一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，包括以下步驟：確定級配碎石粗細集料比例，稱取級配碎石：4.75mm以上為粗集料，采用單粒徑集料逐級填充的方式，并分別進行力學(xué)性能測試CBR值的方法，觀察CBR值變化規(guī)律，確定最終各粒徑集料的級配；4.75mm以下為細集料，采用最大密度曲線理論的K值法理論計算細集料的級配；通過按質(zhì)量梯度遞增的方式測量CBR值的方法，確定粗細集料比例；稱取各粒徑的碎石并混合；以水泥作為膠凝材料，級配碎石作為骨料，將級配碎石與水泥、水?dāng)嚢璨簩嵆尚?，養(yǎng)護，即得。該方法與現(xiàn)有方法相比，路基用碎石級配更加合理，力學(xué)性能提高，同時提高了抗收縮、抗疲勞荷載、耐久性等性能。
【專利說明】-種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及1?速鐵路路基用水泥級配碎石施工領(lǐng)域，提供一種關(guān)于1?鐵路基用水 泥級配碎石的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國改革開發(fā)步伐的不斷加快以及經(jīng)濟和科技的跨越，我國的鐵路技術(shù)，尤 其是高鐵技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展，集中體現(xiàn)了我國鐵路交通實現(xiàn)跨越式發(fā)展的進程，使中國鐵 路基礎(chǔ)設(shè)施總體水平實現(xiàn)歷史跨越。高速鐵路路基是承受軌道結(jié)構(gòu)和列車荷載的基礎(chǔ)，是 鐵路工程的重要組成部分，除應(yīng)具備基本功能外，還應(yīng)額外滿足列車高速運行時沖擊荷載 的要求：具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，能夠承受正常施工和使用時可能出現(xiàn)的 各種情況。
[0003] 目前，最廣泛使用的高速鐵路路基材料是水泥穩(wěn)定碎石，其是一種半剛性的基層 材料。水泥穩(wěn)定碎石是以級配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填 充骨料的空隙，按嵌擠作用原理攤鋪充分壓實，強度主要依靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)作用原理， 同時有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙，形成較高的密實度。水泥硬化后形成板狀半剛 性體，可以提高路基的承載力，具有較高的強度和穩(wěn)定性，同時抗?jié)B度和抗凍性效果較好。
[0004] 水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性材料基層，其強度、回彈模量等力學(xué)指標(biāo)由于環(huán)境原因 和反復(fù)循環(huán)載荷而出現(xiàn)逐漸衰減，也有可能由于施工質(zhì)量等因素使得基層材料較早達到設(shè) 計疲勞壽命而出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)性破壞。現(xiàn)有的評價基層材料指標(biāo)有基層層底拉壓力和彎沉指 標(biāo)等；以基層層底拉壓力作為驗算路基結(jié)構(gòu)設(shè)計基層材料的指標(biāo)將會不可避免地發(fā)生疲勞 性破壞，對后期的改擴建以及重建工作來說中斷交通、開挖基層并且重新設(shè)計構(gòu)造是巨大 的經(jīng)濟和人力損失，并且對社會也造成連鎖影響；而彎沉指標(biāo)是否合格與早期的結(jié)構(gòu)破壞 沒有很大的相關(guān)性，彎沉小也很有可能在早期發(fā)生路基疲勞破壞。有資料表明在對路基表 面進行封冰處理后，彎沉反而減低了達到了正常水平。因而彎沉指標(biāo)無法表征路基結(jié)構(gòu)以 及材料的耐久性、抗裂、水穩(wěn)定性等基本性能，因此以它作為路基設(shè)計和施工質(zhì)量考量的標(biāo) 準(zhǔn)是缺乏合理性的。
[0005] 本發(fā)明系統(tǒng)地研究了膠結(jié)水泥水化動力學(xué)反應(yīng)過程和物相組成，級配碎石在壓實 過程中的連接、嵌擠、鎖結(jié)原理，揭示水泥在級配碎石中的作用；以服役性能和耐久性為導(dǎo) 向，進行材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化，開發(fā)出具有優(yōu)異力學(xué)性能、抗收縮、抗疲勞荷載、耐久性能 的高鐵地基用水泥穩(wěn)定級配碎石復(fù)合材料的設(shè)計方法和制備技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種抗收縮、抗 疲勞荷載、耐久性等性能優(yōu)異的高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法。
[0007] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，包括以 下步驟：
[0008] (1)確定級配碎石粗細集料比例，稱取級配碎石：4. 75mm以上為粗集料，采用單粒 徑集料逐級填充的方式，并分別進行力學(xué)性能測試CBR值的方法，觀察CBR值變化規(guī)律，確 定最終各粒徑集料的級配；4. 75mm以下為細集料，采用最大密度曲線理論的K值法理論計 算細集料的級配；通過按質(zhì)量梯度遞增的方式測量CBR值的方法，確定粗細集料比例；稱取 各粒徑的碎石并混合；
[0009] (2)以水泥作為膠凝材料，級配碎石作為骨料，將步驟（1)的級配碎石與水泥、水 攪拌并壓實成型，養(yǎng)護，即得。
[0010] 步驟⑴中，粗集料中各粒徑集料的級配為：粒徑4. 75mm20. 0 *%，粒徑 9. 5mml6. 0%，粒徑 13. 2mml2. 4%，粒徑 16mml5. 4%，粒徑 19mm21. 4%，26. 5mml4. 8% ;細集 料中各粒徑集料的級配為：粒徑0. 〇75mm4. 4%，粒徑0. 15mml0. 8 %，粒徑0. 3mm24. 0 %，粒 徑0. 6mml4. 5%，粒徑1. 18mml9. 7%，粒徑2. 36_26. 6% ;粗集料和細集料的比例為74. 1 : 25. 9。本發(fā)明采用的碎石級配范圍在0. 075_ - 31. 5_連續(xù)級配，碎石應(yīng)滿足《高速鐵路 路基工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
[0011] 步驟⑵中，級配碎石、水泥和水的質(zhì)量比為（85?95) : (3?7) : (5?7)。
[0012] 步驟（2)中，水泥為P. II 52. 5標(biāo)號的水泥，水為自來水。
[0013] 步驟（2)中，養(yǎng)護溫度為20±2°C，養(yǎng)護濕度90%以上，養(yǎng)護時間為7-28天。
[0014] 有益效果：本發(fā)明提供的高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法與現(xiàn)有方法相比， 路基用碎石級配更加合理，力學(xué)性能提高，同時提高了抗收縮、抗疲勞荷載、耐久性等性能。
[0015] 本發(fā)明提供的關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，其機理如下：以級配碎 石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠作用原理 攤鋪充分壓實，強度主要依靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)作用原理，同時有足夠的膠凝材料來填充 骨料的空隙，形成較高的密實度；水泥硬化后形成板狀半剛性體，可以提高路基的承載力， 具有較高的強度和穩(wěn)定性，抗?jié)B度和抗凍性效果較好。
[0016] 本發(fā)明所用的級配設(shè)計方法是一種新的級配設(shè)計方法，通過易于測量的基本力學(xué) 性能來設(shè)計出骨架和密實度都符合使用要求的骨架密實級配，與現(xiàn)有路基碎石施工方法相 比較，綜合力學(xué)性能、耐久性能、抗變形性能等多方面研究，通過測試水泥穩(wěn)定碎石的抗壓 強度、干燥收縮實驗、浸水和凍融循環(huán)試驗等方面的性能研究分析，更準(zhǔn)確地得出最佳水 泥摻量以及最佳水膠比。水泥級配碎石中水泥水化產(chǎn)物CSH凝膠、Ca(0H)2、r3』·Γ^13 、 C4AFH13等水化產(chǎn)物的增加形成了水泥漿體的強度；然后水化產(chǎn)物繼續(xù)增加填充了原來有 水占據(jù)的空間，固體顆粒慢慢接近，粘性節(jié)點增加，網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)不斷被加強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為不同水泥摻量的水泥級配碎石抗壓強度隨齡期的變化規(guī)律。
[0018] 圖2為水泥劑量對水泥級配碎石的干縮性能的影響。

【具體實施方式】
[0019] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0020] 以下實施例中，級配碎石的配方為：粗集料和細集料的比例為74. 1 :25.9 ; 其中，粗集料中各粒徑集料的級配為：粒徑4.75mm20.0%，粒徑9.5mml6.0%，粒徑 13. 2_12· 4%，粒徑16_15· 4%，粒徑19_2L 4%，26. 5_14 8% ;細集料中各粒徑集料的 級配為：粒徑 0. 〇75mm4. 4%，粒徑 0. 15mml0. 8%，粒徑 0. 3mm24. 0%，粒徑 0. 6mml4. 5%，粒 徑 1. 18_19· 7%，粒徑 2. 36_26· 6%。
[0021] 實施例1 :按質(zhì)量分數(shù)稱取原料，級配碎石、標(biāo)號P · II 52. 5水泥、自來水的質(zhì)量比 為90:5:5。充分混合后壓實成型，養(yǎng)護溫度為20±2°C，養(yǎng)護濕度90%以上；7d抗壓強度為 5. 9MPa，28d抗壓強度為10. 5MPa，干密度為2. 28g/cm3,干縮系數(shù)0. 35。
[0022] 實施例2 :按質(zhì)量分數(shù)稱取原料，級配碎石、標(biāo)號P · II 52. 5水泥、自來水的質(zhì)量比 為85:7:7。充分混合后壓實成型，養(yǎng)護溫度為20±2°C，養(yǎng)護濕度90%以上；7d抗壓強度為 7.5MPa，28d抗壓強度為101. IMPa，干密度為2.31g/cm3,干縮系數(shù)0.63。
[0023] 實施例3 :按質(zhì)量分數(shù)稱取原料，級配碎石、標(biāo)號P · II 52. 5水泥、自來水的質(zhì)量比 為95:3:6。充分混合后壓實成型，養(yǎng)護溫度為20±2°C，養(yǎng)護濕度90%以上；7d抗壓強度為 5. 2MPa，28d抗壓強度為9. 4MPa，干密度為2. 25g/cm3,干縮系數(shù)0. 29。
[0024] 不同水泥摻量的水泥級配碎石抗壓強度隨齡期的變化規(guī)律見圖1，由圖可以看出 水泥穩(wěn)定碎石的早期強度隨齡期的增長很快，到達一定養(yǎng)護齡期后就會慢慢趨于緩和，且 水泥摻量越多，抗壓強度越高。
[0025] 水泥劑量對水泥級配碎石的干縮性能的影響見圖2,由圖可以看出，隨著水泥劑量 增加，干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)隨之增大，尤其是當(dāng)水泥劑量超過5 %?6 %時，干縮應(yīng)變和干 縮系數(shù)急劇增大。
【權(quán)利要求】
1. 一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 確定級配碎石粗細集料比例，稱取級配碎石：4. 75mm以上為粗集料，采用單粒徑集 料逐級填充的方式，并分別進行力學(xué)性能測試CBR值的方法，觀察CBR值變化規(guī)律，確定最 終各粒徑集料的級配；4. 75mm以下為細集料，采用最大密度曲線理論的K值法理論計算細 集料的級配；通過按質(zhì)量梯度遞增的方式測量CBR值的方法，確定粗細集料比例；稱取各粒 徑的碎石并混合； (2) 以水泥作為膠凝材料，級配碎石作為骨料，將步驟（1)的級配碎石與水泥、水?dāng)嚢?并壓實成型，養(yǎng)護，即得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，其特征在 于：步驟（1)中，粗集料中各粒徑集料的級配為：粒徑4. 75mm20. 0%，粒徑9. 5mml6. 0%，粒 徑13. 2_12· 4%，粒徑16_15· 4%，粒徑19_2L 4%，26. 5_14· 8% ;細集料中各粒徑集料 的級配為：粒徑 0. 〇75mm4. 4 %，粒徑 0. 15mml0. 8 %，粒徑 0. 3mm24. 0 %，粒徑 0. 6mml4. 5 %， 粒徑1. 18mml9. 7%，粒徑2. 36mm26. 6% ;粗集料和細集料的比例為74. 1 :25. 9。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，其特征在 于：步驟⑵中，級配碎石、水泥和水的質(zhì)量比為（85?95) : (3?7) : (5?7)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于高鐵路基用水泥級配碎石的制備方法，其特征在 于：步驟⑵中，水泥為P. II 52. 5標(biāo)號的水泥，水為自來水。
【文檔編號】C04B28/04GK104193259SQ201410401926
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】蔣金洋, 趙國堂, 佘偉, 潘利 申請人:東南大學(xué)