CN109516736A - 一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石及其制备方法，属于道路建筑材料技术领域，由水泥、SBR乳胶、相变碎石、普通碎石和水制成，各原料按重量份计为：水泥4～6，SBR乳胶0.4～0.8，相变碎石55～65，普通碎石35～45，水4.5～5.5；所述相变材料采用正十四烷、硬脂酸丁酯、正十六烷、正十七烷中的一种或多种混合物。本发明从源头上主动控制水泥稳定碎石基层的温度收缩，结果显示，本发明水泥稳定碎石的温度收缩系数能够降低30％以上。由于水泥稳定碎石基层的温度收缩裂缝得到有效控制，沥青路面在服务期内很难形成反射裂缝，保证了路面服务质量，并可延长路面服务寿命。

Description

一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石及其制备方法
技术领域
本发明属于道路建筑材料技术领域，具体涉及一种温度收缩主动控制型水 泥稳定碎石及其制备方法。
背景技术
半刚性基层沥青路面是我国的主要路面结构形式，其中，半刚性基层是主 要承重层。水泥稳定碎石基层具有力学性能优良、板体性能好、刚度大、承载 能力强、适宜的工作性能和方便的施工工艺等优点，因而是目前最为常用的半 刚性基层形式。但该种类型混合料在开放交通后，受到昼夜温差以及年温差的 影响不断发生温度收缩并产生温度收缩裂缝。这种裂缝在交通荷载作用下逐渐 扩展至路面层，形成反射裂缝，严重影响路面的服务质量和寿命。
目前，传统的防治沥青路面反射裂缝的措施包括增加沥青面层厚度、提高 沥青混合料的抗裂能力、设置土工布夹层、玻纤格栅夹层、SAMI应力吸收层和 沥青碎石联结层，这些都是被动的防反措施，虽有效果但不能从根本上遏制反 射裂缝的形成。防反关键是要在源头上入手，例如，主动去控制基层的裂缝形 成和发展。
近年来，许多研究从集料级配、水泥剂量、含水量、施工方法等多方面来 改善水泥稳定碎石的收缩性能；也有研究向水泥稳定碎石混合料内添加纤维等 提高混合料的抗裂性能。温度收缩在混合料的收缩中占有较大比例，特别是在 混合料达到一定强度、水分散失完后，温度收缩主导着混合料的整个收缩过程。 然而，目前并没有针对水泥稳定碎石温度收缩的有效控制方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种温度收缩主动控制型水 泥稳定碎石及其制备方法，以主动控制水泥稳定碎石基层的温度收缩裂缝的形 成和发展。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，由水泥、SBR乳胶、 相变碎石、普通碎石和水制成，各原料按重量份计为：水泥4～6，SBR乳胶0.4～0.8，相变碎石55～65，普通碎石35～45，水4.5～5.5；
所述相变碎石由硅藻土、相变材料、水泥和水制成，相变材料采用正十四 烷、硬脂酸丁酯、正十六烷、正十七烷中的一种或多种混合物。
作为优选，所述硅藻土和相变材料的质量百分比为(50～80％)：(20～50％)。
作为优选，所述相变碎石由2档粗集料和1档细集料组成，其粗集料规格 分别为4.75～9.5mm和2.36～4.75mm，其细集料的规格为0～2.36mm。
作为优选，所述相变碎石中三档集料的质量比为(4.75～9.5mm)：(2.36～4.75mm)：(0～2.36mm)＝(36～42)：(20～28)：(34～40)。
作为优选，所述普通碎石的粒径分布为9.5～31.5mm。
作为优选，所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间≥3h，终凝时间 ≥6h，3d胶砂强度≥11MPa。
作为一个总的发明构思，本发明还提供所述温度收缩主动控制型水泥稳定 碎石的制备方法，包括以下步骤：
S1.将相变材料加热，使其充分融化成液态，将加热好的硅藻土加入液态的 相变材料中，充分搅拌，烘干，粉碎研磨后过筛，得到复合相变材料；
S2.将复合相变材料、水泥和水拌合均匀，硬化后养护7天，制备得到相变 水泥石；
S3.将步骤S2所得相变水泥石破碎成粒径分布在4.75～9.5mm、2.36～ 4.75mm和0～2.36mm的相变碎石；
S4.按预定比例将SBR乳胶、相变碎石、普通碎石、水泥和水充分搅拌， 制备得到温度收缩主动控制型水泥稳定碎石。
进一步，步骤S1中，所述相变材料的加热温度为80～120℃。
进一步，步骤S1中，所述硅藻土的加热温度为180～220℃。
进一步，步骤S1中，粉碎研磨后过0.075mm的方孔筛。
进一步，步骤S2中，所述复合相变材料和水泥的质量百分比为(4～8％)： (92～96％)。
进一步，步骤S2中，控制水胶比为0.3～0.5。
本发明提供一种具有自调温功能的水泥稳定碎石混合料，当路面与外界环 境进行热交换时，自调温水泥稳定碎石能够保持温度不变或延缓温度发生变化， 在低温气候下，当路面与外界发生热交换时，该材料能够保持基层内的温度不 变或延迟温度降低，从而可以主动控制基层内发生温度收缩裂缝，减少后期沥 青路面的反射裂缝，提高路面服务质量并延长服务寿命。
本发明所述温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，通过添加SBR乳胶，填充 水泥稳定碎石材料的内部空隙，增加了水泥稳定碎石基层的柔性，改善其过渡 区薄弱面，以提高水泥稳定碎石抗裂性。本发明利用相变材料相变过程吸收或 释放大量热量而本身温度不改变或变化很小的特性，制备了相变碎石并替代部 分普通碎石，以起到当路面与外界环境发生热交换时，相变碎石中包含的相变 材料能够保持总体温度不变或延缓温度发生变化，从而减少温度收缩裂缝的发 生。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)本发明所述温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，可以从源头上主动控制 水泥稳定碎石基层的温度收缩，结果显示，本发明水泥稳定碎石的温度收缩系 数能够降低30％以上。
(2)本发明所述温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，由于水泥稳定碎石基层 的温度收缩裂缝得到有效控制，沥青路面在服务期内很难形成反射裂缝，保证 了路面服务质量，并可延长路面服务寿命。
(3)本发明制备工艺简单、成本低、易实施，具有主动调节半刚性基层内温 度的功能，从而有效延迟温度收缩裂缝形成和发展，为减少沥青路面反射裂缝 提供了解决方案。
具体实施方式
下面将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 述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，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。
下面结合实施例对本发明方案作进一步的阐述。
实施例1
本实施例所用原料按重量份计为：P.O.42.5普通硅酸盐水泥4.0，SBR乳胶 0.5，相变碎石55，普通碎石45，水4.7。
本发明提供一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，包括以下 步骤：
(1)将正十四烷加热至100℃，使其充分融化成液态，将硅藻土加热至200℃， 然后将硅藻土加入到液态的正十四烷中，控制硅藻土和正十四烷的质量百分比 为65％：35％，充分搅拌，烘干，粉碎研磨后过0.075mm的方孔筛，得到复合 相变材料，相变温度为5.8℃；
(2)将复合相变材料、P.O.42.5普通硅酸盐水泥和水混合，控制水胶比为0.3， 复合相变材料和水泥的质量百分比4％：96％，拌合均匀，硬化后养护7天，制 备得到相变水泥石；
(3)将相变水泥石破碎成粒径分布在4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～ 2.36mm的相变碎石，相变碎石中各档集料的比例为：(4.75～9.5mm)：(2.36～ 4.75mm)：(0～2.36mm)＝38：26：36；
(4)按预定比例将SBR乳胶、相变碎石、普通碎石混合，加入水湿拌1min， 将拌合完成混合料包裹塑料薄膜放置1h，最后加入P.O.42.5普通硅酸盐水泥湿 拌3min，然后在振动成型方式下成型圆柱体试件(Ф150×h100mm)，采用《公 路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)规定的应变片法测定 0～10℃区间的温度收缩系数，结果如表1所示。
对比例1
本对比例所用原料按重量份计为：P.O.42.5普通硅酸盐水泥4.0，SBR乳胶 0.5，普通碎石100，水4.7。
普通碎石中各档集料的比例为：(9.5～31.5mm)：(4.75～9.5mm)：(2.36～4.75mm)：(0～2.36mm)＝45：21：14：20。
混合料拌合以及温度收缩系数的测定与实施例1完全相同，温度收缩系数 结果如表1所示。
实施例2
本实施例所用原料按重量份计为：P.O.42.5普通硅酸盐水泥5.0，SBR乳胶 0.7，相变碎石60，普通碎石40，水5.5。
本发明提供一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，包括以下 步骤：
(1)将正十七烷加热至100℃，使其充分融化成液态，将硅藻土加热至200℃， 然后将硅藻土加入到液态的正十七烷中，控制硅藻土和正十七烷的质量百分比 为73％：27％，充分搅拌，烘干，粉碎研磨后过0.075mm的方孔筛，得到复合 相变材料，相变温度为21.6℃；
(2)将复合相变材料、P.O.42.5普通硅酸盐水泥和水混合，控制水胶比为0.5， 复合相变材料和水泥的质量百分比7％：93％，拌合均匀，硬化后养护7天，制 备得到相变水泥石；
(3)将相变水泥石破碎成粒径分布在4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～ 2.36mm的相变碎石，相变碎石中各档集料的比例为：(4.75～9.5mm)：(2.36～ 4.75mm)：(0～2.36mm)＝36：30：34；
(4)按预定比例将SBR乳胶、相变碎石、普通碎石混合，加入水湿拌1min， 将拌合完成混合料包裹塑料薄膜放置1h，最后加入P.O.42.5普通硅酸盐水泥湿 拌3min，然后在振动成型方式下成型圆柱体试件(Ф150×h100mm)，采用《公 路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)规定的应变片法测定 20～30℃区间的温度收缩系数，结果如表1所示。
对比例2
本对比例所用原料按重量份计为：P.O.42.5普通硅酸盐水泥5.0，SBR乳胶 0.7，普通碎石100，水5.5。
普通碎石中各档集料的比例为：(9.5～31.5mm)：(4.75～9.5mm)：(2.36～4.75mm)：(0～2.36mm)＝40：22：18：20。
混合料拌合以及温度收缩系数的测定与实施例2完全相同，温度收缩系数 结果如表1所示。
表1水泥稳定碎石温度收缩系数
由表1可知，实施例1的温度收缩系数比对比例1降低了0.23με/℃，降低 比例为40.4％；实施例2的温度收缩系数比对比例2降低了0.25με/℃，降低比 例为32.1％。这两个对比结果说明本发明所提出的自调温水泥稳定碎石的温度收 缩系数全面降低，可用于主动控制温度收缩裂缝。
以上所述仅为本发明的实施例代表，依照本发明的方法可制备出其它自调 温水泥稳定碎石、二灰碎石等其它半刚性基层材料用于控制基层的温度收缩裂 缝，凡依本发明精神申请专利范围所做的等效与修饰，皆应属于本发明的涵盖 范围。

Claims (10)

1.一种温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，由水泥、SBR乳胶、相变碎石、普通碎石和水制成，各原料按重量份计为：水泥4～6，SBR乳胶0.4～0.8，相变碎石55～65，普通碎石35～45，水4.5～5.5；
所述相变碎石由硅藻土、相变材料、水泥和水制成，相变材料采用正十四烷、硬脂酸丁酯、正十六烷、正十七烷中的一种或多种混合物。
2.根据权利要求1所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，所述硅藻土和相变材料的质量百分比为(50～80％)：(20～50％)。
3.根据权利要求1所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，所述相变碎石由2档粗集料和1档细集料组成，其粗集料规格分别为4.75～9.5mm和2.36～4.75mm，其细集料的规格为0～2.36mm。
4.根据权利要求3所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，所述相变碎石中三档集料的质量比为(4.75～9.5mm)：(2.36～4.75mm)：(0～2.36mm)＝(36～42)：(20～28)：(34～40)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，所述普通碎石的粒径分布为9.5～31.5mm。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石，其特征在于，所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间≥3h，终凝时间≥6h，3d胶砂强度≥11MPa。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将相变材料加热，使其充分融化成液态，将加热好的硅藻土加入液态的相变材料中，充分搅拌，烘干，粉碎研磨后过筛，得到复合相变材料；
S2.将复合相变材料、水泥和水拌合均匀，硬化后养护7天，制备得到相变水泥石；
S3.将步骤S2所得相变水泥石破碎成粒径分布在4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm的相变碎石；
S4.按预定比例将SBR乳胶、相变碎石、普通碎石、水泥和水充分混合搅拌，制备得到温度收缩主动控制型水泥稳定碎石。
8.根据权利要求7所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述复合相变材料和水泥的质量百分比为(4～8％)：(92～96％)。
9.根据权利要求7所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，步骤S2中，控制水胶比为0.3～0.5。
10.根据权利要求7所述的温度收缩主动控制型水泥稳定碎石的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述相变材料的加热温度为80～120℃；所述硅藻土的加热温度为180～220℃。
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