一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石及其制备方法

1.本发明涉及道路建筑材料技术领域，尤其涉及一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石及其制备方法。

背景技术：

2.水泥稳定碎石(以下简称水稳)材料由于其整体性好、水稳定性好、荷载扩散能力强等优点，已经成为近年来我国路面基层应用最广泛的形式。在交通荷载、水和温度的共同作用下，水稳基层易发生疲劳损伤、收缩开裂和水损坏从而导致面层容易出现反射裂缝。当水稳基层损坏严重时，不得不采取结构性修复措施(铣刨重铺)。为了确保足够的承载能力，根据规范要求，水稳基层至少需要养护7天才能进行面层施工。然而随着交通量的增加,过长的养护时间，很容易造成交通堵塞。快速提高水稳基层的早期强度，实现快速开通是解决上述困境的有效手段之一。
3.现有技术中提高水稳早期强度的措施主要分为改善施工工艺和掺加水泥外加剂，相较于改善施工工艺等方法，掺加早强剂的方法对水稳早期强度的提高效果要更明显一些，但是仅依靠掺加水泥外加剂提升的早期强度有限，很难在较短的时间内形成较高的强度，不能实现快速开放交通。硫铝酸盐水泥具有很高的早期强度，在许多快速修复工程中得到广泛应用。然而硫铝酸盐水泥的凝结时间很短，不能满足水稳基层施工对于凝结时间的要求。

技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石及其制备方法，所述超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石能够超快速修复水稳基层，实现快速开放交通的技术效果。
5.所述超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：
7.(2)向100重量份集料总体中加入2～3重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润备用；
8.(3)将3～5重量份水泥与0.025～0.045重量份复合早强剂混合均匀，得到水泥与复合早强剂混合物；
9.(4)将浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入0.5～2.5重量份外掺水进行拌合30～40s，加入所述水泥与复合早强剂混合物拌合60～90s；
10.(5)向步骤(4)拌合好的混合物中加入0.03～0.05重量份复合缓凝剂拌合60～90s；
11.(6)将步骤(5)拌合好的混合物充分压实后养护至相应龄期。
12.进一步地，所述步骤(1)中浸润时间为4～6h。
13.进一步地，所述步骤(6)中养护温度为20℃，养护相对湿度≥95％。
14.进一步地，所述集料为石灰岩，其级配满足：通过筛孔尺寸为31.5mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为19.0mm的百分率为75％～82％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为44％～50％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为28％～34％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为18％～23％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为8％～15％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2～4％。
15.进一步地，所述水泥为42.5硫铝酸盐水泥。
16.进一步地，所述复合缓凝剂包括0.01～0.02重量份聚羧酸减水剂和0.015～0.03重量份硼砂。
17.进一步地，所述的聚羧酸减水剂为白粉末状，减水率为40％。
18.进一步地，所述复合早强剂包括0.007～0.015重量份碳酸锂和0.015～0.03重量份甲酸钙。
19.本发明还提供了一种由上述方法制备而成的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石。
20.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
21.(1)本发明通过使用复配复合缓凝剂以及早强剂对硫铝酸盐水泥胶凝材料进行了性能调控，平衡了凝结时间与早期强度之间的关系，使得所述水泥基材料的凝结时间在1.5～2h，满足水泥稳定碎石的施工需求；
22.(2)本发明利用上述水泥外加剂和硫铝酸盐水泥基材料制备的水泥稳定碎石在龄期为12～24h时就能达到较高的无侧限抗压强度和间接抗拉强度，与使用普通硅酸盐水泥制备的水稳碎石7d龄期时的无侧限抗压强度相当，在进行水稳基层修复时，能实现快速开放交通；
23.(3)本发明的超早强抗裂型水稳碎石的劈裂抗拉强度比普通的水稳碎石更高，干燥收缩更小，有着更强的抗开裂能力，可延长路基路面的使用寿命。
具体实施方式
24.以下结合实施例对本发明提供的技术方案进行进一步说明。
25.实施例1
26.一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，步骤如下：
27.(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：
28.(2)向100重量份集料总体中加入3重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润4h备用；
29.(3)将3.5重量份r
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42.5硫铝酸盐水泥与0.03重量份复合早强剂混合均匀，得到水泥与复合早强剂混合物；
30.(4)将浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入0.8重量份外掺水进行拌合30～40s，加入所述水泥与复合早强剂混合物拌合60～90s；
31.(5)向步骤(4)拌合好的混合物中加入0.035重量份复合缓凝剂拌合60～90s；
32.(6)将步骤(5)中拌合好的混合物用压力机进行试件的成型，直至上下垫块完压入模具为止，待试件成型2h之后进行脱模，试件脱模后放入温度20℃，相对湿度≥95％的水泥混凝土恒温恒湿养护箱中养护至指定龄期。
33.所述集料的级配满足：通过筛孔尺寸为31.5mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为
19.0mm的百分率为75％～85％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为42％～54％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为25％～35％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为16％～26％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为8％～15％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为0～5％。
34.所述集料的集配为：通过筛孔尺寸为31.5mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为19.0mm的百分率为78％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为46％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为30％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为21％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为10％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2.8％。
35.所述复合缓凝剂包括0.014重量份聚羧酸减水剂和0.021重量份硼砂。
36.所述复合早强剂包括0.009重量份碳酸锂和0.0021重量份甲酸钙。
37.实施例2
38.同实施例1，区别在于，原料组成及其配比为：集料100重量份、硫铝酸盐水泥4.0重量份、聚羧酸减水剂0.016重量份、硼砂0.024重量份、碳酸锂0.01重量份、甲酸钙0.024重量份和水3.8重量份，其中包括步骤(2)中3.0重量份水，步骤(4)中0.8重量份水。
39.实施例3
40.同实施例1，区别在于，原料组成及其配比为：集料100重量份、硫铝酸盐水泥4.5重量份、聚羧酸减水剂0.018重量份、硼砂0.027重量份、甲酸钙0.027重量份、碳酸锂0.0113重量份和水3.8重量份，其中包括步骤(2)中3.0重量份水，步骤(4)中0.8重量份水。
41.对比例1
42.(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：
43.(2)向100重量份集料总体中加3.2重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润4h备用；
44.(3)将4.0重量份普通硅酸盐水泥与浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入0.8重量份外掺水进行拌合120～150s；
45.(4)将步骤(3)中拌合好的混合物用压力机进行试件的成型，直至上下垫块完压入模具为止，待试件成型2h之后进行脱模，试件脱模后放入温度20℃，相对湿度≥95％的水泥混凝土恒温恒湿养护箱中养护至指定龄期。
46.所述集料的级配与实施例1相同。
47.所述普通硅酸盐的强度等级为42.5。
48.对比例2
49.(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：
50.(2)向100重量份集料总体中加入3.2重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润4h备用；
51.(3)将4.0重量份普通硅酸盐水泥与0.01重量份碳酸锂、0.024重量份甲酸钙混合均匀，得到水泥与早强剂混合物；
52.(4)将浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入步骤水泥与早强剂混合物拌合60～90s；
53.(5)将步骤(5)中拌合好的混合物用压力机进行试件的成型，直至上下垫块完压入模具为止，待试件成型2h之后进行脱模，试件脱模后放入温度20℃，相对湿度≥95％的水泥混凝土恒温恒湿养护箱中养护至指定龄期。
54.所述集料的级配与实施例1相同。
55.所述普通硅酸盐的强度等级为42.5。
56.对比例3
57.(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：
58.(2)向100重量份集料总体中加入3.2重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润4h备用；
59.(3)将4.0重量份普通硅酸盐水泥与0.4重量份ses
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型早强剂混合均匀，得到水泥与复合早强剂混合物；
60.(4)将浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入0.8重量份外掺水进行拌合30～40s，加入所述水泥与复合早强剂混合物拌合60～90s；
61.(5)将步骤(4)中拌合好的混合物用压力机进行试件的成型，直至上下垫块完压入模具为止，待试件成型2h之后进行脱模，试件脱模后放入温度20℃，相对湿度≥95％的水泥混凝土恒温恒湿养护箱中养护至指定龄期。
62.所述集料的级配与实施例1相同。
63.所述普通硅酸盐的强度等级为42.5。
64.测试例1
65.采用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(jtge51-2009)规定的试验方法测定实施例1、实施例2、实施例3的12h、1d、3d、7d和对比例1、对比例2、对比例3的1d、3d、7d和28d的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度并进行28d干缩试验。
66.无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度检测结果下：
[0067][0068][0069]
由表1可知，实施例2和实施例3的12h无侧限抗压强度高于对比例1和对比例2的7d无侧限抗压强度，实施例1的12h无侧限抗压强度略低于对比例1的7d无侧限抗压强度。由此可见，普通早强剂虽然能提高水泥的早期强度，但提升效果不明显，其对水泥早期强度的提升效果显著低于本发明的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石。
[0070]
劈裂抗拉强度发展规律和无侧限抗拉强度的规律类似，都是随着龄期和水泥含量
的增大而增大，实施例2和实施例3的12h劈裂抗拉强度高于对比例1的7d劈裂抗拉强度，实施例1的12h劈裂抗拉强度略低于对比例1的7d劈裂抗拉强度。
[0071]
若7d无侧限抗压强度指标为6mpa，那么采用本发明的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石可在12h～1d内达到面层施工强度要求，实现快速开放交通的技术效果。
[0072]
干缩试验结果如下：
[0073]
[0074][0075]
由表2可知，实施例1、实施例2、实施例3与对比例1、对比例2、对比例3的干缩应变的变化规律趋势相似，都是随着龄期的增长而增加。对比实施例1、对比例2和对比例3的干缩系数，可知当水泥含量增加时，水泥稳定碎石的干燥收缩变大。不同的是实施例1、实施例2和实施例3的干燥收缩主要集中在3d内，而对比例1、对比例2和对比例3的干燥收缩则是在前期持续发展，7d后增长速度才逐步放缓。相同龄期时，实施例1、实施例2和实施例3的干缩系数均小于对比例1、对比例2和对比例3。由对比例1、对比例2和对比例3可知，早强剂可以减小水泥稳定碎石的干燥收缩，但减小效果较本发明中提出的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石差。
[0076]
综上所述结，本发明的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石相比普通硅酸盐水泥稳定碎石能够在更短的时间内达到较高的强度，在进行水稳基层修复时，能实现快速开放交通。相同龄期时，本发明的超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石相较于普通硅酸盐水泥稳定碎石有着更高的劈裂抗拉强度，和较小的干燥收缩，抗裂性能更好，能提高路基路面的使用寿命。
[0077]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

技术特征：

1.一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)集料准备：将所用的集料逐级筛分，得到集料总体：(2)向100重量份集料总体中加入2～3重量份水进行拌料，将拌和均匀后的集料放入密闭容器或封口塑料袋内浸润备用；(3)将3～5重量份水泥与0.025～0.045重量份复合早强剂混合均匀，得到水泥与复合早强剂混合物；(4)将浸润完全的集料总体倒入拌和锅并加入0.5～2.5重量份外掺水进行拌合30～40s，加入所述水泥与复合早强剂混合物拌合60～90s；(5)向步骤(4)拌合好的混合物中加入0.03～0.05重量份复合缓凝剂拌合60～90s；(6)将步骤(5)拌合好的混合物充分压实后养护至相应龄期。2.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中浸润时间为4～6h。3.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中养护温度为20℃，养护相对湿度≥95％。4.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述集料为石灰岩，其级配满足：通过筛孔尺寸为31.5mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为19.0mm的百分率为75％～82％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为44％～50％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为28％～34％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为18％～23％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为8％～15％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2～4％。5.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述水泥为42.5硫铝酸盐水泥。6.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述复合缓凝剂包括0.01～0.02重量份聚羧酸减水剂和0.015～0.03重量份硼砂。7.根据权利要求6所述的聚羧酸减水剂为白粉末状，减水率为40％。8.根据权利要求1所述的一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，所述复合早强剂包括0.007～0.015重量份碳酸锂和0.015～0.03重量份甲酸钙。9.一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述方法制备而成。

技术总结

本发明提供了一种超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石及其制备方法，涉及道路建筑材料技术领域。本发明所述超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石以集料总体与掺合料为原料，经集料准备、浸润备用、掺料、养护等步骤制得。本发明通过复配复合缓凝剂以及复合早强剂对硫铝基水泥胶凝材料进行了性能调控，平衡了凝结时间与早期强度之间的关系，使得硫铝基水泥稳定碎石在龄期为12～24h时就能达到较高的无侧限抗压强度和间接抗拉强度，进而在进行水泥稳定碎石基层修复时，实现快速开放交通的技术效果。同时，本发明所述超早强抗裂型硫铝基水泥稳定碎石干燥收缩较小，可延长路基路面的使用寿命。可延长路基路面的使用寿命。