本发明属于路面基层材料设计技术领域，涉及一种应用于海绵城市建设的透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料及制备方法。
背景技术：
近年来，随着我国城镇化的快速发展，城市发展也面临巨大的环境与资源压力，外延增长式的城市发展模式已难以为继，我国的城镇化必须进入以提升质量为主的转型发展新阶段。为此，必须坚持新型城镇化的发展道路，协调城镇化与环境资源保护之间的矛盾，才能实现可持续发展。党的“十八大”报告明确提出“面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位”。建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市是生态文明建设的重要内容，是实现城镇化和环境资源协调发展的重要体现，也是今后我国城市建设的重大任务。
海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城 市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。
海绵城市的建设途径之一是合理控制开发强度，在城市中保留足够的生态用地，控制城市不透水面积比例，最大限度的减少对城市原有水生态环境的破坏，同时，根据需求增加透水路面的面积，促进雨水的渗透。但是，目前水泥稳定碎石路面基层主要功能是承重及还没有涉及到排蓄水方面的课题。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的上述不足，本路面基层材料的设计，解决了基层作为承重、渗透的功能，为海绵城市建设提供了一种道路工程的解决方案。本发明通过研究透水路面存在的水泥稳定碎石基层强度、空隙率、生产、施工方面的技术难题，提供了一种可应用于海绵城市的透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料，在保证水泥稳定碎石无侧限抗压强度的基础之上，通过级配设计，使其具有足够的空隙率，确保其对雨水的渗透性，解决了水泥稳定碎石作为承重排蓄水层的作用。
同时，本发明还提供了上述透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料的制备方法。
为解决以上问题，本发明采用以下技术方案：
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石基层材料，包括级配碎石、水泥和水，级配碎石的级配范围满足：0.075mm筛孔对应质量通过率0～3%， 0.6mm筛孔对应质量通过率0～6%，2.36mm筛孔对应质量通过率0～12%，4.75mm筛孔对应质量通过率3～18%，9.5mm筛孔对应质量通过率16～36%，19mm筛孔对应质量通过率60～85%，26.5mm筛孔对应质量通过率80～100%，31.5mm筛孔对应质量通过率100%，针片状颗粒含量≤18%，压碎值≤22%。
所述水泥为级配碎石中的粘结料，水泥剂量按质量百分比算为级配碎石干质量的10～12%，优选12%；水灰比0.3～0.5，优选0.43。
所述透水式大孔隙水泥稳定碎石材料，制成的试件，测得其空隙率为16～22%。
所述透水式大孔隙水泥稳定碎石基层材料，制成的无侧限抗压强度试件，测得的7天无侧限抗压强度指标Ra符合以下规定:
对于极重、特重交通，无侧限抗压强度满足4.0～6.0MPa；
对于重交通，无侧限抗压强度满足3.0～5.0MPa；
对于中、轻交通，无侧限抗压强度满足2.0～4.0MPa。
上述无侧限抗压强度测试方法：采用重型击实仪￠150mm成型试件，分三层进行击实，击实次数分别为25次、30次、35次，测得7天龄期的无侧限个抗压强度指标。
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料的制备方法，包括以下步骤：
1)设置级配碎石配合比，采用无侧限抗压强度及空隙率双指标控制级配碎石配合比；
2)按照配合比分选集料和水泥；
3) 室内击实成型试件，并进行无侧限抗压强度及空隙率试验；
4) 集中拌和，分散运送混合料至工地；
5)摊铺，碾压成型；
6)养护。
所述步骤1)，包括以下分步骤：
a)按照级配范围绘制级配曲线，在级配范围内选取三种粗细配比不同的级配碎石混合料，三组级配碎石混合料的配比取值分别位于设计级配曲线的上方、中值及下方，采用重型击实试验确定三组级配碎石混合料的空隙率；
b)按选取的水泥剂量和水灰比进行配料，并采用重型击实试验进行制备试件；
c)对制备的试件进行养护24小时，然后测其空隙率，选取满足空隙率符合设计要求的级配作为设计级配。
上述步骤b)，优选采用水泥剂量为10%、12%，水灰比为0.38、0.43、0.48分别进行重型击实试验。
所述步骤3)，根据成型试件实测的无侧限抗压强度Ra,空隙率为16～22%,试件的无侧限抗压强度应满足以下要求：
对于极重、特重交通，无侧限抗压强度应满足4.0～6.0MPa；
对于重交通，无侧限抗压强度应满足3.0～5.0MPa；
对于中、轻交通，无侧限抗压强度应满足2.0～4.0MPa。
所述步骤5)，松铺系数为1.3～1.5。
所述步骤6)，采用覆盖再生棉洒水养护，养护至上层结构层施工，养生期不小于7天，养护检测指标包括压实度≥99%,现场取芯空隙率18～23%。
与现有技术相比，本发明的有点在于：
1）本发明的大孔隙透水式水泥稳定碎石路面基层材料，通过改善级配碎石的级配组成范围，在保证其承载力的情况下，增加结构的空隙率，使其具有良好的排水功能，同时，较大的空隙率还可有效地减少结构层的收缩、温缩反射裂缝。
2）采用空隙率和无侧限抗压强度双指标进行控制，确保了制得的水泥稳定碎石基层材料具备更高的承载力和排水性能，其级配范围容易得到满足，一般水稳机械就可以进行生产，在不增加投入的情况下，增加了路面的排蓄水功能，提高了路面雨天行驶的安全性。
3）通过以上改进本发明的大孔隙透水式水泥稳定碎石路面基层材料一方面提高了路面的排水性能，另一方面也降低了沥青混凝土路面的反射裂缝，降低了路面的维修费用，提高了社会经济效益。
附图说明
图1为按表1所述级配范围绘制的设计级配曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明技术方案。
本发明的透水式大孔隙水泥稳定碎石基层材料，包括级配碎石、水泥和水，级配碎石的级配范围满足：0.075mm筛孔对应质量通过率0～3%， 0.6mm筛孔对应质量通过率0～6%，2.36mm筛孔对应质量通过率0～12%，4.75mm筛孔对应质量通过率3～18%，9.5mm筛孔对应质量通过率16～36%，19mm筛孔对应质量通过率60～85%，26.5mm筛孔对应质量通过率80～100%，31.5mm筛孔对应质量通过率100%，针片状颗粒含量≤18%，压碎值≤22%。
表1：级配碎石的级配组成范围
水泥为混合料的的粘结料，水泥剂量按照质量百分比算为石料质量的10～12%，水灰比为0.3～0.5。
本发明的透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基压层材料随着水泥剂量的增加，无侧限抗压强度及抗压回弹模量逐渐增大。水泥剂量按照10～12%计算时，材料结构强度高，排水性能好，具有较高的承载力和抗永久变形的能力。
本发明透水式大孔隙水泥稳定碎石基层材料，制成无侧限抗压强度试件，无侧限抗压强度测试方法：采用重型击实仪￠150mm成型试件，分三层进行击实，击实次数分别为25次、30次、35次，测得的7天无侧限抗压强度指标Ra符合以下规定:
空隙率为16～22%。
对于极重、特重交通，无侧限抗压强度满足4.0～6.0MPa。
对于重交通，无侧限抗压强度满足3.0～5.0MPa。
对于中、轻交通，无侧限抗压强度满足2.0～4.0MPa。
实施例1
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料：混合料级配见表2，水泥剂量取10%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.38，无侧限抗压强度试件Ra=2.8MPa,试件空隙率为19.5%，适用于中、轻交通。
实施例2
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料混合料：级配见表2，水泥剂量取10%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.43，无侧限抗压强度试件Ra=3.6MPa,试件空隙率为18.8%，适用于重交通及中、轻交通。
实施例3
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料：混合料级配见表2，水泥剂量取10%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.48，无侧限抗压强度试件Ra=3.3MPa,试件空隙率为19.1%，适用于中、轻交通。
实施例4
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料：混合料级配见表2，水泥剂量取12%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.38，无侧限抗压强度试件Ra=,3.5MPa,试件空隙率为19.6%，适用于重交通及中、轻交通。
实施例5
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料：混合料级配见表2，水泥剂量取12%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.43，无侧限抗压强度试件Ra=4.6MPa,试件空隙率为19.8%，适用于重交通及极重、特重交通。
实施例6
一种透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料：混合料级配见表2，水泥剂量取12%，针片状颗粒含量为12.1%，压碎值18.4%，水灰比采用0.48，无侧限抗压强度试件Ra=4.2MPa,试件空隙率为20.1%，适用于重交通。
表2：透水式大孔隙水泥稳定碎石路面材料的级配组成
由重型击实试验得到各实施例中，混合料的无侧限抗压强度及空隙率，见表3。
表3：实施例1-6的击实试验结果
实施例7
本发明的透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料的制备方法，上述实施例透水式大孔隙水泥稳定碎石路面基层材料均采用此方法制备，包括以下步骤：
1)设置级配碎石配合比，采用无侧限抗压强度及空隙率双指标控制级配碎石配合比：a）按照级配范围绘制设计级配曲线，在级配范围内选取三组粗细配合比不同的级配，三组级配的取值分别位于设计级配曲线范围的上方、中值及下方，采用重型击实试验确定三组级配碎石混合料的空隙率；b)采用水泥剂量为10%、12%，水灰比为0.38、0.43、0.48进行配料，并采用重型击实试验进行制备试件；c）对制备的试件进行养护24小时，然后测其空隙率，选取满足空隙率符合设计要求的级配作为设计级配；
2)按照配合比分选集料和水泥；
3) 室内击实成型试件，并进行无侧限抗压强度及空隙率试验：根据实测试件的无侧限抗压强度Ra,空隙率为16～22%,试件的无侧限抗压强度应满足以下要求：对于极重、特重交通，无侧限抗压强度应满足4.0～6.0MPa；
对于重交通，无侧限抗压强度应满足3.0～5.0MPa；
对于中、轻交通，无侧限抗压强度应满足2.0～4.0MPa；
4) 集中拌和，分散运送混合料至工地；
5)摊铺，松铺系数为1.3～1.5。碾压成型；
6)养护：采用覆盖再生棉洒水养护，养护至上层结构层施工，养生期不小于7天，养护检测指标包括压实度≥99%,现场取芯空隙率18～23%。
可见，本发明的大孔隙透水式水泥稳定碎石路面基层材料，采用空隙率和无侧限抗压强度双指标进行控制，确保了制得的水泥稳定碎石基层材料具备更高的承载力和排水性能，其级配范围容易得到满足，在不增加投入的情况下，增加了路面的排蓄水功能，提高了路面雨天行驶的安全性。
虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术性质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。