一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料及制备和施工方法与流程

【技术领域】

本发明涉及公路和市政工程技术领域，尤其涉及一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料及制备和施工方法。

背景技术：

水泥稳定碎石基层材料具有承载能力高、刚性大、整体性能优良、水稳定性和冰冻稳定性较好等优点，是目前我国高等级公路路面结构的主要形式。设计优良的半刚性水泥稳定碎石基层能满足公路“足够的强度、适宜的刚度和耐久性、较小的变形”的技术要求。但是在实际的应用中也只单纯强调了半刚性基层的抗压强度和模量，加之施工、经济投入和交通量增长过快等诸多因素，已经建成的许多道路出现了开裂、冲刷唧浆等早期损坏现象，其中裂缝问题最为突出，并已成为该半刚性路面结构的主要缺陷。不仅严重影响道路的服务功能，而且破坏沥青路面结构的连续性；同时，大量水分可以通过裂缝进入路面乃至土基，诱发各种病害，对道路的使用寿命产生严重的不良影响。对于高速公路和一级公路，相对于《公路路面基层施工技术规范》(jtj034-2000)，新规范《公路路面基层细则》(jtg/tf20-2015)对基层的抗压强度进行了细化和提升。当设计强度很高时(如5mpa)，增加水泥剂量的情况不可避免，当水泥剂量达到一定水平时，混合料抗裂性变差，基层易出现裂缝，进而影响沥青面层使用性能。

为延长道路使用寿命，需要针对水泥稳定碎石基层材料采取合理改善措施。我国道路科技工作者希望通过采取一定的措施，在保证水泥稳定碎石原有技术优点的基础上，适当地降低材料刚度，提高材料柔性，以增加其抗变形能力，更好地适应环境温度和湿度的变化，减少或阻止其产生开裂，从而提高路面使用性能并延长寿命。

目前，公路行业科研及工程技术人员主要集中在水泥稳定级配碎石基层的抗开裂研究上，技术措施主要有如下几类：

(1)改善水泥稳定碎石的级配，减小半刚性基层材料的收缩系数，增强基层的抗裂性；

(2)在满足设计强度的基础上限制水泥用量，并且尽量选用低标号、水化热小、干缩性小的水泥，适当加入缓凝减水剂、缓凝阻裂剂、减缩剂等外加剂，为提高后期强度，减少收缩裂缝可用粉煤灰代替部分水泥剂量等；

(3)在水泥稳定碎石材料组成设计中掺入添加剂或者是加筋材料(有机纤维、聚合物纤维或玄武岩纤维等)来限制其收缩；

(4)用水泥和特殊沥青乳剂综合稳定使水泥与沥青混合以防水分的蒸发，而沥青乳剂中的水分则供给水泥硬化，使收缩系数随沥青剂量的增加而减小。

值得指出的是，能同时提高水泥稳定碎石材料强度并降低水泥稳定碎石基层收缩开裂率的技术措施，且实体工程实用效果较好的技术措施，尚未见报道。

因此，有必要研究一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料及制备和施工方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料及制备和施工方法，能够具有较高的强度和较低的收缩开裂率，从而提高水泥稳定级配碎石基层的整体承载能力和路面的使用寿命。

一方面，本发明提供一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料，其特征在于，所述基层材料配比包括：矿料2100-2300质量份、矿渣水泥和/或钢渣水泥70-110质量份，水100-115质量份；

钢渣水泥为钢渣硫铝酸盐水泥；矿渣水泥为矿渣硫铝酸盐水泥和/或矿渣铁铝酸盐水泥；

所述基层材料的7天无侧限抗压强度大于等于5mpa，干缩系数小于0.01。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矿渣硫铝酸盐水泥或矿渣铁铝酸盐水泥具体组分包括：粒化高炉矿渣75-90质量份、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥标号42.5以上，水泥熟料28d抗压强度大于等于50mpa。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矿渣硫铝酸盐水泥或矿渣铁铝酸盐水泥的初凝时间≥6小时，终凝时间≤10小时，7天线膨胀率≥0.15％，28天自由膨胀率≤1.0％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述基层材料还包括1.5-2.2质量份的加筋材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述加筋材料为有机纤维、聚合物纤维和玄武岩纤维中的任意一种或多种。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述矿料为粒径0-31.5mm的碎石。

另一方面，本发明提供一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料的制备方法，其特征在于，适用于如上任一所述的基层材料的制备；所述制备方法包括：将如上任一所述的基层材料配比的原料放入水泥基层生产设备中进行拌和，拌和时间为10-20s，拌和温度为10℃-50℃。

再一方面，本发明提供一种低裂水泥稳定级配碎石基层的施工方法，其特征在于，采用如上任一所述的基层材料进行基层的铺筑；所述施工方法的步骤包括摊铺、碾压和养生；

摊铺：单层碾压后摊铺厚度不小于15cm且不大于22cm；相邻两个施工段面纵向有30-40cm的重叠；

碾压：分为初压、复压、终压；先采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备对路面进行2-3个来回的静压，即初压；再用激振力大于35t的重型震动碾压设备、18-21t三轮压路设备或25t以上的轮胎压路设备继续碾压密实，即复压；最后再采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备或胶轮碾压设备静压消除轮迹，即终压；

养生：每一段路面碾压完成并经压实度检查合格后，立即开始养生；采用铺设土工布的方式进行养生；养生期不少于7d。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：该材料具有较高的强度和较低的收缩开裂率，从而提高水泥稳定级配碎石基层的整体承载能力和路面的使用寿命，可用于修建半刚性基层的长寿命沥青路面和水泥路面等。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的低裂水泥稳定级配碎石基层材料构成图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

目前的水泥稳定级配碎石基层主要由水泥、碎石材料、外掺剂、水组成，水泥稳定碎石是一种以粗骨料石屑为骨架，以水泥为胶凝材料的脆性材料，由于它本身的抗拉强度差，延性很小，并且存在天然的裂纹缺陷，在收缩应力作用下易于开裂，所以通过一定的手段来提高材料的抗拉性能和韧性，使材料的延性增强变得非常重要。

本发明是提供一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料，其主要由矿渣硫(铁)铝酸盐水泥、矿料(即碎石材料)、水组成。如果特殊需要还可加入加筋材料(有机纤维，聚合物纤维或者玄武岩纤维等)，从而得到一种强度高、干缩系数小的高强低裂水泥稳定碎石材料。其7天无侧限抗压强度提高到大于等于5mpa，符合规范要求《公路路面基层施工技术规范》，干缩系数小于0.01。

低裂水泥稳定级配碎石基层材料按质量配比如下：矿料2100-2300份、钢渣水泥和/或矿渣硫(铁)铝酸盐水泥70-110份，饮用水100-115份。为提高性能，也可适当掺加1.5-2.2份的加筋材料(有机纤维、聚合物纤维或玄武岩纤维等)。

所使用的矿渣硫(铁)铝酸盐水泥，主要组分质量份数为：粒化高炉矿渣75-90份、硫(铁)铝酸盐水泥熟料3-5份、石膏3-15份。上述所提到的硫(铁)铝酸盐水泥标号42.5以上，水泥熟料强度大于等于50mpa(28d抗压强度)。矿渣硫(铁)铝酸盐水泥的初凝时间≥6小时，终凝时间≤10小时，7天线膨胀率≥0.15％，28天自由膨胀率≤1.0％。

钢渣水泥可以是钢渣硫铝酸盐水泥，代替矿渣硫铝酸盐水泥和矿渣铁铝酸盐水泥用于低裂水泥稳定级配碎石基层材料中，其所占组分也与矿渣水泥相同。钢渣硫铝酸盐水泥的组分包括：粒化高炉钢渣75-90质量份、硫铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。

所使用的矿料为0-31.5mm的碎石，并符合《公路路面基层施工技术规范》等相关规范要求。

1、低裂水泥稳定级配碎石基层材料的拌和过程包括：用专用水泥基层生产设备按照上述的材料质量配比进行添加拌和，各档集料和水泥采用计重装置，拌和时间为10-20s；拌和温度为10℃-50℃。拌和时注意事项如下：

a)拌和机与摊铺机的生产能力应互相匹配；对于高速公路和一级公路，为保证混合料施工现场摊铺施工的连续，混合料拌和机的产量宜大于400t/h。

b)对于特重交通条件下的高速公路的基层施工，拌和设备应不少于5个料仓，同时应配备计重装置；

c)对于其它交通等级的高速公路和一级公路的基层施工，拌和设备应具备不少于4个料仓；

d)各个料仓之间的挡板高度应不小于1m，以避免料仓在加料时各档料的掺混；

e)高速公路基层混合料的拌和应采用二次拌和方式，即将两台拌和机串联在一起，混合料先后在两个拌和机内拌和，以提高混合料拌和的均匀性；对于一级公路，混合料可采用一次性拌合，但拌和缸的长度应不小于5m；

f)装水泥的料仓应密闭、干燥，同时内部装有破拱装置，防止因水泥遇潮而导致水泥流量的不均匀；对于高速公路工程，水泥料仓应配备计重装置，以准确计量水泥的添加量(不能通过电机转速计量水泥的添加量)。

g)、加水量的计量应采用流量计的方式；对于高速公路和一级公路工程，水的流量数值应在中央控制室的控制板面上显示，以便在施工过程中实时显示和调整；含水量宜略大于最佳值，使混合料运到现场，经摊铺后，碾压时的含水量不小于最佳值，同时也不宜高于最佳含水量的1.5％以上(最佳含水量范围为5％-5.5％)。

2、对低裂水泥稳定级配碎石基层材料进行摊铺时，需注意以下几点：

a)、混合料摊铺应保证足够的厚度，一般每层的摊铺厚度不小于15cm(碾压成型后的厚度)，最大厚度不大于22cm；

b)、当下承层施工质量检测合格后，方可开始摊铺上面结构层；采用两层连续摊铺时，下层质量出现问题时，上层应同时进行处理；

c)、应采用摊铺功率不低于120kw的沥青混凝土摊铺机或稳定材料摊铺机摊铺混合料；

d)、如下承层是稳定细粒土，应先将下承层顶面拉毛，再摊铺混合料；如下承层是稳定中、粗粒料，应先将下承层清理干净，并洒铺水泥净浆，再摊铺混合料；

e)、当采用两台摊铺机并排摊铺时，两台摊铺机的型号、出厂期应相同；在施工期间，两台摊铺机前后的间距应不超过10m，且确保两个施工段面纵向有30-40cm的重叠；

f)、在摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补；

g)、为了减少废料，便于边缘碾压，纵向宜立模板。

3、对低裂水泥稳定级配碎石基层材料进行摊铺后再对其进行碾压。碾压时注意事项包括以下几点：

a)、为了确保水泥稳定材料的碾压质量，碾压工序应在水泥初凝前完成；

b)、为保证碾压效果，施工单位应配备足够的碾压设备；对于双向四车道高速公路或一级公路，半幅摊铺需要至少4台重型压路机；对于双向六车道的半幅摊铺，至少需要5台重型压路机；

c)、一般分为初压、复压、终压；先采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备对路面进行2-3个来回的静压，即初压；再用激振力大于35t的重型震动碾压设备、18-21t三轮压路设备或25t以上的轮胎压路设备继续碾压密实，即复压；最后再采用效果等同于双钢轮压路机的碾压设备或胶轮碾压设备静压消除轮迹，即终压；

d)、在碾压过程中如发现弹簧现象，应将该路段混合料挖出，重新换填新料碾压；

e)、碾压成型后的表面应平整、没有轮迹。

4、每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生。并采用铺设土工布进行养生。养生时需要注意以下几点：

a)、一般采用透水式土工布全断面覆盖，并应注意搭接，不能留有间隙；

b)、铺设土工布后，应注意洒水，每天洒水的次数应视气候而定；夏天施工时，一般上、下午应各洒水一次；

c)、当铺设防水土工布时，施工过程同上；

d)、养生至上层结构层施工前1-2天，方可将土工布掀开；

e)、养生期不宜少于7d；对于二级和二级以下的公路，如养生期少于7d即铺筑沥青面层，则应限制重型车辆通行；

f)、在养生期间未采用覆盖措施的水泥稳定材料层上，除洒水车外，应封闭交通；在采用覆盖措施的水泥稳定材料层上，不能封闭交通时，应限制重车通行，其他车辆的车速不应超过30km/h。

本发明的优势在于：

1)本发明采用矿渣硫(铁)铝酸盐水泥的低裂水泥稳定碎石基层材料，具有抗折强度大、干缩小，水热化低等优点；

2)水泥用量低至3％-5％，能够降低水稳基层的造价；

3)本发明水泥稳定碎石基层材料掺加有加筋材料，能够进一步提高性能；

4)水泥稳定级配碎石7d无侧限抗压强度大于等于5mpa；水泥稳定级配碎石干缩系数小于0.01；

5)适宜修建长寿命路面，可提高路面结构承载力、延长路面结构使用寿命。

本发明主要利用矿渣硫(铁)铝酸盐的高抗折强度，低水热化、收缩小等优点进行地裂水泥稳定材料的制备，本发明的产品有效的解决了水泥稳定基层的易开裂问题，同时由于降低了水泥用量，也降低工程造价，同时方案思路简明清晰，可操作性强，比其它现有产品更具有优势。

类似的高强低裂水泥可以代替本发明中的矿渣水泥来制备基层材料。

以上对本申请实施例所提供的一种低裂水泥稳定级配碎石基层材料及制备和施工方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。