一种高速公路半刚性基层材料及制备工艺的制作方法

本发明涉及道路施工
技术领域：
，具体为一种高速公路半刚性基层材料及制备工艺。
背景技术：
：随着我国国民经济的快速发展，各地区都在如火如荼地开展大量的公路建设项目，对砂砾石、碎石、砂等工程材料的需求量呈几何数的增加。对于现阶段使用比较广泛的半刚性基层材料，主要是由水泥稳定碎石层，需要消耗大量的碎石、砂材料。工程建设中对于碎石、砂等材料的获取主要是通过炸山碎石、挖河采沙等渠道获得，严重破坏生态环境，不符合环境友好型狂会及资源节约型社会的发展要求，与此同时，工程建设中产生的大量土方，这些土方得不到有效利用，造成资源浪费，破坏生态。工程建设的快速增长，使整个社会付出了太多的代价，如何解决经济发展与环境保护的矛盾，合理利用好自然资源，保护生态环境，是我们所面临的重大问题半刚性基层指的是用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体并具有一定抗弯强度的基层，也就是采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层，由于在高速公路建设中，公路基层是重要的一环。例如申请号为201710180365.0，
专利名称：为一种利用土体固化的半刚性基层材料的发明专利，制得的材料具有强度高、水稳性好、耐久性好、抗冻性强、成本低等优点，特别适用道路水稳层、市政道路基层、公路路基、软基固化、轨道交通路基、铁路基层。但是，现有的高速公路半刚性基层材料主要存在以下缺陷：(1)一般的半刚性基层材料，其主要是采用温度收缩系数较高的水泥石作为集料原料，导致成型后的半刚性基层其内部结构发生温度收缩，抗收缩性能不好，在实际使用时内部结构很容易发生形变，导致公路损坏，使用寿命降低，而且上述对比文件中的半刚性材料的抗收缩性也并未得到改善；(2)同时，一般的半刚性基层其内部结构和材料，不仅容易渗水出现腐蚀，而且往往初期成型和后期成型强度达不到要求，不能长久使用。技术实现要素：为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种高速公路半刚性基层材料及制备工艺，采用该配方和工艺所生产出来的半刚性基层材料，成型前后始终具有高强度，而且具有良好的抗温度伸缩性和防腐蚀效果，外部水不易渗透，延长了公路的使用寿命，能有效的解决
背景技术：
提出的问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高速公路半刚性基层材料，一种高速公路半刚性基层材料，其特征在于：包括如下质量分数的材料：稳定混合料40～60份，混合集料100～150份，水泥粉煤灰碎石50～70份，颗粒沥青30～50份，早强剂10～20份，高弹性纤维30～40份，石英碎石40～60份，抗收缩添加剂10～16份，水泥土30～40份，聚合物混凝土40～50份，盐类添加物10～30份。进一步地，所述混合集料由花岗岩、玄武岩、石灰石、白云石和云母粒混合而成，其按照质量分数比例组成为(7～10):(10～16):(12～14):(8～11):(6～9)。进一步地，所述稳定混合料包括破碎卵石、天然砂、粗骨料、增强添加剂和生石灰石，其中破碎卵石的粒径组成包括粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm，且粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm的质量比为10:(20～30):15:10。进一步地，所述抗收缩添加剂包括聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其中聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的组成比例为(12～16):30:30:(24～28)。另外，本发明中还提供了一种高速公路半刚性基层材料的制备工艺，包括如下步骤：步骤100、按照配比将原料分为四组，并且分别通过相应的制备工艺获得相对应的基料、抗收缩料、应力改变剂和耐久改性剂；步骤200、向基料中加水混合至半粘结状态，并且逐次向其中应力改变剂，在加入应力改变剂时控制搅拌的理化条件直至搅拌混合形成砂浆状得到初级配料；步骤300、对初级配料逐次顺序加入抗收缩剂和耐久改性剂进行多级发育得到多级成品材料，并且按照级序逐次进行铺设。进一步地，所述步骤s100中，各组的组成及制备工艺为：按照配比比例混合稳定混合料、混合集料、颗粒沥青、石英碎石，先加入稳定混合料和颗粒沥青混合，之后加入石英碎石和混合集料填充，煅烧混合物至300℃维持20～30min，得到基料；将水泥土球磨30～50min得到直径小于1mm的水泥土颗粒粉，煅烧至500℃保持1～2h，冷却至室温得到活性水泥土颗粒粉，将得到的活性水泥土颗粒粉加入水中搅拌混合得到混合浆料，均匀加入高弹性纤维于混合浆料中，搅拌加热并观察直至无明显气泡产生，再加入抗收缩添加剂并持续搅拌20～30min，加热蒸干时水分，直至混合物中含水量降低至30％以下得到抗收缩剂；按照配比比例混合聚合物混凝土和早强剂，搅拌至粉砂状得到应力改变剂；按照配比比例混合水泥粉煤灰碎石和盐类添加物，加水混合至砂浆状得到耐久改性剂。进一步地，所述步骤200中具体过程为：首先，将基料加入封闭容器并加水至搅拌至半粘结状态，以无明显凝结为准；其次，逐次向其中加入应力改变剂，以1000r～2000r/min的转速持续搅拌至砂浆状，使原料处于活动状态；然后将混合物加热至50～70℃，并加入碱性盐类物至混合物中改变ph值，直至ph达到8以上。进一步地，该搅拌的具体的步骤为：在进行搅拌之前首先进行原材料的初次溶胀，然后将其通过胶体磨进行多次剪切搅拌，且剪切搅拌的次数不少于5次，在剪切搅拌的过程中提高温度至150～200℃，在每次搅拌完成之后调整胶体磨的环状动盘和环状定磨磨刀之间的间隙和环状动盘的转速，其该调整的规律具体为：间距小、转速低；间距小、转速高；间距大、转速高；间距小、转速低；间距大、转速低。进一步地，所述步骤300中，多级发育过程为：一级发育：对初级配料首先进行溶胀，并且将溶胀后的初级配料输入发育罐中，保持发育罐内的温度为100～120℃，并且持续搅拌，在搅拌的过程中分多次向其中加入等量的抗收缩剂，保持该稳定的发育环境2～3h得到混合液，并且将该混合液按照比例分为两份；二级发育：将上述其中一份的混合液中通入足量的氮气或者二氧化碳，保持发育罐内的温度为150～200℃，并且持续搅拌，在搅拌的过程中加入耐久改性剂，并且与此同时按照加入的耐久改性剂1:5的质量比加入天然沥青，保持该稳定的发育环境1～2h得到另外一种混合液，并将该混合液也按照比例分为两份；多级发育：将上述其中一份的混合液通过50目的筛网过滤除去其中不能溶解的混合物，并且升高该混合液的温度至200～240℃，持续搅拌，在搅拌的过程中向其中加入抗收缩剂和天然沥青，保持该发育环境1～2h得到混合液，多次重复该步骤获得多级成品材料。进一步地，将配比质量的抗收缩料和应力改变剂加入半粘结的基料中得到混合料，促进石灰在液相中解离形成碱性环境；耐久改性剂加入混合料中生成胶凝性物质加固材料结构，继续深入加入水泥土生产链条状结构；再次加入耐久改性剂并深入水化反应，形成不溶于水的结晶矿物。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的半刚性基层材料使用抗收缩添加剂来增强材料的抗收缩性能，通过增强材料加热固化后形成的空切补偿作用，来充分提高整体的抗收缩性能，同时还具有良好的扩翘曲性能，可很好的改善波纹情况；而水泥水化后的胶体中，ca(oh)2和ca2+和(oh)-共存，而构成粘土的矿物是以sio2为骨架而合成的板状或针状的结晶，通常其表面会带有na+和k+等离子，析出的ca2+离子会与土中的na+和k+离子进行当量吸附交换，其结果使大量的颗粒物形成较大的凝结团，由于水泥水化生成物ca(oh)2具有强烈的吸附性，而使这些较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥土的链条状结构，有封闭土团间孔隙的作用，形成稳定的联结，从而增强混合物的内部强度；而制得的应力改变剂中加入的聚合物混凝土显著地提高了砂浆的抗压、抗拉和弯曲强度，其中抗拉和弯曲强度增长幅度较大，聚合物膜在拉应力作用下由于聚合物的柔性可使裂缝尖端应力松弛，从而抑制的微裂缝的扩展，同时，具有高抗拉强度的聚合物膜可以抵消浆体脆性，并防止裂缝在应力作用下传播，从而增强了基层材料的强度。附图说明图1为本发明的制备工艺工作流程示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本发明提供了一种高速公路半刚性基层材料，包括如下质量分数的材料：稳定混合料40份，混合集料100份，水泥粉煤灰碎石50份，颗粒沥青30份，早强剂10份，高弹性纤维30份，石英碎石40份，抗收缩添加剂10份，水泥土30份，聚合物混凝土40份，盐类添加物10份。所述混合集料包括花岗岩、玄武岩、石灰石、白云石和云母粒，其按照质量分数比例组成为7:10:12:8:6。所述稳定混合料包括破碎卵石、天然砂、粗骨料、增强添加剂和生石灰石，其中破碎卵石包括粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm，且粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm的质量比为10:20:15:10。所述抗收缩添加剂包括聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其中聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的组成比例为12:30:30:24。实施例2本发明还提供了一种高速公路半刚性基层材料，包括如下质量分数的材料：稳定混合料50份，混合集料125份，水泥粉煤灰碎石60份，颗粒沥青40份，早强剂15份，高弹性纤维35份，石英碎石50份，抗收缩添加剂13份，水泥土35份，聚合物混凝土45份，盐类添加物15份。所述混合集料包括花岗岩、玄武岩、石灰石、白云石和云母粒，其按照质量分数比例组成为9:13:13:10:8。所述稳定混合料包括破碎卵石、天然砂、粗骨料、增强添加剂和生石灰石，其中破碎卵石包括粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm，且粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm的质量比为10:25:15:10。所述抗收缩添加剂包括聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其中聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的组成比例为14:30:30:26。实施例3本发明提供了一种高速公路半刚性基层材料，包括如下质量分数的材料：稳定混合料60份，混合集料150份，水泥粉煤灰碎石70份，颗粒沥青50份，早强剂20份，高弹性纤维40份，石英碎石60份，抗收缩添加剂6份，水泥土40份，聚合物混凝土50份，盐类添加物30份。所述混合集料包括花岗岩、玄武岩、石灰石、白云石和云母粒，其按照质量分数比例组成为10:16:14:11:9。所述稳定混合料包括破碎卵石、天然砂、粗骨料、增强添加剂和生石灰石，其中破碎卵石包括粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm，且粒径10～20mm、粒径20～25mm、粒径25～30mm和粒径35～40mm的质量比为10:30:15:10。所述抗收缩添加剂包括聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，其中聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的组成比例为16:30:30:28。上述三个实施例所制得的半刚性基层和传统公路的基层进行对比，主要包括抗压强度mpa、温度收缩系数/10-6、结合作用强度等参数：对比材料抗压强度mpa温度收缩系数/10-6结合作用强度实施例17011强实施例26512强实施例36610强对比材料3519一般其中，水泥石和混合集料的温度收缩系数/10-6表格如下：材料温度收缩系数/10-6花岗岩7～9玄武岩6～8石灰石6～7白云石7～12云母粒10～12水泥石13～20在上述三个实施例中，所制得的材料具有如下优点：(1)本方案中添加的混合集料主要包括花岗岩、玄武岩、石灰石、白云石和云母粒，相对于采用传统的水泥石作为集料，其温度收缩系数大大降低，在应对不同的温度环境时，其内部结构不易发生过大的收缩而导致路面基层出现过度变形，使得成型后的材料对环境的适应性更强，延长公路的使用寿命；(2)进一步的，抗收缩料中使用聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯组成的抗收缩添加剂来增强材料的抗收缩性能，在抗收缩料添加之后，通过增强材料加热固化后形成的空切补偿作用，来充分提高整体的抗收缩性能，同时加入的抗收缩添加剂具有收缩性的同时，还具有良好的扩翘曲性能，可很好的改善波纹情况；(3)同时，在混合集料中，多种材料之间采用合适配比，使得其内部的摩擦力增大，同时添加的颗粒沥青和高弹性纤维在材料内部成型之后，使得材料成型之后内部的凝聚力和结合力更强，有效应对各种作用力；(4)通过增加盐类添加物来改善性能，其利用离子交换、映凝反应和碳酸化作用，将成型的材料内部凝结成为一个整体，提高整个基层的成型强度。如图1所示，本发明还公开了一种高速公路半刚性基层材料的制备工艺，包括如下步骤：步骤100、按照配比将原料分为四组，并且分别通过相应的制备工艺获得相对应的基料、抗收缩料、应力改变剂和耐久改性剂。在本发明中，为了适应大批量的生产，将各组分的配料逐次进行混合配置，该方法的优势除了适应大批量的生产之外，还可以将原料按照不同性质进行分组，在进行最终配料的时候，可以使得原料整体保持良好的反应效率，不会出现局部不均匀的情况，而且将多个原料分别进行划分和配制，在一定程度上还减小了配料的负担，减少因为配制原料过多而容易出错的情况。在步骤s100中，各组分的组成及制备工艺为：按照配比比例混合稳定混合料、混合集料、颗粒沥青、石英碎石，先加入稳定混合料和颗粒沥青混合，之后加入石英碎石和混合集料填充，煅烧混合物至300℃维持20～30min，得到基料。将水泥土球磨30～50min得到直径小于1mm的水泥土颗粒粉，煅烧至500℃保持1～2h，冷却至室温得到活性水泥土颗粒粉，将得到的活性水泥土颗粒粉加入水中搅拌混合得到混合浆料，均匀加入高弹性纤维于混合浆料中，搅拌加热并观察直至无明显气泡产生，再加入抗收缩添加剂并持续搅拌20～30min，加热蒸干时水分，直至混合物中含水量降低至30％以下得到抗收缩剂。按照配比比例混合聚合物混凝土和早强剂，搅拌至粉砂状得到应力改变剂；按照配比比例混合水泥粉煤灰碎石和盐类添加物，加水混合至砂浆状得到耐久改性剂。步骤200、向基料中加水混合至半粘结状态，并且逐次向其中应力改变剂，在加入应力改变剂时控制搅拌的理化条件直至搅拌混合形成砂浆状得到初级配料。在该步骤中，制备最基础的配料，以期在后续的发育中能够按照不同的级序得到不同的配料，通过该方法进行配置优势在于：第一，将基料混合形成半粘结的状态，其本身将适合进行剪切搅拌混合，该搅拌方式能够促进基料中各组分充分的混合；第二，通过逐次的方式加入应力改变剂，能够分多次均匀的将应力改变剂混合到成分中去，而且在多次剪切搅拌的过程中能够使得各组分交织在一起形成网状或者岛状的结构，提高混合物本身组分的联系；第三，在形成初级配料的过程中，可以通过控制其具体的成型理化条件来改变最终初级配料的状态，从而满足不同发育条件的需求。基于上述，在步骤200中具体过程为：首先，将基料加入封闭容器并加水至搅拌至半粘结状态，以无明显凝结为准；其次，逐次向其中加入应力改变剂，以1000r～2000r/min的转速持续搅拌至砂浆状，使原料处于活动状态；然后将混合物加热至50～70℃，并加入碱性盐类物至混合物中改变ph值，直至ph达到8以上。上述中该搅拌的具体的步骤为：在进行搅拌之前首先进行原材料的初次溶胀，然后将其通过胶体磨进行多次剪切搅拌，且剪切搅拌的次数不少于5次，在剪切搅拌的过程中提高温度至150～200℃，在每次搅拌完成之后调整胶体磨的环状动盘和环状定磨磨刀之间的间隙和环状动盘的转速，其该调整的规律具体为：间距小、转速低；间距小、转速高；间距大、转速高；间距小、转速低；间距大、转速低。溶胀是高分子聚合物在溶剂中体积发生膨胀的现象，在上述搅拌的过程中，首先进行溶胀处理的目的在于使得其中的高分子材料充分分散，使其分子之间具有足够的孔隙能够容纳其它的组分从而形成相互关联的结构。而在本发明中，由于含有较多分子量比较大的高分子，而由于高分子的相对分子质量大且具有多分散性，分子形状有线形、支化和交联的不同类型，因此足够本发明中的材料形成更加紧密联系的高分子混合材料。另外，在胶体磨中，由于各组分随着环状动盘的高速旋转受到强大的剪切和碰撞而不断分散，将颗粒磨细，与沥青形成混溶的稳定体系，达到均匀共混的目的，其在本实施方式中起到的作用在于将各个极性不同、成分不相容的组分在剪切中形成稳定的体系。另外，在本发明中，还需要进一步说明的是，胶体磨的运作方式中间距的大小以及转速的高低是相当于胶体磨本身的调节档位来决定的，而不是自身的比较级。为了更好的说明这个问题，在本实施方式中设定：间距最小和转速最低分别为间距小、转速低，而其他任何档位均视为间距大和转速高，因此在本发明中可以灵活的调节高档位的间距和转速，从而满足不同的需求。步骤300、对初级配料逐次顺序加入抗收缩剂和耐久改性剂进行多级发育得到多级成品材料，并且按照级序逐次进行铺设。需要说明的是，本发明所涉及的铺设需要另外混合大理石、灰岩等。在本发明中，由于基层材料在铺设的过程中，其厚度是相当的，因此，为了充分利用该特征，将本发明中的基层材料分为多个级序，而不同的级序，其作用是完全不一样的。为了更好的说明不同级序的作用，在在上述步骤中，多级发育过程具体为：一级发育：对初级配料首先进行溶胀，并且将溶胀后的初级配料输入发育罐中，保持发育罐内的温度为100～120℃，并且持续搅拌，在搅拌的过程中分多次向其中加入等量的抗收缩剂，保持该稳定的发育环境2～3h得到混合液，并且将该混合液按照比例分为两份；二级发育：将上述其中一份的混合液中通入足量的氮气或者二氧化碳，保持发育罐内的温度为150～200℃，并且持续搅拌，在搅拌的过程中加入耐久改性剂，并且与此同时按照加入的耐久改性剂1:5的质量比加入天然沥青，保持该稳定的发育环境1～2h得到另外一种混合液，并将该混合液也按照比例分为两份；多级发育：将上述其中一份的混合液通过50目的筛网过滤除去其中不能溶解的混合物，并且升高该混合液的温度至200～240℃，持续搅拌，在搅拌的过程中向其中加入抗收缩剂和天然沥青，保持该发育环境1～2h得到混合液，多次重复该步骤获得多级成品材料。在上述中，初级配料中由于已经充分混合了应力改变剂，其已经具备了一定的应力作用，因此，在铺设的过程中可以将其作为最底部的基质材料。而在以及发育之后，具有基本的抗收缩的作用，并且是在初级配料的基础上进行的改性，由于在位于底部，其环境温度变化并不是很明显，因此，并不需要超强的抗收缩能力，在该部分中更着重的是应力承受能力，因此可以将以此发育的产物作为初级配料的上覆层形成本发明所涉及的最基本结构。特别需要说明的是，二次发育的产物由于已经接近上覆层，因此，其承受的压应力和剪切应力将均会大于下覆层，这就必须要求该层具有较好的抗应力作用，然而通过试验证明，仅仅是通过添加应力改变剂等方式不能达到相应的要求。其主要的原因在于各组分的极性等属性不同，很难充分结合，为了克服上述问题，在本发明中在二次发育的过程中通入氮气或者二氧化碳的气体，促进有机成分的融合，在胶体磨剪切混合的基础上促进有机成分进入网状或者岛状的间隙中。在增加内部组分联系的同时还通过添加天然沥青促进融合。多级发育的成品材料已经是基层材料中的最上层了，在该层位上的成品材料就必须要考虑到温度变化产生的微裂缝、车辙等的影响，因此，在本发明中，为了尽可能的克服上述缺陷，首先过滤掉其中的大颗粒杂质，将其投入一级发育或者二级发育中使用，特别是对于最上层的发育产品不能含有任何的粗大颗粒，该发育方法获得的表层材料具有粘度大、粘度强的特点，能够适应温度变化产生的微裂缝，通过自身的粘性和可塑性具有自我修复的能力。在该发育的过程中，位于底层的成品材料中，由于含有较多的刚性结构，因此，虽然具有较为致密的结构，但是仍然会存在足够多的孔隙使得路表面进入的水分能够快速的渗透走，避免长期积聚于基层中形成“水损害”，位于顶层具有致密的粘性结构，能够尽可能的避免水分渗透该层进入基层内部。另外，在上述中，将配比质量的抗收缩料和应力改变剂加入半粘结的基料中得到混合料，促进石灰在液相中解离形成碱性环境；耐久改性剂加入混合料中生成胶凝性物质加固材料结构，继续深入加入水泥土生产链条状结构；再次加入耐久改性剂并深入水化反应，形成不溶于水的结晶矿物。由于最终用于铺设的初级配料其具体的使用位置不一致，因此需要对不同的材料进行不同的处理，其按照铺设位置进行划分，由于不同位置承受的压力作用不一样，其成型压力要求也不一样，通过增大底层配料的成型压力，提高其成型稳定性和硬度。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。当前第1页12