸钙水泥熟料、明矾以及石膏的质量比为32-38:28-33:32-38。

在更优的实施方式中，U型膨胀剂中，硫铝酸钙水泥熟料、明矾以及石膏的质量比为35:30:35。

在可选的实施方式中，免振压自养护水泥稳定碎石混合料中集料的级配满足以下条件：

在优选的实施方式中，集料的级配为：

第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法，包括以下步骤：按配比混合各原料。

在可选的实施方式中，将减水剂、膨胀剂以及吸水树脂先溶于水中，随后再与水泥和集料混合。

在可选的实施方式中，混合是于50-60r/min的条件下进行不少于5min。

第三方面，本申请提供如前述实施方式任一项的免振压自养护水泥稳定碎石混合料的应用，如用于形成免振压自养护水泥稳定碎石。

第四方面，本申请提供一种免振压自养护水泥稳定碎石，经前述实施方式任一项的免振压自养护水泥稳定碎石混合料铺筑、整平以及自养护后形成。

本申请的有益效果包括：

本申请中通过添加特定含量的膨胀剂和减水剂实现免振压，添加特定含量的集料保证混合料有很好的骨架结构，实现免振压效果；膨胀剂和减水剂的添加使混合料在不振压的情况下，仅静压时混合料本身可以达到规范要求的密实程度。通过添加特定含量的吸水树脂与水配合使吸水树脂储存一定水量，当水稳碎石达到养护湿度临界点时则可慢慢释放自身水分，实现免养养护效果。此外，吸水树脂具有加筋作用，可以提高混合料整体的稳定性，减少干缩、温缩裂缝。

由此得到的免振压自养护水泥稳定碎石混合料可在免振压及自养护的条件下形成水泥稳定碎石，避免了传统水泥稳定碎石因需要振动压实导致对周围建筑危害大以及洒水养生不足容易产生裂缝的问题。其制备方法简单，易操作。将其用于形成免振压自养护水泥稳定碎石，能获得具有良好的抗裂性能的碎石。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为应用例1中免振免养剂的投放示意图；

图2和图3为应用例1中免振压自养护水泥稳定碎石的现场施工示意图；

图4和图5为应用例1中免振压自养护水泥稳定碎石钻芯取样外观图；

图6为应用例2中免振压自养护水泥稳定碎石的现场施工示意图；

图7为应用例2中免振压自养护水泥稳定碎石的综合技术检测报告图；

图8和图9为应用例3中免振压自养护水泥稳定碎石的现场施工示意图；

图10和图11为应用例3中免振压自养护水泥稳定碎石钻芯取样外观图；

图12为应用例4中免振压自养护水泥稳定碎石的现场施工示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的免振压自养护水泥稳定碎石混合料及其制备方法与应用进行具体说明。

本申请提出一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其原料包括集料、水泥、减水剂、膨胀剂、吸水树脂以及水。

其中，水泥的用量为集料质量的4.5-6％，如4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％或6％等，也可以为4.5-6％范围内的其它任意值。

减水剂的用量为集料质量的0.36-0.6％，如0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.45％、0.48％、0.5％、0.52％、0.55％、0.58％或0.6％等，也可以为0.36-0.6％范围内的其它任意值。

膨胀剂的用量为集料质量的0.29-0.48％，如0.29％、0.3％、0.32％、0.35％、0.38％、0.4％、0.42％、0.45％或0.48％等，也可以为0.29-0.48％范围内的其它任意值。

吸水树脂的用量为集料质量的1.1-1.5％，如1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％等，也可以为1.1-1.5％范围内的其它任意值。

水的用量为集料质量的7.6-8.5％，如7.6％、7.7％、7.8％、7.9％、8％、8.1％、8.2％、8.3％、8.4％或8.5％等，也可以为7.6-8.5％范围内的其它任意值。

本申请中，吸水树脂为免养护的关键材料，水泥基混合料均需要养生，养生的关键就是水，为实现一次施工，避免后续持续、大量洒水养生的情况，通过添加吸水树脂储存水量，当水稳碎石达到养护湿度临界点时慢慢释放自身水分，实现免养养护效果。此外，吸水树脂具有加筋作用，可以提高混合料整体的稳定性，减少干缩、温缩裂缝。

可参考地，本申请所采用的吸水树脂的粒径为150-300μm，其吸水量为5.5-7.8g/g，返渗量大于3g。

需强调的是，若吸水树脂的粒径小于150μm容易时加筋效果差且水分释放过快，导致无法实现自养生且强度提升较小，大于300μm时吸水过多体积过大，水分释放后，导致在吸水树脂部位产生应力集中点，引发微小裂缝，进而影响混合料质量。吸水量小于5.5g/g容易导致养生不充分，大于7.8g/g容易导致吸水树脂体积变化过大，失水后影响混合料质量；返渗量小于3g容易导致无法实现自养生效果。

减水剂主要用于调节用水量，使集料之间在自然状态下达到利于压实要求的分布状态。具体的，本申请采用木质素磺酸盐类聚羧酸减水剂。该类减水剂较其它类型的减水剂性能稳定、对混合料无不利影响、市场上易取得。

膨胀剂为实现免振压的关键材料，合理膨胀剂的添加可以抵抗水泥的收缩、填充静压密实度不足的问题，实现免振压条件下达到规定的密实程度。具体的，本申请采用的膨胀剂为由硫铝酸钙水泥熟料与明矾以及石膏共同制得的U型膨胀剂。该类膨胀剂较其它类型的膨胀剂性能稳定、对混合料无不利影响、市场上易取得。

在优选的实施方式中，U型膨胀剂中，硫铝酸钙水泥熟料、明矾以及石膏的质量比为32-38:28-33:32-38。

在更优的实施方式中，上述U型膨胀剂中，硫铝酸钙水泥熟料、明矾以及石膏的质量比为35:30:35。以此配比得到的U型膨胀剂，混合料膨胀量与水泥收缩量接近，可相互抵消，在免振压的情况下达到规定压实度，同时无收缩裂缝。

免振压自养护水泥稳定碎石混合料中集料可采用常规集料，其级配满足以下条件：

在优选的实施方式中，集料的级配为：

需强调的是，将集料的级配设置为上述范围，可使混合料具有良好的骨架结构。

承上，本申请中通过添加膨胀剂和减水剂实现免振压，通过合理的级配设计，保证混合料有很好的骨架结构，实现免振压效果；膨胀剂和减水剂的添加使混合料在不振压的情况下，仅静压时混合料本身可以达到规范要求的密实程度。吸水树脂返渗量满足水泥稳定碎石成型时对湿度的要求，通过吸水树脂的添加实现免养护的效果，减少洒水养护不及时、不充分导致的基层干裂等病害，最终形成道路工程免振压自养护水泥稳定碎石。

相应的，本申请还提供了上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法，包括以下步骤：按配比混合各原料。

在优选的实施方式中，可以将减水剂、膨胀剂以及吸水树脂先溶于水中，随后再与水泥和集料混合。

可参考地，混合可以是于50-60r/min(如55r/min)的条件下进行不少于5min。

上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法简单，易操作，适合大规模制备。

相应的，本申请还提供了上述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的应用，如用于形成免振压自养护水泥稳定碎石。

该免振压自养护水泥稳定碎石混合料可在免振压及自养护的条件下形成水泥稳定碎石，避免了传统水泥稳定碎石因需要振动压实导致对周围建筑危害大以及洒水养生不足容易产生裂缝的问题。其制备方法简单，易操作。

对应的，本申请还提供一种免振压自养护水泥稳定碎石，其经上述水免振压自养护泥稳定碎石混合料铺筑、整平以及自养护后形成。该免振压自养护水泥稳定碎石具有良好的稳定性以及抗裂性能。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其原料包括集料、水泥、减水剂、膨胀剂、吸水树脂以及水。

水泥的用量为集料质量的5％，减水剂的用量为集料质量的0.5％，膨胀剂的用量为集料质量的0.4％，吸水树脂的用量为集料质量的1.2％，水的用量为集料质量的8％。

吸水树脂的粒径为150-300μm，吸水量为5.5-7.8g/g，返渗量大于3g。

减水剂为木质素磺酸盐类聚羧酸减水剂。

膨胀剂为由硫铝酸钙水泥熟料与明矾以及石膏以质量比为35:30:35共同制得的U型膨胀剂。

免振压自养护水泥稳定碎石混合料中集料的级配满足以下条件：

该免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法如下：准确称量各原料配比，将减水剂、膨胀剂、吸水树脂先溶于水中，然后掺入水泥、集料，进行搅拌，搅拌时间为10min，搅拌速度为55r/min。搅拌完成后铺筑、整平，养护至龄期，形成免振压自养护水泥稳定碎石。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

水泥的用量为集料质量的4.5％，减水剂的用量为集料质量的0.36％，膨胀剂的用量为集料质量的0.29％，吸水树脂的用量为集料质量的1.1％，水的用量为集料质量的7.6％。

其它条件相同。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

水泥的用量为集料质量的6％，减水剂的用量为集料质量的0.6％，膨胀剂的用量为集料质量的0.48％，吸水树脂的用量为集料质量的1.5％，水的用量为集料质量的8.5％。

其它条件相同。

对比例

以实施例1为例，设置对比例1-9。

对比例1与实施例1的区别在于：吸水树脂的粒径为100μm，对比例1混合料7d无侧限抗压强度2.8MPa，不满足要求；

对比例2与实施例1的区别在于：吸水树脂的粒径为500μm，对比例2混合料压碎后吸水树脂部位有较明显孔隙；

对比例3与实施例1的区别在于：吸水树脂的吸水量为5g/g，对比例3混合料强度较好，破碎后内部较密实；

对比例4与实施例1的区别在于：吸水树脂的吸水量为10g/g，对比例4混合料压碎后吸水树脂部位有较明显孔隙；

对比例5与实施例1的区别在于：吸水树脂的返渗量为2g，对比例5混合料7d无侧限抗压强度2.2MPa，不满足要求；

对比例6与实施例1的区别在于：减水剂为氨基磺酸盐系减水剂，对比例6混合料7d无侧限抗压强度均值3.8MPa，差于实施例1混合料7d无侧限抗压强度均值4.3MPa；

对比例7与实施例1的区别在于：减水剂为聚羧酸系减水剂，对比例7混合料7d无侧限抗压强度均值4.0MPa，差于实施例1混合料7d无侧限抗压强度均值4.4MPa；

对比例8与实施例1的区别在于：膨胀剂为氧化钙膨胀剂，对比例8养护成型后干缩裂缝较多；

对比例9与实施例1的区别在于：水泥的用量为集料质量的8％，减水剂的用量为集料质量的0.8％，膨胀剂的用量为集料质量的0.5％，吸水树脂的用量为集料质量的2％，水的用量为集料质量的10％，对比例10养护成型后外观有干缩裂缝，混合料7d无侧限抗压强度3.8MPa。

试验例

参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》对实施例1-3以及对比例1-9的免振压自养护水泥稳定碎石混合料按相同方法形成的水泥稳定碎石进行性能检测，其结果如表1所示。

表1检测结果

	7d无侧限抗压强度
		实施例1	4.4MPa
实施例2	4.4MPa
		实施例3	4.3MPa
对比例1	2.8MPa
		对比例2	4.1MPa
对比例3	3.8MPa
		对比例4	3.6MPa
对比例5	2.2MPa
		对比例6	3.8MPa
对比例7	4.0MPa
		对比例8	3.6MPa
对比例9	3.8MPa

由此可以看出，只有在本申请提供的原料种类以及相关参数条件下才能使水泥稳定碎石具有良好的强度及抗裂性能。

应用例1

以南通市海安县X205道路新建工程为例：

1)试验段施工配合比

参考《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)设计要求，结合以往研究成果及施工经验，确定水泥稳定碎石混合料级配范围见表2，试验段水泥及免振免养剂(此处“免振免养剂”指减水剂、膨胀剂和吸水树脂)，掺量采用表3中配合比，免振免养剂(即本申请实施例1提供的水泥稳定碎石混合料)掺量以集料为基数。

表2免振水泥稳定碎石基层级配范围要求

表3试验路面水泥和免振免养剂掺量

2)免振免养水泥稳定碎石试验段铺筑

①生产情况

施工按照生产配合比确定的比例进行试铺混合料的生产，采用WCZ300型拌合楼，全部生产过程采用计算机自动控制。生产中拌和楼各料仓集料、水泥、免振免养剂及水计量准确，能满足施工要求。

免振免养剂添加通过改装料斗、调节出料速度来实现的。免振免养剂为粉末状固体，由于用量较少，考虑到添加的均匀性，根据实际情况改装了料斗。大大减小了料斗出料速度，保证拌合过程中，免振免养剂出料稳定、均匀、符合级配要求。

免振免养剂溶于水中后添加于混合料中，可以有效地提高其拌合均匀性。免振免养剂用量少(集料剂量的2.1％)，直接添加到混合料中很难保证其均匀性。在混合料生产前预先加入水中，见图1，其添加过程方便易操作，计量准确，同时保证了免振免养剂的均匀性。

②现场摊铺及碾压

采用2台DTU95C摊铺机进行摊铺，见图2和图3。现场检测表明终压含水率控制在最佳含水率附近，现场碾压严格按照碾压方案进行(见表4)，碾压过程中无漏压、超压现象，水泥稳定碎石无推移现象。

表4施工压实设备组合及碾压方案

③摊铺外观

从压实成型后的路面情况看，表面水泥裹覆均匀，未出现集料裸露、水泥粘走的情况，终压后含水率良好，无花白料，铺面整体均匀性较好，路面整体无明显离析现象。

3)试验检测数据

①室内试验

对现场取回的水泥稳定碎石试样，进行水泥含量滴定试验、含水量测定试验和筛分试验，结果见表5。从试验室结果来看，试验段的水泥剂量满足国家现行施工指导意见要求。

表5试铺混合料水泥剂量滴定试验结果

项目	EDTA消耗量(mL)	水泥含量(％)	水泥剂量(％)
				水泥用量滴定	10.5	5	5

②室内性能试验

项目组在室内进行了水泥稳定碎石混合料7d无侧限抗压试验，结果见表6，试验结果均满足现行国家规范要求。

表6混合料7d无侧限抗压试验

③现场检测

首先，对施工所用配合比用文中提出的静压压实法进行最佳含水量和最大干密度试验。试验测得，最大干密度为2.330g/cm³，最佳含水量为4.4％。

从现场检测数据表明，免振免养水泥稳定碎石施工质量良好，达到了试验路预期的效果。现场压实度均在98.0-99.8％之间，没有欠压实和过压实现象。

4)试验路跟踪观测

为了更好地跟踪观测免振免养水泥稳定碎石基层的实施效果，对X205免振免养水泥稳定碎石施工路段进行了现场钻芯取样，结果见图4和图5，芯样外观完整，无裂缝。

应用例2

以北京市大兴区三太路大修工程为例：

本申请提供的技术于2016年成功应于北京市大兴区三太路大修工程(见图6)，并通过了北京市道路工程质量监督站新材料新技术鉴定中心鉴定(见图7)。

应用例3

以湖南省S339公路改建工程为例：

2016年12月，湖南省S339公路改建工程项目中，局部路段为软土地基，对施工振动较敏感，因此采用本申请提供的免振免养水泥稳定碎石基层进行施工，工程应用情况良好，现场施工情况见图8至图11。

应用例4

以张家港沿江公路改造工程为例：

2016年04月，张家港沿江公路改造工程(YJGL-1标)项目，施工位于居民区，对施工噪音和振动要求均较高，采用本申请提供的免振免养水泥稳定碎石基层施工，保障了工程的顺利实施，现场应用情况见图12。

综上，本申请提供的免振压自养护水泥稳定碎石混合料可在免振压及自养护的条件下形成水泥稳定碎石，避免了传统水泥稳定碎石因需要振动压实导致对周围建筑危害大以及洒水养生不足容易产生裂缝的问题。其制备方法简单，易操作。将其用于形成免振压自养护水泥稳定碎石，能获得具有良好的抗裂性能的碎石。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其特征在于，所述免振压自养护水泥稳定碎石混合料的原料包括集料、水泥、减水剂、膨胀剂、吸水树脂以及水；

所述水泥的用量为所述集料质量的4.5-6％，所述减水剂的用量为所述集料质量的0.36-0.6％，所述膨胀剂的用量为所述集料质量的0.29-0.48％，所述吸水树脂的用量为所述集料质量的1.1-1.5％，水的用量为所述集料质量的7.6-8.5％；

所述吸水树脂的粒径为150-300μm，吸水量为5.5-7.8g/g，返渗量大于3g；

所述减水剂为木质素磺酸盐类聚羧酸减水剂；

所述膨胀剂为由硫铝酸钙水泥熟料与明矾以及石膏共同制得的U型膨胀剂；所述U型膨胀剂中，所述硫铝酸钙水泥熟料、所述明矾以及所述石膏的质量比为32-38:28-33:32-38。

2.根据权利要求1所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其特征在于，所述U型膨胀剂中，所述硫铝酸钙水泥熟料、所述明矾以及所述石膏的质量比为35:30:35。

3.根据权利要求1所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其特征在于，所述免振压自养护水泥稳定碎石混合料中所述集料的级配满足以下条件：

4.根据权利要求3所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料，其特征在于，所述集料的级配为：

5.如权利要求1-4任一项所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配比混合各原料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述减水剂、所述膨胀剂以及所述吸水树脂先溶于水中，随后再与所述水泥和所述集料混合。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，混合是于50-60r/min的条件下进行不少于5min。

8.如权利要求1-4任一项所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料的应用，其特征在于，所述免振压自养护水泥稳定碎石混合料用于形成免振压自养护水泥稳定碎石。

9.一种免振压自养护水泥稳定碎石，其特征在于，经权利要求1-4任一项所述的免振压自养护水泥稳定碎石混合料铺筑、整平以及自养护后形成。

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