CN114920532A - 一种全工业固废砂浆及其在灌入式半柔性复合路面施工中的应用 - Google Patents
一种全工业固废砂浆及其在灌入式半柔性复合路面施工中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种全工业固废砂浆及其在灌入式半柔性复合路面施工中的应用，所述全工业固废砂浆由如下配合比的组分组成：工业固废固化剂：尾矿砂：废弃轮胎橡胶粉：水＝1：(1～1.5)：(0.6～1.0)：(0.3～0.6)；其中，工业固废固化剂的组成为：磷石膏：电石渣：粉煤灰＝(2～1)：(3～6)：(6～3)；本发明不仅改进了砂浆的施工性能，而且可以大量消耗大宗工业固废，有效解决其再利用问题，同时减少天然建材用量，产生资源节约与环境保护等功效。
Description
技术领域
本发明属于道路工程施工技术领域，尤其涉及一种全工业固废砂浆及其在灌入式半柔性路面施工中的应用。
背景技术
沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面(包括次高级路面)形式。然而，由于沥青混合料具有较强温度敏感性，因此高温与低温季节沥青混合料强度和模量相差极大。这使得沥青路面普遍存在各类早期病害(如车辙、裂缝、水损害、坑槽等)。尤其在道路交叉口，由于车辆频繁制(启)动和转向作用，以及超载、重载反复作用，道路交叉口附近沥青路面车辙等病害频发且非常严重。
为克服当前沥青路面固有缺陷，半柔性复合路面技术应运而生。半柔性复合路面是指在开级配沥青混合料的大孔隙(空隙率高达20％及以上)基体路面中，灌入以水泥为主要成分的特殊胶浆复合形成的一种路面。目前，根据文献资料，在绝大多数有关半柔性复合路面的发明专利公开的技术方案中存在2点缺陷：(1)灌浆材料大多为水泥砂(胶)浆，然而生产水泥需要耗费大量天然建材和能源，这与当前节能减排发展战略不符；(2)水泥砂(胶)浆洒铺后任其自然渗入，然而自然渗透较为缓慢，如若超出水泥砂(胶)浆初凝时间，路表大孔隙沥青混合料的空隙将会堵塞，如此水泥砂(胶)浆将无法渗入到预设深度。
为克服上述缺点，本发明在上述专利技术及其工艺基础上，研发了全工业固废砂浆，同时改进了砂浆灌入施工工艺环节，形成了新的半柔性复合路面施工工艺，可有效解决大宗工业固废再利用问题，同时减少天然建材用量，产生资源节约与环境保护等功效，适用于重交通或交叉口路段新建与改建路面工程施工。
发明内容
本发明旨在克服现有技术之不足，提供一种全工业固废砂浆及其在灌入式半柔性路面施工中的应用，适用于重交通或交叉口路段新建与改建路面工程施工。
本发明的关键技术包括：全工业固废砂浆研制，全工业固废砂浆灌入用量计算方法，关键施工工艺(包括全工业固废砂浆洒铺及辅助灌入)。
本发明的技术方案如下：
一种全工业固废砂浆，由如下配合比(质量比)的组分组成：
工业固废固化剂：尾矿砂：废弃轮胎橡胶粉：水＝1：(1～1.5)：(0.6～1.0)：(0.3～0.6)；
其中，
工业固废固化剂的组成为：磷石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)：电石渣(主要成分为CaO)：粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3和CaO等)＝(2～1)：(3～6)：(6～3)；工业固废固化剂可替代普通硅酸盐水泥；在工业固废固化剂的配合比设计中，充分发挥了各型工业固废的独特理化特性，包括磷石膏对电石渣和粉煤灰产生硫铝酸盐激发作用和碱激发作用，有助于粉煤灰火山灰作用提高砂浆的早期强度，也可促进电石渣碳酸钙作用提高砂浆的后期强度；
工业固废尾矿砂和废弃轮胎橡胶粉可替代天然细砂，形成砂浆的土骨架，尾矿砂和废弃轮胎橡胶粉体积比3：7～7：3；
废弃轮胎橡胶粉的目数为10～20(粒径约1～2mm)，纤维含量约3％及以上。
如表1所示，全工业固废砂浆可以有效增加砂浆流动度和初凝时间和流动性能，减小干缩率，同时增加抗折和抗压强度以及耐磨性能，最终确保全工业固废砂浆充分渗入基体沥青混合料，实现砂浆与沥青混合料有机结合的效果。
表1水泥砂浆与全工业固废砂浆性能指标
| 指标 | 普通硅酸盐水泥砂浆 | 全工业固废砂浆 |
| 流动度(s) | 10～16 | 15～18 |
| 初凝时间(h) | 0.9～1.0 | 1.2～1.5 |
| 干缩率(％) | <0.5 | <0.3 |
| 7d抗折强度(MPa) | >3.0 | >3.6 |
| 7d抗压强度(MPa) | >15.0 | >20.0 |
本发明所述全工业固废砂浆通常使用砂浆搅拌机现场制作。为了保证砂浆配料准确，可以先将尾矿砂、工业固废固化剂、废弃轮胎橡胶粉按照配合比干拌均匀，并称重装袋运至施工现场；在施工现场，按照设计配合比，加入水拌和2～3min，直至材料均匀一致，即可制成全工业固废砂浆。当工程量较大时，采用移动式拌和设备或拌合楼制备全工业固废砂浆。
全工业固废砂浆灌入用量计算方法如下：
设渗透深度为d、基体开级配沥青混合料的连通空隙率为Vv，砂浆损失率为ls，则单位体积沥青路面中改性砂浆用量(体积)V＝dVv(1+ls)。通常，砂浆损失率约为10％，而连通空隙率Vv＝V1/Vs×100％，其中Vs为试件体积，V1为连通空隙的体积，且V1＝(ms-md)/ρw，其中md为干燥试件质量，ms为饱水试件质量；ρw为水的密度。
本发明所述全工业固废砂浆用于灌入式半柔性复合路面施工的工艺流程包括：施工准备、测量放样、基体沥青混合料施工(包括生产、运输和铺筑)、全工业固废砂浆灌入施工(包括制备、洒铺和灌入)、养生和开放交通。
施工工艺参照“《道路灌注式半柔性路面技术规程T/CECS G:D51-01—2019》”执行。本发明施工方法的关键技术且与已有技术不同之处在于：全工业固废砂浆灌入施工(包括制备、洒铺和灌入)。
所述全工业固废砂浆灌入施工的工艺流程如下：喷洒→刮涂→振动(3次及以上)辅助灌入→喷洒→刮涂→振动(3次及以上)循环，直至最后全工业固废砂浆不再渗入基体沥青混合料为止，此时及时刮除路表残存全工业固废砂浆，并清理路表杂物。
具体的，所述全工业固废砂浆灌入施工的方法为：
(1)全工业固废砂浆洒铺
在路面温度降至50℃以下后进行以下作业：首先钻芯取样，测定已铺基体沥青混合料的连通空隙率，计算全工业固废砂浆用量；然后按照配合比制备全工业固废砂浆，并在拌和后30min内完成洒铺；
依据洒铺规模，采用泵送或喷洒车喷洒+橡胶耙刮涂的方法洒铺全工业固废砂浆；
当路表存在纵坡时，应从低处向高处洒铺，以防全工业固废砂浆从高处向低处快速流动而使洒铺厚度不均；在大面积施工时，采用喷洒车(边喷洒边搅拌，保证全工业固废砂浆的流动性和均匀性)洒铺全工业固废砂浆；在洒铺完成路段，使用橡胶耙反复拖拉刮涂，以使全工业固废砂浆洒铺厚度均匀；
(2)全工业固废砂浆辅助灌入
依据洒铺规模，采用小型振动压路机碾压或平板振动器振动或二者联合的方法辅助灌入；
在初凝时间(约60min)内完成灌入，以免因时间增长改性砂浆流动度减小，影响灌注和渗透效果；
联合辅助灌入的操作如下：在洒铺完成路段，首先使用小型振动压路机在路表按直线反复移动，对路表砂浆施加振动压力，促使改性砂浆向基体沥青混合料持续渗透，在施工时，控制压路机的行驶速度，避免快速行驶引起砂浆四溅；接着采用平板振动器来回振捣，直至砂浆不再向下流动时为止；按照灌入-振动-灌入的方式施工，至少重复3次，严格避免漏振；凡砂浆流到的地方，要马上振动，避免砂浆在路表凝固而阻塞渗入通道；在完工后，将多余的砂浆迅速刮除，以保证路表拥有理想的构造深度。
在砂浆灌入完成后，对灌入式半柔性复合路面进行养生。当施工气温在30℃以下时，不需要特殊的养生方式；而在气温30℃以上时，有必要覆盖塑料薄膜进行养生。养生时间视砂浆的性质不同而不同，通常养生时间为3d；对于早强型砂浆，养生时间为1d；对于超速硬化型砂浆，养生时间为3h。在养生结束后即可开放交通。
本发明的基本原理包括：
(1)工业固废固化剂化学固化：在工业固废固化剂配方时，充分发挥了各型工业固废的独特理化特性，包括磷石膏对电石渣和粉煤灰产生硫铝酸盐激发作用和碱激发作用，有助于粉煤灰火山灰作用提高砂(胶)浆的早期强度，也可促进电石渣碳酸钙作用提高砂(胶)浆的后期强度；
(2)废弃轮胎橡胶粉物理改良：废弃轮胎橡胶粉具有高弹性和高韧性，可增加砂浆流动性和凝结时间，减小干缩率；
(3)灌入式半柔性复合路面既具有沥青路面和水泥路面的优点，又可克服两者的缺点；a.强度机理：该路面属于密实-骨架嵌挤型结构；在砂浆胶结后，形成密实、高强的胶结成分，与沥青混合料骨架结构共同作用，承担外部(汽车)荷载作用，同时具有密闭防水特性；b.高温稳定性：砂浆凝结硬化后具有水泥混凝土路面部分特性；一方面表面色泽接近白色而不易吸热，另一方面固化剂胶结物温度稳定性好；c.低温抗裂性：骨架结构仍为沥青混合料柔性材料，因此该路面低温抗裂性能优于普通水泥混凝土路面。
本发明的有益效果在于：
不仅改进了砂浆的施工性能，而且可以大量消耗大宗工业固废，有效解决其再利用问题，同时减少天然建材用量，产生资源节约与环境保护等功效，本发明优点包括：
(1)路用性能良好、稳定，该复合路面兼备沥青路面和水泥路面优点，具有高强、耐久、温度敏感性低、水稳定性好等诸多优点；
(2)施工工艺简单、成熟，融合了多项成熟工艺，包括全工业固废砂浆、大孔隙沥青混合料路面施工、全工业固废砂浆灌入和养生等等，可充分发挥各项简单工艺的技术优势；
(3)抵抗病害、效益显著，该复合路面具有显著抗车辙能力，适用于病害频发路段路面工程，从而提高道路使用寿命，降低道路养护费用，产生显著效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
一种全工业固废砂浆灌入式半柔性路面的具体实施方式如下：
(1)施工准备
①施工机械准备：施工前对施工机具进行全面检查、调整，以保证设备处于良好状态，特别是拌和楼、摊铺机、压路机的计量设备。
②下承层检查和清扫：检查下承层的平面线型、高程、平整度和宽度等工程质量，按规定修复下承层局部质量缺陷；清除纹槽内泥土杂物，风干后均匀喷洒粘层沥青。
(2)基体沥青混合料施工
①生产：配合比设计：采用马歇尔试件的体积设计方法，并以空隙率作为配合比设计主要指标。采用间隙式拌和机拌和，拌和时间：先干拌5～10s，加入沥青湿拌35～40s。
②运输：采用大吨位自卸车运输。为了保证连续摊铺，现场待卸料车不少于3辆。
③摊铺：摊铺速度调节至与供料、压实速度相平衡，保证连续不断的均衡摊铺。
④碾压：压路机以缓慢而均匀的速度碾压，碾压速度按表2选用。碾压次数可比普通沥青混凝土少1遍。当混合料温度降到80℃左右时，要进行整平碾压以便消除轮迹。
表2压路机碾压速度(km/h)
| 压路机类型 | 初压 | 复压 | 终压 |
| 钢轮式压路机 | 2～3 | — | 3～6 |
| 振动压路机 | 2～4 | 3～4 | — |
为防止表面堵塞，初压和复压时宜选用双钢轮压路机，而非胶轮压路机作为碾压工具，一般不使用振动压实。终压可采用胶轮压路机，以起稳固混合料与消除轮迹作用。
表3施工压实设备组合及碾压方案
压路机静压时相邻辗压带应重叠1/3～1/2轮宽，不小于1/4轮宽。要将驱动轮面对摊铺机方向，防止混合料产生推移。压路机的起动、停止必须减速缓慢进行。
压实设备组合、碾压方式参照表3。
(3)全工业固废砂浆灌入施工
①砂浆制备
砂浆最佳配合比为工业固废固化剂：尾矿砂：废弃轮胎橡胶粉：水＝1：1.5：1.0：0.6。其中，工业固废固化剂的配合比为磷石膏：电石渣：粉煤灰＝1：6：3，而废弃轮胎橡胶粉的目数为10(粒径约1mm)，纤维含量约3％。在施工现场，按照最佳配合比，加入水进行拌合2～3min，搅拌直至材料均匀一致，即可制成全工业固废砂浆。
②砂浆洒铺
采用喷洒车(边喷洒边搅拌，保证砂浆的流动性和均匀性)洒铺砂浆。在洒铺完成路段，使用橡胶耙反复拖拉刮涂，以使洒铺厚度均匀(洒铺厚度为5mm及以上)。
③砂浆辅助灌入
首先，使用小型振动压路机在路表按直线反复移动，对路表砂浆施加振动压力，促使砂浆向基体沥青混合料持续渗透。其次，采用平板振动器来回振捣，直至砂浆不再向下流动时为止。在完工后，将多余的砂浆迅速刮除，以保证路表拥有理想的构造深度。
(4)开放交通
在养生3d达到设计强度之后，开放交通。
Claims (5)
1.一种全工业固废砂浆，其特征在于，由如下配合比的组分组成：
工业固废固化剂：尾矿砂：废弃轮胎橡胶粉：水＝1：(1～1.5)：(0.6～1.0)：(0.3～0.6)；
其中，
工业固废固化剂的组成为：磷石膏：电石渣：粉煤灰＝(2～1)：(3～6)：(6～3)。
2.如权利要求1所述的全工业固废砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
先将工业固废固化剂、尾矿砂、废弃轮胎橡胶粉按照配合比干拌均匀，并称重装袋运至施工现场；在施工现场，按照设计配合比，加入水拌和2～3min，直至材料均匀一致，即可制成全工业固废砂浆。
3.如权利要求1所述的全工业固废砂浆在灌入式半柔性复合路面施工中的应用。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述灌入式半柔性复合路面施工的工艺流程包括：施工准备、测量放样、基体沥青混合料施工、全工业固废砂浆灌入施工、养生和开放交通。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述全工业固废砂浆灌入施工的方法为：
(1)全工业固废砂浆洒铺
在路面温度降至50℃以下后进行以下作业：首先钻芯取样，测定已铺基体沥青混合料的连通空隙率，计算全工业固废砂浆用量；然后按照配合比制备全工业固废砂浆，并在拌和后30min内完成洒铺；
依据洒铺规模，采用泵送或喷洒车喷洒+橡胶耙刮涂的方法洒铺全工业固废砂浆；
(2)全工业固废砂浆辅助灌入
依据洒铺规模，采用小型振动压路机碾压或平板振动器振动或二者联合的方法辅助灌入，在初凝时间内完成灌入；
联合辅助灌入的操作如下：在洒铺完成路段，首先使用小型振动压路机在路表按直线反复移动，对路表砂浆施加振动压力，促使砂浆向基体沥青混合料持续渗透；接着采用平板振动器来回振捣，直至砂浆不再向下流动时为止；按照灌入-振动-灌入的方式施工，至少重复3次；在完工后，将多余的砂浆迅速刮除，以保证路表拥有理想的构造深度。
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