一种高性能水泥稳定集料及其制备方法与流程

1.本技术涉及水泥稳定材料领域，更具体地说，它涉及一种高性能水泥稳定集料及其制备方法。


背景技术：

2.水泥稳定集料是指在松散的土、砂粒或其他集料中加入适量水泥和水经拌和均匀后的混合物。将水泥稳定集料经摊铺、碾压和养护后，可得到强度高和水稳定性好的水泥稳定基层，以应用于公路建设。
3.相关技术中，水泥稳定集料具有一定的脆性，对温度和湿度较为敏感，导致水泥稳定集料的抗收缩变形能力较差，产生裂缝，该裂缝会向上反射，使沥青结合料面层产生对应的反射裂缝，导致路面的质量较低，缩短使用寿命。


技术实现要素：

4.为了提高水泥稳定集料的抗裂性，本技术提供了一种高性能水泥稳定集料及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供一种高性能水泥稳定集料，其采用如下技术方案：一种高性能水泥稳定集料，其由包括如下重量份的原料制备而成：矾土水泥150-300份、粗集料80-85份、细集料10-20份、有机硅树脂溶液4-8份、胶粉4-8份、甲基丙烯酸甲酯1-3份、轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂0.5-0.7份、水镁石纤维2-8份和水130-150份。
6.通过采用上述技术方案，矾土水泥的收缩值小，可减少水泥稳定集料因水泥收缩过大而产生裂缝。
7.粗集料作为水泥稳定集料中起骨架支撑作用，细集料的加入，填充粗集料的缝隙，提高水泥稳定集料的密实度，从而提高水泥稳定集料的耐碾压能力。
8.加入有机硅树脂溶液和胶粉，有利于填充水泥稳定集料的空隙，减少粗集料和细集料表面的微裂缝，提高其整体结构强度，并降低水泥稳定集料的孔隙率，使水泥稳定集料在使用过程中，不易因水分蒸发而产生干缩裂缝，且有机硅树脂溶液和胶粉在使用时能够起到良好的复配增效作用，不仅能够大大改善再生骨料的结构强度和稳定性，还能提高各组分原料间的结合强度，从而提高水泥稳定集料的抗裂性。
9.甲基丙烯酸甲酯的加入，可提高胶粉在水泥稳定集料体系中的分散性，从而提高各组分原料间的结合强度，以此提高水泥稳定集料的抗裂性。
10.将氧化钙和轻烧氧化镁加工制成轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂加入，氧化钙晶体水化后形成氢氧化钙晶体，体积增大，以提高水泥稳定集料的强度和刚度，能有效抑制水泥稳定集料早期的干缩裂缝，但氧化钙膨胀剂水化需水量较大，水化较快，对后期收缩的补偿效果不大，而氧化镁膨胀剂的水化需水量少，水化产物更加稳定，水化速度较慢，对水泥稳定集料后期收缩的补偿效果较大，因此将氧化钙和轻烧氧化镁复合使用，提高膨胀剂的膨胀效果；另外，轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂还可提高水泥稳定集料的温缩系数，从而
提高抗裂性。
11.水镁石纤维是一种非石棉矿物纤维，具有优良的力学性能和分散性，加入水镁石纤维可作为承受外力荷载的主体，减少水泥稳定集料的收缩变形量，提高抗裂性，同时，水镁石纤维还可提高水泥稳定集料的弯曲强度和疲劳性。
12.作为优选：一种高性能水泥稳定集料，矾土水泥200-250份、粗集料82-84份、细集料14-18份、有机硅树脂溶液5-7份、胶粉5-7份、甲基丙烯酸甲酯1.5-2.5份、轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂0.55-0.65份、水镁石纤维4-7份和水135-145份作为优选：所述轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将氧化钙和轻烧氧化镁按质量比1：(2-4)的比例混合，在950-1050℃煅烧，冷却，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。
13.通过采用上述技术方案，在950-1050℃煅烧轻烧氧化镁和氧化钙，提高氧化镁的活性值，从而提高轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂在水泥稳定集料中的膨胀性能。
14.作为优选：所述高性能水泥稳定集料还包括如下重量份原料：丁苯乳胶粉0.01-0.03份。
15.通过采用上述方案，丁苯乳胶粉的加入，可提高水泥稳定集料的密实度、粘结力和强度，从而减少水泥稳定集料的裂缝产生，提高水泥稳定集料的抗裂性。
16.作为优选：所述高性能水泥还包括0.05-0.07重量份的六偏磷酸钠。
17.通过采用上述技术方案，六偏磷酸钠的加入可进一步提高丁苯乳胶粉在水泥稳定集料体系中的分散性，从而提高水泥稳定集料的抗裂性。
18.作为优选：所述粗集料为花岗岩碎石、玄武岩碎石和石灰岩碎石中的至少一种。
19.作为优选：所述细集料为天然砂、石棉粉、石屑和粉煤灰中的至少一种。
20.第二方面，本技术提供一种上述任一项高性能水泥稳定集料的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：一种高性能水泥稳定集料的制备方法，其包括以下操作步骤：将矾土水泥、粗集料、细集料和20％的水混合均匀，得到混合物a；在混合物a中加入剩余原料混合，搅拌均匀，得到高性能水泥稳定集料。
21.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：(1)本技术通过控制水泥稳定集料各原料种类和掺量，使水泥稳定集料的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.12mpa和12235次，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.97
×
10-6
和49.21
×
10-6
，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
22.(2)本技术通过在水泥稳定集料中加入丁苯乳胶粉，并控制其掺量，使水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.3mpa和12931次，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.72
×
10-6
和47.88
×
10-6
，进一步提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
23.(3)本技术通过在水泥稳定集料中加入丁苯乳胶粉的基础上加入六偏磷酸钠，使水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.57mpa和14157次，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.80
×
10-6
和46.25
×
10-6
，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
24.(4)本技术通过在水泥稳定集料中制备轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂时，当氧化钙和轻烧氧化镁的质量比1：3时，使水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.71mpa和14589次，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.00
×
10-6
和46.10
×
10-6
，
进一步提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
具体实施方式
25.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。
26.本技术中的如下各原料均为市售产品，具体为：矾土水泥，粒径为200目；石灰岩碎石，粒径10mm；粉煤灰，粒径为325目；有机硅树脂溶液，型号silres kx；胶粉，粒径为120目；甲基丙烯酸甲酯，分子量100.12；水镁石纤维，粒径为1-3mm，抗压强度为21.32mpa；丁苯乳胶粉，粒径为80-100mm，货号为bx-3；六偏磷酸钠，工业级，有效物质含量99％。
27.制备例1制备例1的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将0.3kg的氧化钙和0.1kg的轻烧氧化镁混合，在1000℃煅烧40min，冷却后，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。
28.制备例2制备例2的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将0.1kg的氧化钙和0.2kg的轻烧氧化镁混合，在1000℃煅烧40min，冷却后，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。
29.制备例3制备例3的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将0.1kg的氧化钙和0.3kg的轻烧氧化镁混合，在1000℃煅烧40min，冷却后，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。
30.制备例4制备例4的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将0.1kg的氧化钙和0.4kg的轻烧氧化镁混合，在1000℃煅烧40min，冷却后，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。
31.实施例1一种高性能水泥稳定集料，其通过如下操作步骤制备得到：按照表1的掺量，将矾土水泥、粗集料(石灰岩碎石)和细集料(粉煤灰)和20％的水混合均匀，得到混合物a；在混合物a中加入有机硅树脂溶液、胶粉、甲基丙烯酸甲酯、制备例1制备的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂、水镁石纤维和剩余水混合，搅拌均匀，得到高性能水泥稳定集料。
32.实施例2-3实施例2-3的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表1所示。
33.表1实施例1-3的高性能水泥稳定集料的各原料掺量(单位：kg)
实施例4实施例4的高性能水泥稳定集料与实施例2的制备方法及原料掺量完全相同，区别在于水泥稳定集料原料中添加了丁苯乳胶粉，具体详见表2所示。
34.实施例5-6实施例5-6的高性能水泥稳定集料与实施例4的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料种类和掺量不同，具体详见表2所示。
35.表2实施例4-6的高性能水泥稳定集料的各原料掺量(单位：kg)
实施例7实施例7的高性能水泥稳定集料与实施例2的制备方法及原料掺量完全相同，区别在于水泥稳定集料原料中添加了六偏磷酸钠，具体详见表3所示。
36.实施例8-9实施例8-9的高性能水泥稳定集料与实施例7的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料种类和掺量不同，具体详见表3所示。
37.表3实施例7-9的高性能水泥稳定集料的各原料掺量(单位：kg)
实施例10实施例10的高性能水泥稳定集料与实施例8的制备方法及原料掺量完全相同，区别在于水泥稳定集料原料中添加了0.02kg的丁苯乳胶粉，其余原料种类和掺量与实施例8相同。
38.实施例11-13实施例11-13的高性能水泥稳定集料与实施例10的制备方法及原料掺量完全相同，区别在于水泥稳定集料原料中分别添加制备例2-3制备的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂，其余原料种类和掺量与实施例8相同。
39.对比例1对比例1的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性能水泥稳定集料原料中将轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂等量替换为氧化钙膨胀剂，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
40.对比例2对比例2的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性能水泥稳定集料原料中将轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂等量替换为轻烧氧化镁膨胀剂，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
41.对比例3对比例3的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性能水泥稳定集料原料中未添加甲基丙烯酸甲酯，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
42.对比例4对比例4的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性能水泥稳定集料原料中未添加有机硅树脂溶液，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
43.对比例5对比例5的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性
能水泥稳定集料原料中未添加胶粉，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
44.对比例6对比例6的高性能水泥稳定集料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：高性能水泥稳定集料原料中未添加水镁石纤维，其余原料种类及掺量与实施例1相同。
45.性能检测采用以下检测方法及标准，分别对实施例1-13和对比例1-6的高性能水泥稳定集料进行检测，检测结果具体详见表4。
46.7d无侧限抗压强度：按照jtge51 t0805-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》将水泥稳定集料制成φ150
×
150mm的圆柱形试件，进行7d无侧限抗压强度试验。
47.平均温缩系数：按照jtge51 t0854-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》将水泥稳定集料制成100mm
×
100mm
×
400mm的圆柱形试件，进行7d无侧限抗压强度试验。
48.平均干缩系数：按照jtge51 t0855-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》将水泥稳定集料制成φ150
×
1500mm的圆柱形试件，进行7d无侧限抗压强度试验。
49.疲劳寿命：采用美国mts810材料疲劳试验机对水稳基层混合料疲劳性能进行测试，试件成型方法使用振动成型，振动频率30hz，静压力150kpa。试件养生时间为3个月，养生温度25℃，湿度90％。试验荷载波形为正弦波，加载频率100hz。试件长度30cm，应力水平0.7，采用三分点加载方式，测试其重复加载的次数即为疲劳寿命，。
50.表4不同水泥稳定集料的性能检测结果
由表4的检测结果表明，本技术得到的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命最高分别为6.71mpa和14589次，具有较高的强度；同时，本技术的水泥稳定集料的平均温缩系数和平均干缩系数最低分别为11.0
×
10-6
和46.1
×
10-6
，提高了水泥稳定集料的抗裂性。
51.实施例1-3中，实施例2的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.12mpa和12235次，均高于实施例1和实施例3，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.97
×
10-6
和49.21
×
10-6
，均低于实施例1和实施例3，表明实施例2水泥稳定集料中的轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂的掺量较为合适，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。可能与将氧化钙和轻烧氧化镁复合使用，提高膨胀剂的膨胀效果，从而提高水泥稳定集料的密实度，提高水泥稳定集料的抗裂性和强度有关。
52.实施例4-6中，实施例5的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.3mpa和12931次，均高于实施例4和实施例6，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.72
×
10-6
和47.88
×
10-6
，均低于实施例4和实施例6，表明实施例5水泥稳定集料中的丁苯乳胶粉的掺量较为合适，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。可能与丁苯乳胶粉的加入，可提高水泥稳定集料的密实度、粘结力和强度，从而减少水泥稳定集料的裂缝产生，提高水泥稳定集料的抗裂性有关。
53.实施例7-9中，实施例8的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.54mpa和13156次，均高于实施例7和实施例9，平均温缩系数和平均干缩系数分别为
11.11
×
10-6
和46.31
×
10-6
，均低于实施例7和实施例9，表明实施例8水泥稳定集料中的六偏磷酸钠的掺量较为合适，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。可能与六偏磷酸钠的加入可进一步提高有机硅树脂溶液在水泥稳定集料体系中的分散性，从而提高水泥稳定集料的抗裂性有关。
54.结合实施例8和实施例10的性能检测数据发现，实施例10的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.57mpa和14157次，均高于实施例8，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.80
×
10-6
和46.25
×
10-6
，均低于实施例8，表明实施例10水泥稳定集料中在加入丁苯乳胶粉的基础上加入六偏磷酸钠，可进一步提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。可能与六偏磷酸钠的加入可进一步提高丁苯乳胶粉在水泥稳定集料体系中的分散性，从而提高水泥稳定集料的抗裂性有关。
55.实施例11-13中，实施例12的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命分别为6.71mpa和14589次，均高于实施例11和实施例13，平均温缩系数和平均干缩系数分别为11.00
×
10-6
和46.10
×
10-6
，均低于实施例11和实施例13，表明实施例12水泥稳定集料制备轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂时，当氧化钙和轻烧氧化镁的质量比1：3时，提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
56.另外，结合对比例1-6和实施例1的各项指标数据发现，本技术在水泥稳定集料中加入轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂、甲基丙烯酸甲酯、有机硅树脂溶液、胶粉和水镁石纤维，均不同程度提高了水泥稳定集料的抗裂性和强度。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种高性能水泥稳定集料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：矾土水泥150-300份、粗集料80-85份、细集料10-20份、有机硅树脂溶液4-8份、胶粉4-8份、甲基丙烯酸甲酯1-3份、轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂0.5-0.7份、水镁石纤维2-8份和水130-150份。2.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：矾土水泥200-250份、粗集料82-84份、细集料14-18份、有机硅树脂溶液5-7份、胶粉5-7份、甲基丙烯酸甲酯1.5-2.5份、轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂0.55-0.65份、水镁石纤维4-7份和水135-145份。3.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于：所述轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂通过如下步骤制备得到：将氧化钙和轻烧氧化镁按质量比1：（2-4）的比例混合，在950-1050℃煅烧30-60min，冷却，得到轻烧氧化钙-氧化镁复合膨胀剂。4.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于：所述高性能水泥稳定集料还包括如下重量份原料：丁苯乳胶粉0.01-0.03份。5.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于：所述高性能水泥还包括0.05-0.07重量份的六偏磷酸钠。6.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于：所述粗集料为花岗岩碎石、玄武岩碎石和石灰岩碎石中的至少一种。7.根据权利要求1所述的高性能水泥稳定集料，其特征在于：所述细集料为天然砂、石棉粉、石屑和粉煤灰中的至少一种。8.一种权利要求1-7任一所述的高性能水泥稳定集料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：将矾土水泥、粗集料、细集料和20%的水混合均匀，得到混合物a；在混合物a中加入剩余原料混合，搅拌均匀，得到高性能水泥稳定集料。

技术总结
本申请涉及水泥稳定材料技术领域，具体公开了一种高性能水泥稳定集料及其制备方法，一种水泥稳定集料，其包括如下重量份的原料：矾土水泥150-300份、粗集料80-85份、细集料10-20份、有机硅树脂溶液4-8份、胶粉4-8份、甲基丙烯酸甲酯1-3份、轻烧氧化镁-氧化钙复合膨胀剂0.5-0.7份、水镁石纤维2-8份和水130-150份。本申请得到的水泥稳定集料的7d无侧限抗压强度和25℃劳动寿命最高分别为6.71MPa和14589次，平均温缩系数和平均干缩系数最低分别为11.00


技术研发人员：钱彩红 潘丽 樊韵
受保护的技术使用者：杭州航弘建设科技有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/20