專利名稱：膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種減少水泥穩(wěn)定碎石基層在施工成型初期的干縮裂縫，提高水泥 穩(wěn)定碎石抵抗干縮開裂的能力的方法，屬于水泥穩(wěn)定碎石基層抗干縮性能的應用 的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水泥穩(wěn)定類材料作為一種筑路材料，國際上已有半個多世紀的使用歷史。但 在使用中，水泥穩(wěn)定碎石也暴露出收縮變形大、易開裂等缺陷，水泥穩(wěn)定碎石基 層的裂縫在瀝青面層上形成反射裂縫，從而嚴重影響了瀝青路面的使用性能。為了提高水泥穩(wěn)定碎石的性靡，減小其收縮變形，國內(nèi)外已做了不少的研究，如長安大學沙愛民教授則從半剛性路面材料組成及其相互作用等方面，較系統(tǒng)的闡述了半剛性路面材料的強度、變形等路用性能機理，對減少半剛性路面的收縮開裂、提高其早期強度、評定其疲勞及動態(tài)特性等都進行了有益的研究和探索， 長安大學楊紅輝提出了從能量的觀點把應力和應變結(jié)合起來有效地評價半剛性材料的抗裂性；東南大學曾通過對級配的優(yōu)選、細料含量和塑性指數(shù)的控制、水泥 劑量和7d無側(cè)限抗壓強度的確定等措施較好的控制了水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能， 并系統(tǒng)地研究了施工變異性對水泥穩(wěn)定碎石干縮性能的影響。目前，為了減少水泥穩(wěn)定碎石的干縮，常采取三方面的技術(shù)措施 一是加強 水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)護，及時進行保濕養(yǎng)生，并盡快鋪設(shè)下封層和瀝青下面層， 以減少水份的揮發(fā)；二是優(yōu)化水泥穩(wěn)定碎石的配合比，減少水泥穩(wěn)定碎石自身的 干縮變形；三是增設(shè)防止反射裂縫的結(jié)構(gòu)層，如級配碎石層和應力吸收層等。隨 著研究的逐步深入，人們已逐步把添加劑作為減少水泥穩(wěn)定碎石的重要途徑進行 研究，如洛林斯的研究表明，在水泥穩(wěn)定粒料土中，使用粉煤灰水泥或添加CSA、 消石灰等膨脹劑，可使干縮變形減小5 18%;前蘇聯(lián)也有利用表面活性物質(zhì)作為 添加劑來改善水泥穩(wěn)定碎石強度和抗凍性的報道；長安大學沙愛民教授曾系統(tǒng)地研究了通過添加Na2S04來減少石灰穩(wěn)定土和二灰穩(wěn)定土收縮的技術(shù)可行性；東南 大學的初步研究結(jié)果也表明，利用添加劑可使水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫率減少 30%左右，由此可見利用外加劑來補償半剛性材料的收縮是一個有效的途徑。但 是，目前用于改善水泥穩(wěn)定碎石基層干縮性能的添加劑尚未有成型的產(chǎn)品問世。另一方面，為了解決水泥混凝土的收縮開裂等問題，各種類型的膨脹劑于上 世紀七、八十年代即被相繼開發(fā)出來，在混凝土的施工中得到了大面積的應用， 并取得了良好的補償收縮、減少開裂的效果。本發(fā)明即是在借鑒膨脹劑于水泥混 凝土中成功使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分考慮了水泥穩(wěn)定碎石的材料特點，提出了包 括膨脹劑類型選擇、劑量確定、基層施工和養(yǎng)生要求在內(nèi)的一整套膨脹劑在水泥 穩(wěn)定碎石基層的應用技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的使用方法。減少水泥穩(wěn)定碎石基層在施工成型初期的干縮裂縫，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干縮開裂的能力。 ，技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是步驟1:選用硫鋁酸鈣類膨脹劑作為水泥穩(wěn)定碎石基層施工采用的膨脹劑；步驟2:在添加膨脹劑于水泥穩(wěn)定碎石之前，根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，確定膨脹劑的摻量(在水泥穩(wěn)定碎石中使用膨脹劑，膨脹劑的合理用量)；步驟3:在水泥穩(wěn)定碎石拌和設(shè)備上，設(shè)置專用的膨脹劑給料倉，并根據(jù)已確定的膨脹劑合理摻量設(shè)定給料速度；步驟4:正式施工前，進行一定數(shù)量的試拌和，以確定添加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石的拌和時間，步驟5:施工結(jié)束后，對摻加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石基層采取養(yǎng)生措施。 所述步驟2的室內(nèi)試驗有水泥穩(wěn)定碎石的干縮試驗和抗折強度測試。 所述步驟2的水泥穩(wěn)定碎石的膨脹劑摻量為水泥質(zhì)量的5% 10%。 所述步驟5的水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)生時間不少于10天。有益效果本發(fā)明是提高水泥穩(wěn)定碎石基層抗干縮性能的重要手段，發(fā)明在以下幾方面具有明顯的優(yōu)勢。(1)采用外摻法，在水泥穩(wěn)定碎石拌和過程中添加膨脹劑不需要復雜的裝置即可保證添加劑量的準確，添加方法易于操作，便于施工人員掌握。(2) 添加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石表現(xiàn)為較好的補償收縮性能，能夠在較大程 度上減少水泥穩(wěn)定碎石基層在施工成型初期的干縮裂縫。(3) 添加合適劑量膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石具有較大的抗折強度，能在一定程 度上提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干縮開裂的能力。


圖1為水泥穩(wěn)定碎石的變形規(guī)律曲線，應變f，齡期"。圖2為水泥穩(wěn)定碎石試件的抗折強度變化規(guī)律柱狀圖，抗折強度/,膨脹劑摻量/ 。
具體實施方式
1. 膨脹劑的選擇我國的膨脹劑主要用于水泥混凝土中起制約膨脹、抗裂的作用，在混凝土工程 施工中，應用的主要有幾類膨脹劑硫鋁酸鹽系、石灰系、鐵粉系和氧化鎂系。 近年來，用于補償收縮的膨脹劑一般多采用硫鋁酸鹽系。石灰系膨脹劑由于其膨 脹速率對溫度、濕度等環(huán)境影響十分敏感而較難控制，加之保質(zhì)期短等原因使其 使用范圍受限；鐵粉系膨脹劑目前應用很少，僅用于二次灌漿的有約束部位；氧 化鎂系膨脹劑目前主要用于我國大壩建設(shè)中?？紤]到硫鋁酸鹽系膨脹劑應用的廣泛性，本發(fā)明采用硫鋁酸鈣類膨脹劑作為水 泥穩(wěn)定碎石材料的添加劑。硫鋁酸鈣類膨脹劑的主要成分是CaO、 S03、 A1203 組成的化合物的混合物。它們與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學反應，形成三硫型水化 硫鋁酸鈣結(jié)晶體-鈣礬石(C3A*3CaS04，32H20)，并以此結(jié)晶體進行材料的補償收 縮。2. 膨脹劑的摻加劑量發(fā)明從膨脹劑對水泥穩(wěn)定碎石材料的干縮性能和抗折強度兩個方面，考慮膨脹 劑的合理摻加劑量。(1)膨脹劑摻量對干縮性能的影響為了比較分析膨脹劑摻量對水泥穩(wěn)定碎石材料干縮性能的影響，，進行不同摻量的干縮對比試驗。水泥穩(wěn)定碎石試件采用7X7X24cm靜壓小梁試件，試件壓實 度控制為98%。試件首先經(jīng)7d標準養(yǎng)生，然后在恒溫、恒濕的干燥室內(nèi)進行14d 的干縮，然后再將試件置入養(yǎng)護室內(nèi)觀察后期膨脹，試驗結(jié)果如圖1所示。由圖1中可以看出，在養(yǎng)生初期，摻加不同摻量膨脹劑的各試件普遍出現(xiàn)一定 量的膨脹變形，并且隨著膨脹劑劑量的增加膨脹值也在增加。經(jīng)7d養(yǎng)生后，將試 件在自然環(huán)境下進行干縮。從圖1中可以看出，在干縮期內(nèi)各試件都出現(xiàn)了一定 程度的收縮變形。在各條曲線中，沒有添加膨脹劑的試件的收縮曲線，其收縮的 值較大，出現(xiàn)了 250微應變左右的收縮變形。而摻加膨脹劑的試件，雖也出現(xiàn)一 定程度的干縮，但由于在養(yǎng)生期內(nèi)試件已經(jīng)產(chǎn)生了膨脹，因此相對于試件的初始 長度來講，摻膨脹劑后試件在干縮期內(nèi)并未出現(xiàn)明顯的殘余收縮變形；摻5%膨脹 劑的試件保持著相等穩(wěn)定的微膨脹劑變形，而摻15%和20%膨脹劑的試件甚至還 殘留著300微應變左右的膨脹變形。為了進一步驗證摻膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石試件的膨脹穩(wěn)定性，將經(jīng)過干縮后的 試件重新放置在保溫、保濕的標準養(yǎng)護條件下，觀測試件的變形情況。由圖1可 以看出，重新放回到潮濕環(huán)境后，所有試件的干縮變形都有明顯的恢復，特別是 未摻膨脹劑的試件，其干縮變形恢復了 60%左右，殘留了40%左右的不可恢復變 形。摻入5%和10%膨脹劑的試件，在環(huán)境濕度增加的條件下，變形比較穩(wěn)定，總 的變形波動幅度在100微應變以內(nèi)；而摻入20%膨脹劑的試件，還出現(xiàn)了一定程 度的后期膨脹。過多的后期膨脹對水泥穩(wěn)定碎石基層同樣具有較大的危害，特別 是在夏季高溫季節(jié)，當后期膨脹和熱脹作用疊加在一起時，將出現(xiàn)路面的拱脹破 壞?；鶎邮┕ひ?guī)范中規(guī)定，土中硫酸鹽含量超過0.25%的土不應用水泥進行穩(wěn)定， 正是為了避免出現(xiàn)拱脹破壞。綜合整個變形過程可以看出，對于此種水泥穩(wěn)定碎 石摻加5%~10%的膨脹劑，可以使試件在整個干縮期和再養(yǎng)生期內(nèi)的變形都處于 相對穩(wěn)定狀態(tài)，并起到補償收縮的作用。 (2)膨脹劑摻量對抗折強度的影響由于膨脹劑具有填充孔隙，減少試件內(nèi)部原始缺陷的作用，因此，它在一定程 度上可以影響試件的強度。為次，從材料抗折強度變化的角度，分析膨脹劑的合 理摻量。圖2為不同膨脹劑摻量下的水泥穩(wěn)定碎石試件的抗折強度。由圖2可以看出， 在水泥穩(wěn)定碎石混合料中添加適量的膨脹劑可以明顯提高試件的抗折強度。這是由于膨脹劑水化產(chǎn)生的鈣礬石通常填充在試件內(nèi)部的孔隙中，對孔隙起到了一定 的支撐加固作用；同時鈣礬石產(chǎn)生的膨脹又提高了試件的密實度、減少了原始裂 縫的尺寸，從而提高了試件的承載能力。而試件抗彎拉強度的提高又增強了試件 抵抗干縮開裂的能力，因此可以預期摻入5% 10%的膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石基層 的干縮裂縫率應是很小的。而膨脹劑劑量過多時，特別是對于膨脹劑摻量達到15% 時，由于出現(xiàn)比較明顯的后期膨脹，鈣礬石的大量生成將造成試件內(nèi)部的微觀膨 脹開裂，從而使試件的抗折強度降低，因此膨脹劑的劑量必須嚴格控制。需要說明的是，采用了其他廠商生產(chǎn)的硫鋁酸鹽系膨脹劑，進行水泥穩(wěn)定碎石 的干縮試驗和抗折強度的測試，也得到了與上文類似的結(jié)論，因此，膨脹劑的合 理摻量為5%~10%。3.水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)生摻加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石的養(yǎng)護工作是很重要的，養(yǎng)護不好，水泥穩(wěn)定碎石 照樣與普通水泥穩(wěn)定碎石一樣，會產(chǎn)生一定數(shù)量裂縫。膨脹劑加入到水泥穩(wěn)定碎 石中，它們與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學反應，形成三硫型水化硫鋁酸鈣結(jié)晶體-鈣 礬石(C3A*3CaS(V32H20)以補償收縮，由于膨脹劑結(jié)晶體鈣礬石的生成需要水， 這個過程很容易出現(xiàn)由于養(yǎng)護不當造成裂紋大量出現(xiàn)的情況。因此，三硫型水化 硫鋁酸鈣結(jié)晶體生成過程即為水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)生時間。通過對圖1中曲線的分析，不難看出在摻加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石在成型后的 l~10d是膨脹變形的主要階段，此時應特別加強澆水養(yǎng)護，因此，本發(fā)明采用的 養(yǎng)生周期為10d。在此養(yǎng)生周期內(nèi)，可以采用與普通水泥穩(wěn)定碎石基層相同的保濕 保溫養(yǎng)護方式。
權(quán)利要求
1、一種膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1選用硫鋁酸鈣類膨脹劑作為水泥穩(wěn)定碎石基層施工采用的膨脹劑；步驟2在添加膨脹劑于水泥穩(wěn)定碎石之前，根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，確定膨脹劑的摻量，步驟3在水泥穩(wěn)定碎石拌和設(shè)備上，設(shè)置專用的膨脹劑給料倉，并根據(jù)已確定的膨脹劑合理摻量設(shè)定給料速度；步驟4正式施工前，進行一定數(shù)量的試拌和，以確定添加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石的拌和時間，步驟5施工結(jié)束后，對摻加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石基層采取養(yǎng)生措施。
2、 如權(quán)利要求l所述的膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用方法，其特征在于，所述步驟2的室內(nèi)試驗有水泥穩(wěn)定碎石的干縮試驗和抗折強度測試。
3、 如權(quán)利要求l所述的膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用技術(shù)，其特征在 于，所述步驟2的水泥穩(wěn)定碎石的膨脹劑摻量為5% 10%4、 如權(quán)利要求l所述的膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用技術(shù)，其特征在 于，所述步驟5的水泥穩(wěn)定碎石基層的養(yǎng)生時間不少于10天。
全文摘要
膨脹劑在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應用方法包括如下步驟步驟1選用硫鋁酸鈣類膨脹劑作為水泥穩(wěn)定碎石基層施工采用的膨脹劑；步驟2在添加膨脹劑于水泥穩(wěn)定碎石之前，根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，確定膨脹劑的摻量，步驟3在水泥穩(wěn)定碎石拌和設(shè)備上，設(shè)置專用的膨脹劑給料倉，并根據(jù)已確定的膨脹劑合理摻量設(shè)定給料速度；步驟4正式施工前，進行一定數(shù)量的試拌和，以確定添加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石的拌和時間，步驟5施工結(jié)束后，對摻加膨脹劑的水泥穩(wěn)定碎石基層采取養(yǎng)生措施。該方法能減少水泥穩(wěn)定碎石基層在施工成型初期的干縮裂縫，提高水泥穩(wěn)定碎石抵抗干縮開裂的能力。
文檔編號E01C7/08GK101275380SQ20081010075
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者趙永利, 俊 陳, 黃曉明 申請人:東南大學