本发明涉及道路工程材料
技术领域：
，特别是涉及一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料及其制备方法。
背景技术：
：远海岛礁建设中，采用传统建设材料，其运输周期长，运输成本高，经济效益差。为加快远海岛礁建设，可采用破碎珊瑚作为建筑材料，提高就地取材率。现有技术中公开了将普硅水泥稳定珊瑚砂作为道路基层或垫层材料，虽然提高了就地取材率，但是，由于海洋岛礁特殊的自然环境，海水对普通硅酸盐水泥硬化后具有较强的腐蚀作用，不利于道路工程的耐久性。同时，现有技术均未消纳岛礁上的固废，甚至还需从内陆运输碎石，无论是环保效益还是经济效益都很低。因珊瑚砂石难以筛分，内部孔隙大，具有较大的吸水性，水泥稳定珊瑚骨料基层的生产和质量控制难度比普通砂石水稳层大。因此，还需通过大量的试验研究和理论分析，提高道路基层材料的耐海水腐蚀性，同时在降低施工难度的情况下还要保证材料的力学等方面的性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料及其制备方法，该材料既具有普通硅酸盐水泥稳定珊瑚骨料粒料基层材料所具有的性能，又提高了基层或垫层材料的耐海水腐蚀性、弯拉强度，大大提高了道路基层或垫层的使用寿命，降低了施工难度，同时本发明还在粒料中大量消纳固废，进一步提高了配合比设计难度，绿色环保，尤其可应用于岛礁上机场跑道和公路、港口码头等道面工程建设。本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：根据本发明的一个方面，本发明提供的一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，原材料包括水泥、粒料、和海水，其中，所述水泥为矿渣硫酸铝酸盐水泥或海工水泥；所述粒料包括珊瑚骨料粒料，以及钢渣细砂、废弃混凝土和垃圾焚烧渣中的一种或多种。优选地，所述钢渣细砂粒径不大于4.75mm；所述珊瑚骨料粒料为0mm～20mm的岛礁现场破碎处理后的自然级配的珊瑚砂石混合料和0mm～45mm岛礁现场破碎处理后的自然级配的珊瑚砂石混合料；废弃混凝土和垃圾焚烧渣粒径为0mm～31.5mm。优选地，粒料为破碎后粒状，最大粒径为45mm；粒料的级配为：0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm粒径范围的质量比为(30～45)：(40～60)：(5～30)。优选地，所述粒料，按照重量份数计，包括：优选地，所述原材料中，海水的施工用水量可以根据珊瑚骨料粒料的含水质量、以及基层或垫层的最佳含水质量具体确定。进一步优选地，所述原材料中，水泥、粒料、海水的质量比为(4-10)：(75-88)：(8-15)。根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料的制备方法，包括：确定粒料组成；将水泥和粒料混合，采用振动搅拌机振动搅拌均匀；加入海水，采用振动搅拌机振动搅拌均匀，得到所述珊瑚骨料粒料基层或垫层材料。进一步地，所述的确定粒料组成的步骤中，包括：确定粒料组分；测定各粒料组分的粒径；根据各组分比例范围和混合后粒料的级配，确定粒料中各组分的比例(即组分具体取值)。进一步地，上述两次振动搅拌中，搅拌线速率可以为1.2～1.8m/s，振动强度可以为5～13，振幅可以为0.8～1.5mm。进一步地，水泥和粒料混合，振动搅拌时间为100～140s，具体可以为120s。加入海水后振动搅拌时间为160～200s，具体可以为180s。优选地，所述海水的施工用水量根据珊瑚骨料粒料的含水质量、以及基层或垫层的最佳含水质量确定。进一步地，根据珊瑚骨料粒料的含水量、以及基层或垫层的最佳含水量确定海水的施工用水量的步骤，具体包括：测定珊瑚骨料粒料含水质量；通过击实试验，确定基层或垫层的最佳含水质量；计算基层或垫层的最佳含水质量与珊瑚骨料粒料含水质量的差值；若差值为正数，则将所述差值作为海水的施工用水量；若差值为负数，对珊瑚粒料珊瑚骨料粒料进行晾晒，再次测量珊瑚粒料珊瑚骨料粒料含水质量，并计算最佳含水质量与基层最佳含水质量的差值，直至差值为正数，然后将所述差值作为海水的施工用水量。与现有技术相比，本发明的优点及有益效果如下：在岛礁建设过程中，吹填产生的珊瑚骨料是砂石混合状态，难以像普通骨料一样在工程应用时进行细筛分，结合实际工程应用情况，本发明将珊瑚骨料只粗筛分为0mm～20mm和0mm～45mm两类，对粒料先进行级配设计，再通过大量试验，得到适用级配比例。同时，充分考虑珊瑚骨料粒料的吸水率大，以及混凝土用水量少的情况，采用振动搅拌机进行搅拌，可以进一步缩短搅拌时间，确保材料搅拌均匀性，提高材料的压实质量。本发明采用耐海水腐蚀水泥、粒料、以及海水作为原料，并对粒料的组成和粒径等进行优化，使得材料最终既具有普通硅酸盐水泥稳定珊瑚骨料粒料基层材料所具有的性能，又提高了基层或垫层材料的耐海水腐蚀性、弯拉强度、弯拉强度，大大提高了道面基层或垫层的使用寿命，尤其可应用于岛礁上机场跑道和公路、港口码头等道面基层或垫层工程建设。本发明的优点及有益效果具体体现在以下几个方面：(1)解决了珊瑚骨料难以像普通骨料一样进行细筛分和级配设计的工程难题，实现了在实际工程中大规模地将珊瑚骨料作为道面基层和垫层材料；(2)采用了矿渣硫铝酸盐水泥或海工水泥，使得材料耐海水腐蚀性进一步增强，抗硫酸盐腐蚀系数大于1.0；(3)原材料采用了珊瑚骨料、废弃混凝土、垃圾焚烧渣，就地取材率高，同时还可消纳近岸区的钢渣细砂，大量消纳岛礁上或近岸固废，节约能源的同时又保护环境；(4)同强度等级条件下，采用了矿渣硫铝酸盐水泥制备的基层弯拉强度比普通硅酸盐水泥稳定基层高50％左右；(5)采用了矿渣硫铝酸盐水泥制备的基层或垫层材料耐酸腐蚀性强，可用于ph在3.0以上的酸性环境中；(6)采用了振动搅拌方式拌合，解决了基层材料难以拌合均匀的难题；(7)采用了的硫铝酸盐水泥或海工水泥早期水化热低，抗裂性能明显高于普通硅酸盐水泥稳定基层。具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案加以说明，但发明保护内容不局限于所述实施例。下述实施例中，所述珊瑚骨料粒料，是指岛礁吹填建设过程中产生的珊瑚砂石，主要化学成分为caco3，并含一定量高镁方解石(ca,mg)co3，通过粗筛分为0mm～20mm和0mm～45mm两个粒径。所述钢渣细砂是转炉钢渣或电炉钢渣经稳定化和磁选除铁处理后符合道路工程用砂要求的细砂，粒径不大于4.75mm。所述废弃混凝土是岛礁上的废弃混凝土作为再生骨料进行再利用，其需要破碎，破碎后粒径小于31.5mm。所述垃圾焚烧渣是指岛礁上生活垃圾焚烧后的炉渣，且满足国家无害固体废弃物标准，粒径小于31.5mm。实施过程中，先测定珊瑚骨料粒料、废弃混凝土、垃圾焚烧渣0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm范围内的比例，依据本发明粒料中各组分比例范围中和混合后粒料级配要求，根据所选组分混合得到所需粒料。本发明中除珊瑚骨料粒料之外的三种粒料均为固废，成本低，且废弃混凝土和垃圾焚烧渣均为岛礁上就地取材，进一步降低了成本；同时本发明采用的水泥，还可弥补这三种粒料相比于花岗岩强度的不足。本发明通过击实试验测定最佳含水质量方法，可参考jtg-e51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》测定，具体为选取5个含水率，进行击实试验，分五层击实，每次击实27次，烘干后确定五个含水率和干密度，以含水率为横坐标，以干密度为纵坐标绘制散点图，并绘制曲线对散点图进行拟合，以最高点对应的坐标为最大干密度和最佳含水率，再根据最佳含水率和材料用量计算得到材料最佳含水量。实施例一一种珊瑚骨料粒料基层材料，包括：4％矿渣硫铝酸盐水泥、30.5％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、10.6％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、20％钢渣细砂、20％废弃混凝土和14.9％的海水。四种粒料混合后的最终级配为：0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm粒径范围的质量比为40：50：10。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)测定珊瑚骨料粒料含水质量为10.5％，根据珊瑚骨料粒料质量计算珊瑚骨料粒料含水质量为4.3％；(2)通过击实试验，确定基层最佳含水质量19.2％；(3)基层最佳含水质量减去珊瑚骨料粒料含水质量得到施工用水量为14.9％；(4)取所述矿渣硫铝酸盐水泥、珊瑚骨料粒料振动拌合均匀；其中，振动强度为10，振幅为1.5mm；搅拌线速率为1.5m/s，搅拌时间为120s。(5)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得底基层材料；其中，振动强度为10，振幅为1.5mm；搅拌线速率为1.5m/s，搅拌时间为180s。实施例二一种珊瑚骨料粒料基层或底基层材料，包括：6％矿渣硫铝酸盐水泥、21.4％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、34.1％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、20％废弃混凝土、10％垃圾焚烧渣和8.5％的海水。四种粒料的最终级配为：0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm粒径范围的质量比为35：45：20。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)测定珊瑚骨料粒料含水质量为14.2％，根据珊瑚骨料粒料质量计算珊瑚骨料粒料含水质量为7.9％；(2)通过击实试验，确定基层最佳含水质量16.4％；(3)基层最佳含水质量减去珊瑚骨料粒料含水质量得到施工用水量为8.5％；(4)取所述矿渣硫铝酸盐水泥、珊瑚骨料粒料振动拌合均匀；其中，振动强度为12，振幅为0.8mm；搅拌线速率为1.7m/s，搅拌时间为100s。(5)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得基层或垫层材料；其中，振动强度为12，振幅为0.8mm；搅拌线速率为1.7m/s，搅拌时间为165s。实施例三一种水泥稳定基层材料，包括：9％海工水泥、13.8％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、31.3％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、10％钢渣细砂、20％废弃混凝土、5％垃圾焚烧渣和10.9％的海水。四种粒料的最终级配为：0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm粒径范围的质量比为30：55：15。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)测定珊瑚骨料粒料含水质量为8.9％，根据珊瑚骨料粒料质量计算珊瑚骨料粒料含水质量为4.0％；(2)通过击实试验，确定基层最佳含水质量15.9％；(3)基层最佳含水质量减去珊瑚骨料粒料含水质量得到施工用水量为10.9％；(4)取所述矿渣硫铝酸盐水泥、珊瑚骨料粒料拌振动合均匀；其中，振动强度为8，振幅为1.1mm；搅拌线速率为1.2m/s，搅拌时间为130s。(5)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得基层材料；其中，振动强度为8，振幅为1.1mm；搅拌速线率为1.2m/s，搅拌时间为200s。上述实施例中，实施例一和二为矿渣硫铝酸盐水泥稳定材料，实施例三为海工水泥稳定材料，为与普通硅酸盐水泥同条件对比，进行了对比例一四至三。对比例一一种普通硅酸盐水泥稳定底基层材料，包括：4％普通硅酸盐水泥、30.5％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、10.6％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、20％钢渣细砂、20％废弃混凝土和14.9％的海水。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取所述普通硅酸盐水泥、珊瑚骨料粒料振动拌合均匀；(2)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得底基层材料。对比例二一种普通硅酸盐珊瑚骨料粒料基层或底基层材料，包括：6％普通硅酸盐水泥、21.4％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、34.1％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、20％废弃混凝土、10％垃圾焚烧渣和8.5％的海水。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取所述普通硅酸盐水泥、珊瑚骨料粒料振动拌合均匀；(2)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得基层或垫层材料。对比例三一种普通硅酸盐水泥稳定基层材料，包括：9％普通硅酸盐水泥、13.8％粒径为0mm～20mm珊瑚骨料粒料、31.3％粒径为0mm～45mm珊瑚骨料粒料、10％钢渣细砂、20％废弃混凝土、5％垃圾焚烧渣和10.9％的海水。上述基层材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取所述普通硅酸盐水泥、珊瑚骨料粒料振动拌合均匀；(2)加入施工用水量，振动拌合均匀，即得基层材料。分别对上述实施例和对比例进行无侧限抗压强度、弯拉强度和硫酸盐干湿循环后的无侧限抗压强度、弯拉强度进行测试，具体如下：(1)试验方法参考jtg-e51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》标准进行7天龄期的无侧限抗压强度和弯拉强度测试。其中，无侧无侧限抗压强度测试是将水泥稳定珊瑚骨料粒料材料在室内成型直径高度×直径＝100mm×100mm的圆柱体试件；弯拉强度测试是将水泥稳定珊瑚骨料粒料材料在室内成型100mm×100mm×400mm的长方体试件。按上述试件成型方法，在温度为20±2℃，湿度为95％以上的养护室里养护28天后，参考g珊瑚骨料粒料基层或垫层材料t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行硫酸盐干湿循环试验，循环次数为30次。(2)试验结果7d无侧限抗压强度和弯拉强度试验结果如表1所示，硫酸盐干湿循环试验结果如表2所示。表1室内水泥稳定材料样品7d无侧限抗压强度和弯拉强度试验结果由表1可知，各配合比强度满足《公路路面基层施工技术细则》4.2.4规定基层和底基层强度要求。同配比不同水泥稳定材料的7d无侧限抗压强度相当，但矿渣硫铝酸盐水泥稳定材料的7d弯拉强度明显高于对应的普通硅酸盐水泥稳定材料。特别是高等级道路对材料的弯拉强度有较高要求，因此矿渣硫铝酸盐水泥更适合做道路基层或底基层稳定材料。表2室内水泥稳定材料样品硫酸盐干湿循环30次后，无侧限抗压强度和弯拉强度试验结果实施例无侧限抗压强度/mpa弯拉强度/mpa实施例一4.10.73实施例二5.31.16实施例三7.51.21对比例一3.00.38对比例二4.10.70对比例三5.10.89由表2可知，经30次硫酸盐干湿循环后，矿渣硫铝酸盐水泥和海工水泥稳定材料的无侧限抗压强度和弯拉强度明显高于普通硅酸盐水泥稳定材料，且由表1和表2可知，经30次硫酸盐干湿循环后，矿渣硫铝酸盐水泥和海工水泥稳定材料的无侧限抗压强度和弯拉强度相对于循环前有增长趋势，而普通硅酸盐水泥稳定材料强度呈衰减趋势。因此，在海洋腐蚀环境中，矿渣硫铝酸盐和海工水泥更适合做道路基层或底基层稳定材料。综上所述，本发明提出的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其成本低，耐海水腐蚀性强，弯拉强度高，早期强度高，早期水化热低，可大量消纳岛礁上或近岸固废，绿色环保，适合作为道路基层或垫层材料，适用于岛礁上机场跑道和公路、港口码头等道面工程建设。以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。当前第1页1 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技术特征：1.一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其特征在于，原材料包括水泥、粒料和海水，其中，所述水泥为矿渣硫酸铝酸盐水泥或海工水泥；所述粒料包括珊瑚骨料粒料，以及钢渣细砂、废弃混凝土和垃圾焚烧渣中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其特征在于，所述钢渣细砂粒径不大于4.75mm；所述珊瑚骨料粒料为0mm～20mm的岛礁现场破碎处理后的自然级配的珊瑚砂石混合料和0mm～45mm岛礁现场破碎处理后的自然级配的珊瑚砂石混合料；所述废弃混凝土和垃圾焚烧渣粒径为0mm～31.5mm。
3.根据权利要求1所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其特征在于，所述粒料，按照重量份数计，包括：
4.根据权利要求1所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其特征在于，所述粒料的级配为：0mm～4.75mm、4.75mm～31.5mm、31.5mm～45mm粒径范围的质量比为(30～45)：(40～60)：(5～30)。
5.根据权利要求1所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料，其特征在于，所述原材料中，水泥、粒料、海水的质量比为(4～10)：(75～88)：(8～15)。
6.一种根据权利要求1所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料的制备方法，其特征在于，包括：
确定粒料组成；
将水泥和粒料混合，采用振动搅拌机搅拌均匀；
加入海水，采用振动搅拌机搅拌均匀，得到所述珊瑚骨料粒料基层或垫层材料；
其中，所述海水的施工用水量根据珊瑚骨料粒料的含水质量、以及基层或垫层的最佳含水质量确定。
7.根据权利要求6所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料的制备方法，其特征在于，所述的确定粒料组成的步骤中，包括：
确定粒料组分；
测定各粒料组分的粒径；
根据各组分比例范围和混合后粒料的级配，确定粒料中各组分的比例。
8.根据权利要求6所述的珊瑚骨料粒料基层或垫层材料的制备方法，其特征在于，根据珊瑚骨料粒料的含水质量、以及基层或垫层的最佳含水质量确定海水的施工用水量的步骤，包括：
测定珊瑚骨料粒料的含水质量；
通过击实试验，确定基层或垫层的最佳含水质量；
计算基层或垫层的最佳含水质量与珊瑚骨料粒料的含水质量的差值；
若差值为正数，则将所述差值作为海水的施工用水量；
若差值为负数，对珊瑚骨料粒料进行晾晒，再次测量珊瑚骨料粒料含水质量，并计算最佳含水质量与基层最佳含水质量的差值，直至差值为正数，然后将所述差值作为海水的施工用水量。
技术总结本发明公开了一种珊瑚骨料粒料基层或垫层材料及其制备方法。原材料包括水泥、粒料和海水，其中，所述水泥为矿渣硫酸铝酸盐水泥或海工水泥；所述粒料包括珊瑚骨料粒料，以及钢渣细砂、废弃混凝土和垃圾焚烧渣中的一种或多种。本发明就地取材、成本低，耐海水腐蚀性强，弯拉强度高，抗裂性能高，抗渗性能高，早期水化热低，施工周期短，适合作为道面基层或垫层材料。本发明采用振动搅拌方式拌合，拌合料均匀，可应用于岛礁上机场跑道和公路、港口码头等道面基层或垫层工程建设。
技术研发人员：丁小平;韩宇栋;齐晓彤;余以明;宋涛文;侯东伟;王振波
受保护的技术使用者：中冶建筑研究总院有限公司;中国京冶工程技术有限公司;北京纽维逊建筑工程技术有限公司
技术研发日：2020.11.12
技术公布日：2021.03.12
