CN115521126A - 一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及道路基层材料技术领域，尤其涉及一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料。本发明提供了一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，包括集料、水泥、矿粉、磷石膏和水；所述集料包括粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑；和/或粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑。所述水稳层材料能够达到并超过高速公路和一级公路中的重交通的基层结构标准。

Description

一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料
技术领域
本发明涉及道路基层材料技术领域，尤其涉及一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料。
背景技术
道路结构从上到下，一般分为沥青混凝土层、基层、碎石垫层、压实土基等。其中基层分成上基层、下基层或底基层，一般采用水泥稳定级配碎石基层，简称水稳层，是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的会将体积填充骨料的空隙，按嵌挤原料摊铺压实。其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙，它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。水稳后遇雨不泥泞，表面坚实，是道路里面的理想基层材料。
根据JTG-F80-1-2017《公路工程质量检验评定标准》，需要对施工后的公路进行包括压实度、弯沉值和平整度等方面的检测。根据JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》的规定，高速公路和一级公路中水泥稳定材料的7d龄期无侧限抗压强度标准为：基层：极重、特重交通为5.0～7.0MPa，重交通为4.0～6.0MPa，中、轻交通为3.0～5.0MPa；底基层：极重、特重交通为3.0～5.0MPa，重交通为2.5～4.5MPa，中、轻交通为2.0～4.0MPa。高速公路和一级公路的压实标准为：水泥稳定材料：稳定中、粗粒材料≥97％，稳定细粒材料≥95％；石灰粉煤灰稳定材料：稳定中、粗粒材料≥97％，稳定细粒材料≥95％；水泥粉煤灰稳定材料：稳定中、粗粒材料≥97％，稳定细粒材料≥95％；石灰稳定材料：稳定中、粗粒材料≥97％，稳定细粒材料≥95％。现有的磷石膏水稳层的强度和刚度较高，水稳性和冰冻稳定性较好，收缩性非常小，与面层结合良好，并且具备良好的抗拉强度，但是磷石膏水温层强度发展太慢，强度增长期太长，特别是后期强度还会持续增长并且超出了一般公路水稳层的设计范围，使水稳层由半刚性基层变成了全刚性基层，使面层和基层的刚度差别过大，容易造成面层由于过大的拉应力或拉应变而过早出现开裂破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，所述水稳层材料能够达到并超过高速公路和一级公路中的重交通的基层结构标准。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，包括集料、水泥、矿粉、磷石膏和水；
所述集料包括粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑；
和/或粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑。
优选的，所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比为(4.7～5.2):(3.9～4.2):(4.0～4.3):(6.5～8.5)。
所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比为(4.8～5.2):(1.9～2.2):(2.1～2.3):(8.2～9.2)。
优选的，所述集料、水泥、矿粉、磷石膏和水的质量比为(84.9～85.8):(0.4～0.7):(3.6～3.8):(4.7～5.3):(5.1～5.7)或(83.9～84.5):(0.5～0.7):(3.9～4.2):(5.1～5.5):(5.7～6.0)。
优选的，所述集料包括质量比为5.0:4.0:4.0:7.0的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石和粒径为0～4.75mm的石屑。
优选的，所述集料包括质量比为5.05:2.2:2.2:8.89的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0.mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料和粒径为0～4.75mm的石屑。
优选的，所述磷石膏圆球型轻集料的制备方法包括以下步骤：
将磷石膏和电石渣混合，进行改性陈化，得到改性陈化后的磷石膏；
将所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、水泥熟料、电杆余浆和水混合后，依次进行造粒和养护，得到所述磷石膏轻集料。
优选的，所述磷石膏、矿粉、电石渣、水泥熟料和电杆余浆的质量比为(87.0～89.2)：(4.7～5.2)：(1.4～1.7)：(4.3～4.6)：(0.8～1.1)。
优选的，所述磷石膏的细度为50～200目。
优选的，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
优选的，所述矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
本发明提供了一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，包括集料、水泥、矿粉、磷石膏和水；所述集料包括粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑；和/或粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑。上述级配设计可以尽量减少水稳层压实后材料之间的孔隙率，是影响水稳层的压实度重要参数，当通过合理的级配设计后，水稳层可达到的压实度越高则孔隙率越小，无限限强度则会达到一个理想中的最高值。磷石膏和矿粉、水泥组成的过硫磷石膏矿渣水泥在后期生成的延迟钙矾石会填充水稳层的间隙减少孔隙率，因此磷石膏水稳层的后期强度往往比普通硅酸盐水泥稳定层的强度要高。
具体实施方式
本发明提供了一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，包括集料、水泥、矿粉、磷石膏和水；
所述集料包括粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑；
和/或粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比优选为(4.7～5.2):(3.9～4.2):(4.0～4.3):(6.5～8.5)，更优选为(4.8～5.1)：(4.0～4.1)：(6.8～8.0)，最优选为5.0:4.0:4.0:7.0。
在本发明中，所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比优选为(4.8～5.2):(1.9～2.2):(2.1～2.3):(8.2～9.2)，更有选为(4.9～5.1)：(2.0～2.2)：(2.15～2.25)：(8.5～9.0)，更优选为5.05:2.2:2.2:8.89。
在本发明中，所述集料、水泥、矿粉、磷石膏和水的质量比优选为(84.9～85.8):(0.4～0.7):(3.6～3.8):(4.7～5.3):(5.1～5.7)或(83.9～84.5):(0.5～0.7):(3.9～4.2):(5.1～5.5):(5.7～6.0)，更优选为85.4:0.5:3.7:5.0:5.4或84.3:0.6:4.0:5.4:5.8。
在本发明中，所述集料优选包括碎石和/或磷石膏圆球形轻集料。
在本发明中，所述集料优选包括质量比为5.0:4.0:4.0:7.0的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石和粒径为0～4.75mm的石屑。
在本发明中，所述集料优选包括质量比为5.05:2.2:2.2:8.89的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料和粒径为0～4.75mm的石屑。
在本发明中，所述磷石膏圆球型轻集料的制备方法优选包括以下步骤：
将磷石膏和电石渣混合，进行改性陈化，得到改性陈化后的磷石膏；
将所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、水泥熟料、电杆余浆和水混合后，依次进行造粒和养护，得到所述磷石膏轻集料。
本发明将磷石膏和电石渣混合，进行改性陈化，得到改性陈化后的磷石膏。
本发明对所述磷石膏没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的磷石膏即可。在本发明的具体实施例中，按质量百分比计，所述磷石膏中二水硫酸钙的质量百分含量为86.7％，满足GB/T 23456-2018《磷石膏》国家标准二级指标。磷石膏化学分析各组分质量百分比为：二氧化硅6.89wt％，三氧化二铝0.2wt％，三氧化二铁0.48wt％，氧化钙28.98wt％，氧化镁0.12wt％，三氧化硫40.19wt％，五氧化二磷0.95wt％，氟0.29wt％和烧失量20.2wt％。在本发明中，所述磷石膏中相关组分的分析和计算方法优选参考GB/T-5484-2012《石膏化学分析方法》。
在本发明中，所述电石渣的pH值优选＝12.5。所述电石渣优选为采用电石水解制备乙炔产生的废渣。所述电石渣优选包括氢氧化钙。
进行混合前，本发明优选对所述磷石膏进行粉磨处理，本发明对所述粉磨处理的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程使制备得到的磷石膏的粒径达到80μm的范围即可。
进行混合前，本发明还优选对所述电石渣依次进行干燥和研磨；本发明对所述干燥和研磨的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程并使研磨后的电石渣的细度满足400目的要求即可。
本发明对所述混合的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程并混合均匀即可。
在本发明中，所述改性陈化优选为在室温环境下进行静置。所述改性陈化的时间优选为3～6天，更优选为4～5天。
得到改性陈化后的磷石膏后，本发明将所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、水泥熟料、电杆余浆和水混合后，依次进行造粒和养护，得到所述磷石膏轻集料。
在本发明中，所述矿粉优选符合GB18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉中规定的S95级标准。所述电杆余浆的pH值优选为12.46，所述电杆余浆优选包括37wt％的氧化钙，25.49wt％的二氧化硅和6.37wt％的三氧化二铝。所述电杆余浆优选为环形混凝土电杆在生产离心过程中排出的固体废弃物。本发明对所述水泥熟料没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水泥熟料即可。
在本发明中，所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、电石渣、水泥熟料和电杆余浆的质量比优选为(87.0～89.2):(4.7～5.2):(1.4～1.7):(4.3～4.6):(0.8～1.1)。
本发明对所述混合没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明对所述造粒的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明对所述养护的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。在本发明的具体实施例中，所述养护的时间为45天。
在本发明中，所述水泥优选为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
在本发明中，所述矿粉优选为S95级粒化高炉矿渣粉。
在本发明中，所述磷石膏的粒径优选为50～200目，更优选为50～100目或100～200目；在本发明的实施例中，当所述磷石膏包括质量比为5.0:4.0:4.0:7.0的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石和粒径为0～4.75mm的石屑时，所述磷石膏的粒径为50～100目或100～200目。当所述磷石膏包括质量比为5.05:2.2:2.2:8.89的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料和粒径为0～4.75mm的石屑时，所述磷石膏的粒径优选为100～200目。
本发明对所述用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料的施工方法优选包括以下步骤：
将集料、水泥、矿粉、磷石膏和水混合后，依次进行摊铺、碾压和养护，得到稳定层。
本发明对所述混合和摊铺的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述碾压优选包括依次进行的静压、振动碾压和双缸收光；本发明对所述静压、振动碾压和双缸收光的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明对所述养护的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
制备原料：
Figure BDA0003881520450000071
实施例2
参考实施例1，区别在于细磷石膏的粒径为100～200目。
实施例3
制备原料：
Figure BDA0003881520450000072
测试例1
按照实施例1～3的配方，将原料进行混合后，依次进行摊铺、碾压(包括依次进行的静压、震动碾压和双缸收光)和养护，得到稳定层；
按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的“T0804-1994无机结合料稳定材料击实试验方法，将实施例1～3所述配方制备得到的稳定层进行最佳含水率和最大干密度的测试；
按照JTG 3450-2019《公路路基路面现场测试规程》中的“T 0921-2019挖坑灌砂测试压实度方法，将实施例1～3所述配方制备得到的稳定层进行压实度的测试；
按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的“T0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法，将实施例1～3所述配方制备得到的稳定层进行7天龄期无侧限抗压强度和28天龄期无侧限抗压强度测试；
测试结果如表1所示：
表1实施例1～3所述配方制备得到的稳定层的性能参数
Figure BDA0003881520450000081
由表1可知，实施例1～3所述配方制备得到的稳定层的7天和28天的无侧限抗压强度都达到并超过了高速公路和一级公路中的重交通(极重交通和特重交通)的基层结构的标准要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，包括集料、水泥、矿粉、磷石膏和水；
所述集料包括粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑；
和/或粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑。
2.如权利要求1所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水问层材料，其特征在于，所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比为(4.7～5.2):(3.9～4.2):(4.0～4.3):(6.5～8.5)。
所述粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为0～4.75mm的石屑的质量比为(4.8～5.2):(1.9～2.2):(2.1～2.3):(8.2～9.2)。
3.如权利要求1或2所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述集料、水泥、矿粉、磷石膏和水的质量比为(84.9～85.8):(0.4～0.7):(3.6～3.8):(4.7～5.3):(5.1～5.7)或(83.9～84.5):(0.5～0.7):(3.9～4.2):(5.1～5.5):(5.7～6.0)。
4.如权利要求2所述的用于高速公路或以及公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述集料包括质量比为5.0:4.0:4.0:7.0的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0mm的碎石、粒径为4.75～9.5mm的碎石和粒径为0～4.75mm的石屑。
5.如权利要求2所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述集料包括质量比为5.05:2.2:2.2:8.89的粒径为19.0～26.5mm的碎石、粒径为9.5～19.0.mm的磷石膏圆球形轻集料、粒径为4.75～9.5mm的磷石膏圆球形轻集料和粒径为0～4.75mm的石屑。
6.如权利要求1、2或5所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述磷石膏圆球型轻集料的制备方法包括以下步骤：
将磷石膏和电石渣混合，进行改性陈化，得到改性陈化后的磷石膏；
将所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、水泥熟料、电杆余浆和水混合后，依次进行造粒和养护，得到所述磷石膏轻集料。
7.如权利要求6所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述改性陈化后的磷石膏、矿粉、电石渣、水泥熟料和电杆余浆的质量比为(87.0～89.2):(4.7～5.2):(1.4～1.7):(4.3～4.6):(0.8～1.1)。
8.如权利要求1所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述磷石膏的细度为50～200目。
9.如权利要求1所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
10.如权利要求1所述的用于高速公路或一级公路中的重交通的水稳层材料，其特征在于，所述矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
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