本發(fā)明涉及材料科學(xué)與道路工程交叉領(lǐng)域，具體為一種高抗凍型水泥穩(wěn)定碎石基層材料。

背景技術(shù)：

1、凍土地區(qū)路面基層材料主要是水泥穩(wěn)定沙礫、水泥穩(wěn)定碎石等水泥穩(wěn)定類材料，水泥穩(wěn)定碎石材料具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、剛性大等特點(diǎn)，常用于高等級公路基層，但凍土區(qū)凍融循環(huán)劇烈，凍融作用頻繁，這種情況導(dǎo)致混合料內(nèi)部液體膨脹壓力、滲透壓力等頻繁發(fā)生變化使得道路基層強(qiáng)度不斷下降，在行車荷載作用下普通水泥穩(wěn)定碎石難以滿足基層強(qiáng)度的需要易產(chǎn)生沉降、開裂等破壞，進(jìn)而加速路面結(jié)構(gòu)的破壞，縮短道路的使用年限。

2、在重凍區(qū)建設(shè)道路時，一個亟需解決的技術(shù)難題是如何確保道路基層材料具備足夠的抗凍性能，以滿足道路長期使用的需求。特別是在藏區(qū)等高海拔地區(qū)，普通水泥穩(wěn)定碎石基層由于凍融循環(huán)的影響，容易出現(xiàn)強(qiáng)度下降、沉降、開裂等問題，導(dǎo)致道路使用壽命縮短。為了適應(yīng)這種惡劣的環(huán)境，需要開發(fā)一種新型的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，它不僅要在多次凍融循環(huán)后仍保持較高的殘留抗壓強(qiáng)度比，而且還需要在化學(xué)和物理層面上均能提升材料的抗凍性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對普通水泥穩(wěn)定碎石基層難以滿足藏區(qū)道路抗凍性能的要求，本發(fā)明提出一種高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料及其制備方法，該水泥穩(wěn)定材料抗凍性能良好，經(jīng)5次、10次凍融后殘留抗壓強(qiáng)度比大于70％，滿足重凍區(qū)對無機(jī)混合料殘留抗壓強(qiáng)度比的要求，解決了藏區(qū)道路普通水泥穩(wěn)定碎石基層抗凍性能難以滿足道路使用年限的問題。

2、申請人在構(gòu)思?xì)v程中認(rèn)為：膨脹劑所生成的鈣礬石使水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生微膨脹增進(jìn)了水泥穩(wěn)定碎石的密實(shí)性。可分散性乳膠粉具有遇水可再分散成膜的特性，在水泥水化的同時形成乳膠薄膜，在產(chǎn)生裂縫時阻止水分的傳輸，同時其具有的引氣性質(zhì)可以改善水泥砂漿和混凝土的韌性和體積穩(wěn)定性，將乳膠粉摻入水泥穩(wěn)定碎石可有效改善其收縮、抗裂性和抗變形能力。超吸水性樹脂具有吸水釋水特性，能夠減少了水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部的自收縮變形，促進(jìn)凝膠的大量生成，使得試件成型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，提高水泥穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度。聚丙烯纖維具有強(qiáng)度高、拉伸彈性好的優(yōu)點(diǎn)，能減輕水泥穩(wěn)定碎石出現(xiàn)微裂縫時所受的拉應(yīng)力，從而有效延長水泥穩(wěn)定碎石基層抵抗凍融破壞的時間。吸水樹脂、可分散性乳膠粉、膨脹劑及聚丙烯纖維四種材料從不同層面均可對水泥穩(wěn)定碎石基層起正向作用，預(yù)期可提高基層的路用性能。

3、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

4、第一方面本發(fā)明包括一種高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，除聚丙烯纖維外，其余原料按質(zhì)量份數(shù)計：粗集料75份，細(xì)集料25份，水泥5份，膨脹劑0.15～0.35份，乳膠粉0.1～0.25份，吸水樹脂0.05～0.1份，聚丙烯纖維按與水泥穩(wěn)定碎石(上述原料混合而成)體積比(1～2):1000，水5.89～6.12份。

5、進(jìn)一步的，所述粗集料粒徑為4.75～31.5mm。

6、進(jìn)一步的，所述細(xì)集料粒徑為0～4.75mm，且≠0。

7、進(jìn)一步的，所述粗集料、細(xì)集料混合后的合成級配滿足：

8、本發(fā)明所制備的水泥穩(wěn)定碎石采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，對合成級配予以控制，通過篩孔尺寸31.5mm的百分率為100％，通過篩孔尺寸26.5mm的百分率為95～100％，通過篩孔尺寸19mm的百分率為68～86％，通過篩孔尺寸9.5mm的百分率為38～58％，通過篩孔尺寸4.75mm的百分率為22～42％，通過篩孔尺寸2.36mm的百分率為18～30％，通過篩孔尺寸0.6mm的百分率為8～15％，通過篩孔尺寸0.075mm的百分率為0～3％。

9、進(jìn)一步的，所述水泥為po42.5r早強(qiáng)硅酸鹽水泥。

10、進(jìn)一步的，所述膨脹劑為uea混凝土膨脹劑。

11、進(jìn)一步的，所述可分散性乳膠粉為醋乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳膠粉。

12、進(jìn)一步的，所述吸水樹脂目數(shù)為120～180目。

13、進(jìn)一步的，所述纖維為聚丙烯纖維，長度18mm。

14、第二方面本發(fā)明提供一種上述高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料的制備方法，包括以下步驟：

15、步驟一：將粗集料、細(xì)集料按重量計量后，均勻攪拌混合；

16、步驟二：加入45～55％水(即5.89～6.12份的45～55wt％)，均勻攪拌混合；

17、步驟三：將膨脹劑、乳膠粉、吸水樹脂、纖維按重量計量后加入，均勻攪拌混合；

18、步驟四：加入剩余水和水泥，均勻攪拌混合，得到高抗凍性的水泥穩(wěn)定碎石混合料。

19、進(jìn)一步的，步驟一中，攪拌時間為60～90s；

20、步驟二中，攪拌時間為60～90s；

21、步驟三中，攪拌時間為30～60s；

22、步驟四中，攪拌時間為120～150s。

23、本發(fā)明提供了一種高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石基層材料，具備以下優(yōu)點(diǎn):

24、1、本發(fā)明考慮膨脹劑、乳膠粉、吸水樹脂及纖維對水泥穩(wěn)定碎石材料抗凍性能不同層面的影響，將四種材料復(fù)摻入水泥穩(wěn)定碎石對抗凍性能進(jìn)行提高?；瘜W(xué)層面上膨脹劑與水反應(yīng)生成鈣礬石增進(jìn)密實(shí)性；物理層面上，吸水樹脂吸水釋水特性減少自收縮同時生成凝膠進(jìn)一步增加密實(shí)性；乳膠粉遇水成膜阻止水分傳輸改善韌性和體積穩(wěn)定性；聚丙烯纖維可減少水泥穩(wěn)定碎石出現(xiàn)微裂縫時所受的拉應(yīng)力。

25、2、本發(fā)明提供的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石材料在5次凍融下，質(zhì)量損失率由0.38％減少到0.16～0.28％，抗壓強(qiáng)度損失率由12.01％減少到4.65～6.17％，抗壓回彈模量損失率由8.59％減少到6.6～7.9％，彈性模量損失率由10.02％減少到7.5～8.9％，劈裂強(qiáng)度損失率由15.41％減少至8.6～14.6％；10次凍融下，質(zhì)量損失率由0.43％減少到0.2～0.32％，抗壓強(qiáng)度損失率由30.04％減少到11.65～15.28％，抗壓回彈模量損失率由26.7％減少到15.2～15.6％，彈性模量損失率由23.48％減少到16.8～18.9％，劈裂強(qiáng)度損失率由26.99％減少至16.5～21.8％。相較普通水泥穩(wěn)定碎石在凍融狀態(tài)下，損失更少，性能更佳。

26、3、本發(fā)明提供的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石材料在10次凍融下凍融殘留強(qiáng)度比為84.72～88.35％滿足藏區(qū)重凍區(qū)殘留強(qiáng)度比大于70％的要求，解決了藏區(qū)道路普通水泥穩(wěn)定碎石基層抗凍性能難以滿足道路使用年限的問題。

技術(shù)特征：

1.一種高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，包括膨脹劑、可分散性乳膠粉、吸水樹脂、聚丙烯纖維、水泥穩(wěn)定碎石、水；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述粗集料粒徑為4.75～31.5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述細(xì)集料粒徑為0～4.75mm，且細(xì)集料粒徑不等于0。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述粗集料、細(xì)集料混合后的合成級配滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述水泥為po42.5r早強(qiáng)硅酸鹽水泥。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述膨脹劑為uea混凝土膨脹劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述可分散性乳膠粉為醋乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳膠粉。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料，其特征在于，所述吸水樹脂目數(shù)為120～180目；

9.一種如權(quán)利要求1至8中任意一項所述高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料的制備方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高抗凍性水泥穩(wěn)定碎石混合料及其制備方法，除聚丙烯纖維外，其余原料按質(zhì)量份數(shù)計：粗集料75份，細(xì)集料25份，水泥5份，膨脹劑0.15～0.35份，乳膠粉0.1～0.25份，吸水樹脂0.05～0.1份，聚丙烯纖維按與水泥穩(wěn)定碎石(上述原料混合而成)體積比(1～2):1000，水5.89～6.12份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的可于西藏地區(qū)道路基層適用的水泥穩(wěn)定碎石混合料經(jīng)5次、10次凍融循環(huán)后具有良好的抗凍性能，解決了普通水泥穩(wěn)定碎石基層難以滿足藏區(qū)抗凍性能的問題，滿足了藏區(qū)道路基層適用的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：董僑,劉佳博,顏世傲,周洲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10