高速公路路面基层用粘土固化增强剂及其应用

摘要

本发明公开了一种高速公路路面基层用粘土固化增强剂及其应用。所述粘土固化增强剂是由母粉和硅酸盐水泥按二者的重量比为母粉∶硅酸盐水泥＝10－50∶90－50混合而成，所述母粉包含以下组分及重量比：无定形硅粉(活性硅粉)10－50，水泥膨胀剂5－40，明矾5－35，生石灰或熟石灰5－45，氢氧化钠或氢氧化钾0－20，石膏0－20，水泥促硬剂0－5，水泥缓凝剂0－2。将粘土固化增强剂与粘土或含有砂石的粘土按预定重量配比混合，再加水10－30％，搅拌均匀，通过碾压成型，在常温下养护7－14天，即成为高速公路路面基层粘土基复合材料。本发明粘土固化增强剂从制备到应用，无须烧结，工艺简单，节能，环保；施工应用时，粘土可就地取材，免去了采石、碎石和运石工序，可以降低高速公路建设成本，加快施工进度。

说明书

                           技术领域

本发明涉及一种高速公路路面基层用粘土固化增强剂及其应用。

                           背景技术

高速公路的路面基层，传统的结构有：石灰工业废渣稳定土、水泥稳定土、级配碎石等，近几年普遍采用的是水泥稳定碎石层，俗称水稳层。作为水稳层的胶凝固化剂水泥用量比例为4-6％(体积比)，所用碎石须为级配。就基层应力而言，按《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000的要求，高速公路和一级公路路面基层混合料7天浸泡无侧限抗压强度要达到3-5MPa。水稳层的施工材料为普通水泥、碎石和石屑，而碎石和石屑依赖于就近的石场，但高速公路沿线有些路段石料缺乏，而且将岩石破碎后远距离运输至高速公路施工现场，其生产、运输成本高，且运输途中经常造成交通和施工的相互干扰，容易导致施工工期长，公路工程的单位造价升高。同时，在填切不平衡地段时，土石弃方须作处理，既要增加弃土场地，又要增加挖运成本，进一步抬涨了公路建设成本。而且，采石、碎石作业破坏高速公路沿线的生态环境。

                               发明内容

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种可以降低高速公路建设成本，加快施工进度，节约能源，有利保护环境的高速公路路面基层用粘土固化增强剂及其应用。

本发明之粘土固化增强剂由母粉和硅酸盐水泥按二者的重量比为母粉∶硅酸盐水泥＝10-50∶90-50混合而成，所述母粉包含以下组分及重量比：无定形硅粉(活性硅粉)10-50，水泥膨胀剂5-40，明矾5-35，生石灰或熟石灰5-45，氢氧化钠或氢氧化钾0-20，石膏0-20，水泥促硬剂0-5，水泥缓凝剂0-2。

本发明之粘土固化增强剂与粘土或含有砂石的粘土按粘土固化增强剂∶粘土或含有砂石的粘土＝5-40∶95-60混合，即成为高速公路路面基层粘土基复合材料。

工程施工方法是，将本发明之粘土固化增强剂与粘土或含有砂石的粘土按预定重量配比混合，再根据现场粘土含水率的不同加水10-30％，搅拌均匀，通过碾压成型，并在常温下养护7-14天，即成性能良好的高速公路路面基层粘土基复合材料。

该复合材料除用作高速公路路面基层外，还可以用作：(1)二级及以下公路路面基层；(2)一级及以上公路路面底基层；(3)乡村公路路面层；(4)其它土建工程。

本发明之粘土固化增强剂的固化增强化学反应机理是：粘土固化增强剂与粘土复合后，使粘土中的氧化硅、氧化铝、氧化铁颗粒表面活性增加，并发生化学反应，生成水硬性水化硅酸钙、水化铝酸钙和其它水硬性材料，将粘土颗粒粘结起来。水化硅酸钙、水化铝酸钙和其它水硬性材料与粘土构成互穿网络粘土基复合材料，使粘土的强度和水稳定性提高。

本发明之高速公路路面基层用粘土固化增强剂从制备到应用，无须烧结，工艺简单，节能，环保，无“三废”排放；施工应用时，路面基层主要原材料粘土可就地取材，地壳原材料丰富，成本低，免去了采石、碎石和运石工序，可以降低高速公路建设成本，加快施工进度，缩短施工工期，这种粘土基复合材料使用寿命理论上无终止期，可大规模推广应用。

                     具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。

实施例1

(1)称取无定形硅粉45kg，水泥膨胀剂22kg，明矾12kg，氢氧化钠5kg，石膏6kg，生石灰10kg，在环境温度20℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥900kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂100kg，与新鲜粘土900kg混合均匀，另加水120kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为3.0MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例2

(1)称取硅灰50kg，水泥膨胀剂20kg，明矾10kg，氢氧化钠5kg，石膏5kg，熟石灰10kg，在环境温度40℃下，混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥600kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂120kg，与含砂粒20％的新鲜粘土880kg混合均匀，另加水180kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为3.9MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例3

(1)称取稻壳灰40kg，水泥膨胀剂25kg，明矾10kg，氢氧化钠5kg，石膏5kg，熟石灰15kg，在环境温度5℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取42.5号硅酸盐水泥400kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂200kg，与含砂粒20％的新鲜粘土800kg混合均匀，另加水200kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为5.2MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例4

(1)称取无定形硅粉30kg，水泥膨胀剂30kg，明矾5kg，氢氧化钠10kg，石膏5kg，生石灰20kg，在环境温度20℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥230kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂180kg，与含砂粒10％的新鲜粘土820kg混合均匀，另加水160kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为4.7MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例5

(1)称取无定形硅粉10kg，水泥膨胀剂30kg，明矾10kg，氢氧化钠0kg，石膏5kg，熟石灰45kg，在环境温度25℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥400kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂200kg，与含砂粒15％的新鲜粘土800kg混合均匀，另加水200kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为4.3MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例6

(1)称取无定形硅粉20kg，水泥膨胀剂20kg，明矾25kg，氢氧化钠20kg，石膏10kg，生石灰5kg，在环境温度35℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥570kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂150kg，与含砂粒10％的新鲜粘土850kg混合均匀，另加水170kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为3.8MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例7

(1)称取无定形硅粉25kg，水泥膨胀剂38kg，明矾9kg，氢氧化钠10kg，石膏10kg，生石灰5kg，水泥促硬剂2kg，水泥缓凝剂1kg在环境温度10℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥230kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂300kg，与含砂粒10％的新鲜粘土700kg混合均匀，另加水200kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为4.8MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例8

(1)称取无定形硅粉20kg，水泥膨胀剂5kg，明矾17kg，氢氧化钠8kg，石膏20kg，熟石灰30kg，在环境温度35℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥400kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂150kg，与含砂粒10％的新鲜粘土850kg混合均匀，另加水160kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为3.6MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例9

(1)称取无定形硅粉30kg，水泥膨胀剂15kg，明矾35kg，氢氧化钾5kg，石膏0kg，生石灰15kg，在环境温度25℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥230kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于高速公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟高速公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂200kg，与含砂粒20％的新鲜粘土800kg混合均匀，另加水200kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为4.1MPa，符合高速公路路面基层要求。

实施例10

(1)称取无定形硅粉30kg，水泥膨胀剂25kg，明矾10kg，氢氧化钠6kg，石膏5kg，熟石灰24kg，在环境温度25℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥150kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于二级及以下公路路面基层粘土基复合材料配制：

在模拟二级公路路面基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂50kg，与含砂粒20％的新鲜粘土950kg混合均匀，另加水120kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为1.6MPa，符合二级及以下公路路面基层要求。

实施例11

(1)称取无定形硅粉40kg，水泥膨胀剂25kg，明矾10kg，氢氧化钠6kg，石膏5kg，石灰14kg，在环境温度25℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取42.5号硅酸盐水泥100kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于一级及以上公路路面底基层粘土基复合材料配制：

在模拟一级公路路面底基层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂70kg，与含砂粒20％的新鲜粘土930kg混合均匀，另加水130kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为2.3MPa，符合一级及以上公路路面底基层要求。

实施例12

(1)称取无定形硅粉30kg，水泥膨胀剂25kg，明矾10kg，氢氧化钠5kg，石膏8kg，石灰22kg，在环境温度25℃下混合，配制成母粉100kg；

(2)称取32.5号硅酸盐水泥100kg，与第(1)步制得的母粉混合，即成粘土固化增强剂，密封包装，在干燥环境下保存。

用于乡村公路路面层粘土基复合材料配制：

在模拟乡村公路路面层施工工地：用本实施例之粘土固化增强剂200kg，与含砂粒10％的新鲜粘土300kg混合均匀，另加水150kg，搅拌均匀，通过碾压成型，在环境温度下养护7天，取样并在室温下水中浸泡7天，检测其抗压强度为25.6MPa，符合乡村公路路面层要求。