一种用于寒冷地区的路面基层材料及该材料铺设的路面基层的制作方法

本发明涉及一种路面基层材料，特别是涉及一种用于寒冷地区的路面基层材料及该材料铺设的路面基层。

背景技术：

1、目前寒冷地区公路路面基层主要采用以下三类技术方案：一是水泥稳定碎石，以水泥为胶凝材料、以天然碎石为骨料；二是二灰稳定碎石，以石灰、粉煤灰为结合料、以天然碎石为骨料；三是沥青稳定碎石，以沥青为胶结料、以级配碎石为骨料。然而，这些技术存在如下缺陷：

2、1、冻融破坏问题突出。现有路面基层在寒冷地区冬季冻融循环作用下，孔隙水反复冻胀导致内部结构损伤，进而使强度衰减严重，使用寿命缩短30%-50%。

3、2、温缩裂缝普遍。现有半刚性路面基层（水泥稳定、二灰稳定）温缩系数大，在温度骤降时易产生横向裂缝，反射至面层，进而影响路面使用寿命和行车舒适性。

4、3、固废利用率低。现有路面基层多以单一固废为原料，且掺量较低，未能发挥多固废协同效应，难以实现高值化利用。

5、4、缺乏分层差异化设计。现有路面基层结构多为单一材料、且均匀铺筑，未根据不同功能层的需求进行差异化配比设计，造成材料性能与功能需求不匹配。

6、因此，亟需开发一种路面基层材料，该材料应专门针对寒冷地区冻融环境，综合利用黄河泥沙及多种工业固废，并通过分层差异化布局实现抗冻、抗裂与承重协同优化。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种能够利用黄河泥沙及多种工业固废，且兼具承重、抗裂、抗冻功能的路面基层材料。

2、本发明提供了一种用于寒冷地区的路面基层材料，高强度底基层材料包括黄河泥沙、钢渣粗骨料、固废胶凝材料；所述高强度底基层的上部为高抗冻面基层，所述高抗冻面基层材料包括黄河泥沙、钢渣细骨料、固废胶凝材料、粉煤灰、硅灰、引气剂；或者高强度底基层材料包括黄河泥沙、钢渣粗骨料、固废胶凝材料；所述高强度底基层的上部为半柔性抗裂基层，所述半柔性抗裂基层材料包括黄河泥沙、钢渣中骨料、固废胶凝材料、聚合物改性剂；所述半柔性抗裂基层的上部为高抗冻面基层，所述高抗冻面基层材料包括黄河泥沙、钢渣细骨料、固废胶凝材料、粉煤灰、硅灰、引气剂。

3、进一步地，所述黄河泥沙的细度模数为1.0-2.2；所述钢渣粗骨料的陈化时间＞6个月、粒径为5-20mm连续级配；所述固废胶凝材料为矿渣微粉、粉煤灰、电石渣与脱硫石膏；所述钢渣中骨料的陈化时间＞6个月、粒径为0-10mm连续级配；所述聚合物改性剂为可再分散乳胶粉；所述钢渣细骨料的陈化时间＞6个月、粒径为0-5mm连续级配；所述硅灰的比表面积≥15m2/g、sio2含量≥85%、粒径为0.1-0.3μm。

4、进一步地，所述固废胶凝材料中矿渣微粉的比表面积≥400m2/kg、7d活性指数≥70%、so3含量≤4.0%；所述固废胶凝材料中粉煤灰为f类低钙粉煤灰，其45μm筛余≤20%、烧失量≤8%；所述固废胶凝材料中电石渣的ca(oh)2≥75%、含水率≤1.5%；所述固废胶凝材料中脱硫石膏的caso4·2h2o含量≥85%，caso3·0.5h2o含量≤0.3%；所述固废胶凝材料中矿渣微粉、粉煤灰、电石渣与脱硫石膏的质量比为（40-60）：（20-30）：（10-20）：（5-10）。

5、进一步地，所述高强度底基层材料，按质量百分比计，包括如下组分：

6、黄河泥沙        40%-55%

7、钢渣粗骨料      35%-50%

8、固废胶凝材料    10%-15%。

9、进一步地，所述半柔性抗裂基层材料，按质量百分比计，包括如下组分：

10、黄河泥沙        45%-60%

11、钢渣中骨料      25%-35%

12、固废胶凝材料    12%-18%

13、聚合物改性剂    3%-8%。

14、进一步地，所述高抗冻面基层材料，按质量百分比计，包括如下组分：

15、黄河泥沙        45%-55%

16、钢渣细骨料      15%-25%

17、固废胶凝材料    15%-20%

18、粉煤灰          5%-10%

19、硅灰            2%-5%；

20、所述引气剂的加入量为固废胶凝材料质量的0.015%-0.055%。

21、本发明另一目的是提供一种路面基层，包含上述的路面基层材料。

22、进一步地，当路面基层为两层结构时，所述高强度底基层与高抗冻面基层的厚度比为（2-3）：（1-1.5），所述路面基层的总厚度为25-40cm；当路面基层为三层结构时，所述高强度底基层、半柔性抗裂基层与高抗冻面基层的厚度比为（2-3）：（1.4-2）：（1-1.5），所述路面基层的总厚度为30-50cm。

23、本发明复合路面基层结构中高强度底基层厚度最大，承担主要的荷载和应力扩散功能；半柔性抗裂基层厚度适中，起吸收温缩应力、防止裂缝反射的作用；高抗冻面基层厚度最薄，直接抵御冻融循环和水渗透。

24、本发明再一目的是提供一种上述路面基层的铺设方法，当路面基层为两层结构时，所述铺设方法包括以下步骤：高强度底基层铺筑：按预定质量百分比计，将黄河泥沙、钢渣粗骨料与固废胶凝材料干拌混匀，再加水湿拌混匀，水胶比为0.25-0.55，接着摊铺在下承层上，压实，然后拉毛，喷洒界面增强剂，保湿养护；高抗冻面基层铺筑：将黄河泥沙、钢渣细骨料、固废胶凝材料、粉煤灰与硅灰干拌混匀，得到干混合料ⅱ，再将引气剂与水混匀后加入干混合料ⅱ湿拌混匀，水胶比为0.25-0.55，接着摊铺在高强度底基层铺筑上，压实，然后保湿养护；当路面基层为三层结构时，所述铺设方法包括以下步骤：高强度底基层铺筑：按预定质量百分比计，将黄河泥沙、钢渣粗骨料与固废胶凝材料干拌混匀，再加水湿拌混匀，水胶比为0.25-0.55，接着摊铺在下承层上，压实，然后拉毛，喷洒界面增强剂，保湿养护；半柔性抗裂基层铺筑：将黄河泥沙、钢渣中骨料与固废胶凝材料干拌混匀，得到干混合料ⅰ，再将聚合物改性剂与水混匀后加入干混合料ⅰ湿拌混匀，水胶比为0.25-0.55，接着摊铺在高强度底基层上，压实，然后喷洒界面增强剂，保湿养护；高抗冻面基层铺筑：将黄河泥沙、钢渣细骨料、固废胶凝材料、粉煤灰与硅灰干拌混匀，得到干混合料ⅱ，再将引气剂与水混匀后加入干混合料ⅱ湿拌混匀，水胶比为0.25-0.55，接着摊铺在半柔性抗裂基层上，压实，然后保湿养护。

25、本发明的有益效果为：

26、本发明高强度底基层材料以钢渣粗骨料形成骨架结构并承担荷载，以黄河泥沙填充骨架空隙提高密实度，以固废胶凝材料胶结颗粒提供强度，使高强度底基层的7d无侧限抗压强度≥6.0mpa，抗压回弹模量≥1500mpa，压实度≥98%。

27、本发明半柔性抗裂基层材料是在高强度底基层材料的基础上掺入聚合物改性剂，该聚合物改性剂在混合料中形成聚合物-胶凝材料复合三维网络结构，并与胶凝产物交织，从而显著提高材料的抗裂性和低温变形能力，使半柔性抗裂基层的7d无侧限抗压强度≥4.0mpa，温缩系数≤1.2×10-5/℃，极限弯拉应变≥200με，能够有效吸收温缩应力，防止裂缝反射至面层。

28、本发明高抗冻面基层材料是在高强度底基层材料的基础上掺入粉煤灰、硅灰和引气剂，其中，粉煤灰作为微集料填充，改善孔结构；硅灰填充于胶凝材料与骨料间的微孔隙，使孔结构细化，毛细孔比例降低30%以上，从而显著提高抗冻融循环能力；引气剂则引入微细气泡，有效缓解冻胀应力，使高抗冻面基层的7d无侧限抗压强度≥5.0mpa，渗透系数≤1×10-9m/s，吸水率≤5%，冻融循环次数≥250次（且在250次循环后，质量损失率≤5%，强度损失率≤20%），可显著延长寒冷地区路面使用寿命。

29、本发明所用主要原料均为工业固废，按单公里路面基层厚度40cm、宽度12m计算，可消纳固废约1.2万吨，替代天然砂石约1万吨，减少co2排放约500吨，且较传统水泥稳定碎石材料成本降低30%-40%。