本发明涉及土建工程技术领域，具体涉及一种路用高性能水泥混合料及其制备方法。
背景技术：
现有技术中，混凝土路面都是以水泥和石子为主要原料，经过加工、加压或烧制等工艺制成各种形状的铺设用产品，主要应用于城市道路、地面工程的块、板等，上述路面铺设产品需要消耗大量的石材作为原料。
随着高速发展的道路工程建设需要大量的石料开采，然而，我国可用于生产的石料数量有限，开采石材不仅成本高，而且随着石料的不断开采，还会破坏生态环境，给环境造成污染，资源短缺问题日益突出，不符合现在的环保、节约要求。
目前，随着我国城镇化的快速发展，原有建筑物的拆除和改造，建筑垃圾大量堆积，生态环境污染越来越严重。房屋、道路、桥梁等建筑物的拆除以及建筑原料生产、施工等过程中产生的废弃物，经过破碎、清洗、分级等一系列加工后，按比例配合，可代替部分或者全部天然石料。这种技术既能解决建筑废弃物的处置问题，又能节省天然砂石。
然而，加工后的建筑废弃物与天然石料相比，存在吸水率大，微细裂缝多，力学、耐久和粘结性能差等问题，极大地限制了其在土建工程中的应用。此外，该类产品在使用时间长之后，经常会出现路面断裂或者塌陷，其硬度和耐久性不能满足要求，不但不美观，也不十分实用，对使用者的影响较大。
因此，为了提高混凝土路面的使用时长，开发一种能够提高水泥稳定性的混合料，以期能有效提升道路基层的质量和品质，显得尤为关键。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种具有优异的抗压强度、抗裂性能和耐久性的路用高性能水泥混合料，并提供其制备方法，可应用于高等级路面基层，以解决现有道路使用年限短，维修频繁，建设成本过高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术思路如下：
发明人经过长期大量的科学实践和研究选择了废弃粘土砖为替代骨料，并克服了废弃粘土砖的压碎值高、空隙多及耐久性差导致水泥稳定废砖混合料只能用于低等级道路上、不能大规模的使用的缺点；攻克了在建成运营后出现收缩裂缝、道路使用年限缩短导致道路提前进入大修或改造期、造成了大量的经济损失的技术难题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种路用高性能水泥混合料，由如下重量份数的原料制成：废砖粗集料25～35份、碎石粗骨料25～35份、废砖细集料15～25份、碎石细集料15～25份、水泥4～6份、抗裂纤维0.02～0.1份、补强剂0.02～0.08份、改善剂0.1～0.2份。
优选的，由如下重量份数的原料制成：废砖粗集料27.5～32.5份、碎石粗骨料27.5～32.5份、废砖细集料22.5～17.5份、碎石细集料22.5～17.5份、水泥4～6份、抗裂纤维0.02～0.10份、补强剂0.03～0.06份、改善剂0.1～0.15份。
优选的，所述废砖为烧结的粘土红砖，其压碎值为30～35%、针片状颗粒含量为30～35%、吸水率为12～16%、表观密度为1.6～2.0g/cm3。
优选的，所述水泥为p.o42.5水泥，其初凝时间为280min、终凝时间为445min、细度为3.0%，安定性为2.0mm。
优选的，所述抗裂纤维为玄武岩纤维或/和聚丙烯纤维；所述玄武岩纤维的长度为7～15mm，直径为0.007～0.015mm，抗拉强度大于3000mpa；所述的聚丙烯纤维的长度为25～30mm，密度为0.91g/cm3，抗拉强度为640～680mpa，弹性模量为340～360mpa。
优选的，所述补强剂为tgh土壤固化剂。
优选的，所述改善剂为纳米碳酸钙或/和纳米二氧化硅。
优选的，由如下重量份数的原料制成：废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细骨料20份，水泥5份，玄武岩纤维0.05份，聚丙烯纤维0.03份，tgh土壤固化剂0.06份，纳米碳酸钙0.15份、纳米二氧化硅0.1份。
上述路用高性能水泥混合料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配合比称取各原料；
（2）将水泥、改善剂和补强剂混合，搅拌25～30min，得复合改性胶凝材料；
（3）将抗裂纤维与级配的废砖粗集料、碎石粗骨料、废砖细集料、碎石细骨料混合，搅拌45～50min，添加所得复合改性胶凝材料和水，搅拌均匀，即得。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明混合料中的玄武岩纤维具有较好的抗拉伸性能和很好的抵抗高温和低温的性能。在水泥稳定粒料基层中掺加短切玄武岩纤维，可以增强混合料的抗拉性能和低温抗裂性能；鉴于短切玄武岩纤维表面积很大，在水泥稳定碎石混合料中有很强的吸附作用；与其他原料配合，可降低路面基层的干缩系数，提高路面基层的抗冲刷性能，从而增强路面基层的耐久性能。
2.本发明混合料中的纳米碳酸钙和纳米二氧化硅能够与废砖集料中的碱土金属氢氧化物及水泥发生水化反应后产生的氢氧化物发生二次水化反应，生成具有胶凝性能强度高的水化硅酸物质，与其他原料配合，可提升路面基层的抗压强度，从而使得混合料可承受更高等级的路面荷载。
3.本发明混合料中的tgh土壤固化剂与一定水分的集料混合后，在土壤中形成网状结晶体穿插在无机结合料的颗粒间隙形成骨架强度；土壤固化剂与无机结合料颗粒发生化学反应，颗粒自身物质生成不溶于水的坚硬物质，填充在骨架之中，与其他原料配合，使固化土形成不可逆的硬化体并具有优异的耐久性和抗压强度。
4.本发明混合料中的废砖原料来源广泛、利用废砖变废为宝，将废砖替代石料应用于道路工程建设既能解决石料短缺问题，又能解决因建筑垃圾堆积而引起环境污染问题，有利于建筑垃圾循环利用，对环境保护绿色价值和社会发展经济价值也有利，符合环保、集约、可再生的健康发展模式。
5.本发明的混合料制备过程环保节能，原料无毒无腐蚀，具有良好的经济、社会效益。
6.本发明的混合料路用性能优良、具有优异的抗压强度、抗裂性能和耐久性，对其应用于高等级路面基层具有重大意义。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的试剂或产品如无特别说明，均为市售常规试剂或产品；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1：一种路用高性能水泥混合料
该混合料由以下重量份数的原料制成：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯纤维0.03份、tgh土壤固化剂（由重庆郎旻科技有限公司生产，下同）0.03份、纳米碳酸钙0.12份和纳米二氧化硅0.15份。
废砖为烧结的粘土红砖，其压碎值为32.5%、针片状为33%、吸水率为15.31%、表观密度为1.875g/cm3。
水泥为p.o42.5，其初凝时间为280min、终凝时间为445min、细度为3.0%、安定性为2.0mm。
玄武岩纤维的长度为7～15mm、直径为0.007～0.015mm、抗拉强度大于3000mpa。
聚丙烯纤维的长度为25～30mm，密度为0.91g/cm3，抗拉强度为640～680mpa，弹性模量为340～360mpa。
混合集料的级配符合现行级配规范要求《公路路面基层施工技术细则》（jtg/tf20-2015）c-a-1的级配要求，如表1所示：
表1再生集料推荐级配
该混合料的制备方法为：
（1）按照上述重量份数称取各原料；
（2）将水泥、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和tgh土壤固化剂混合，搅拌25～30min，得到复合改性胶凝材料；
（3）将玄武岩纤维、聚丙烯纤维与级配废砖集料混合，搅拌45～50min后，再添加所述复合改性胶凝材料和水进行搅拌均匀，即得到复合外加剂改性水泥稳定废砖混合料。
实施例2：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料32.5份、碎石粗骨料32.5份、废砖细集料17.5份、碎石细集料17.5份，水泥6份、玄武岩纤维0.02份、聚丙烯纤维0.06份、tgh土壤固化剂0.04份、纳米碳酸钙0.12份和纳米二氧化硅0.10份。
玄武岩纤维的长度为10mm、直径为0.01mm、抗拉强度大于3000mpa。
聚丙烯纤维的长度为29mm，密度为0.91g/cm3，抗拉强度660mpa，弹性模量350mpa。
实施例3：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料22.5份、碎石细集料22.5份，水泥4份、玄武岩纤维0.08份、聚丙烯纤维0.03份、tgh土壤固化剂0.04份、纳米碳酸钙0.15份和纳米二氧化硅0.10份。
玄武岩纤维的长度为15mm、直径为0.015mm、抗拉强度大于3000mpa。
实施例4：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯0.06份、tgh土壤固化剂0.04份、纳米碳酸钙0.15份和纳米二氧化硅0.15份。
实施例5：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯纤维0.08份、tgh土壤固化剂0.06份、纳米碳酸钙0.12份和纳米二氧化硅0.10份。
实施例6：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯纤维0.08份、tgh土壤固化剂0.06份、纳米碳酸钙0.12份和纳米二氧化硅0.15份。
实施例7：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯纤维0.03份、tgh土壤固化剂0.06份、纳米碳酸钙0.15份和纳米二氧化硅0.10份。
实施例8：一种路用高性能水泥混合料
与实施例1不同之处在于：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份，水泥5份、玄武岩纤维0.05份、聚丙烯纤维0.08份、tgh土壤固化剂0.06份、纳米碳酸钙0.15份和纳米二氧化硅0.15份。
对比例：一种普通水泥稳定废砖混合料
该混合料由如下重量份数的原料制成：
废砖粗集料30份、碎石粗骨料30份、废砖细集料20份、碎石细集料20份水泥5份。
试验例：
对实施例1～8所得的路用高性能水泥混合料和对比例得到的普通水泥稳定废砖混合料进行性能检测，具体检测方法如下：按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（jtge51-2009）中的无机结合料稳定材料振动压实试验方法（t0842——2009）进行最大干密度和最佳含水率检测；试件经过成型养护后进行路用性能试验，试验项目包括无侧限抗压强度试验、干缩试验和抗冲刷试验，用以测试本发明路用高性能水泥混合料的路用性能。
具体试验结果如表2所示：
表2不同实施例混合料的路用性能试验数据
从表2可知，本发明的路用高性能水泥混合料满足交通部颁标准《公路路面基层施工技术细则》（jtg/tf20-2015）的相关要求，其抗压强度、干缩性能、抗冲刷能力等指标明显高于普通水泥稳定废砖混合料，表明本发明路用高性能水泥混合料的路用性能优越。
尤其是实施例6和实施例8的路用高性能水泥混合料，在纤维剂量较少的时候，纤维不能形成支撑体系，故而作用不是太大，当纤维掺量达到一定量时能在水泥稳定碎石中产生一种均匀的乱向支撑体系，握裹联结住大量的混合料颗粒，因此可以使路用性能得到显著提高。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。