一种低收缩高强度的风积沙路基材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低收缩高强度的风积沙路基材料及其制备方法，该材料包括以下按质量百分数的各组分：风积沙74～78％；水泥6～8％；纳米材料1.5～2.5％；聚乙烯醇0.1～0.5％；高分子乳液0.2～0.8％；水玻璃0.5～1.2％；余量为水。本发明专利技术制备的风积沙路基材料在低收缩率、高强度的同时，具有良好的防水性能，降低水对风积沙路基稳定性的影响，使风积沙路基施工技术在西北地区广泛应用，不仅提高了施工质量，还具有良好的经济环保效益。

A Low Shrinkage and High Strength Aeolian Sand Subgrade Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种低收缩高强度的风积沙路基材料及其制备方法
本专利技术涉及道路工程材料，具体地指一种低收缩高强固化风积沙路基材料及其制备方法。
技术介绍
我国沙漠化土地达到170多万平方公里，占国土面积18％以上，影响全国30个一级行政区省、自治区、直辖市。八大沙漠、四大沙地是我国主要沙源地，南方沿江、河、海也有零星沙地分布。沙漠地区路基填土材料有限，风积沙作为西北地区一项极其丰富且地域性强的材料，若能物尽其用，将风积沙固化后用于路基填料或道路水稳层材料，则可大量降低修路成本。同时降低风积沙对环境的污染。目前关于风积沙固化的研究很多，现有固化剂具有工艺复杂、成本高、材料稀缺、效果不佳、污染环境的缺点。高分子化学材料固沙效果较普通化学材料显著，王银梅等(王银梅,孙冠平,谌文武,丁亮.SH固沙剂固化沙体的强度特征[J].岩石力学与工程学报,2003,22(增2)：2883～2887.)自行研制了新型高分子化学固沙材料SH固沙剂，并对其强度及相关特征进行了试验与分析，结果表明：用SH固沙强度高，抗冻融和耐老化性能好，在沙漠固沙中有广阔的发展前景。但上述SH固沙剂是针对固沙植被新材料，并非针对沙漠地区的路基材料，在沙漠地区极度干燥的环境下，路基材料需要具有高强度来保证承重、低收缩性来防止路面开裂，路基材料底部与湿润的地层接触，需要较好的耐水性防止被地下水侵蚀，现有技术无法满足。因此，需要开发出一种低收缩性、高强度、高耐水性的风积沙路基材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种低收缩性、高强度、高耐水性的风积沙路基材料及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种低收缩高强度的风积沙路基材料，其特征在于，该材料包括以下按质量百分数的各组分：风积沙74～78％；水泥6～8％；纳米材料1.5～2.5％；聚乙烯醇0.1～0.5％；高分子乳液0.2～0.8％；水玻璃0.5～1.2％；余量为水。本专利技术得到的风积沙路基7d无侧限抗压强度达到3.14-5.37MPa，干缩系数29.9-48.6με/％，耐水系数0.84-0.95，兼顾了高强度、低收缩性、高耐水性。优选的，所述纳米材料为平均粒径20-100nm的纳米CaO、纳米MgO、纳米Al2O3中的一种或几种组合。优选的，所述聚乙烯醇为分子量84000～89000的粉末状。优选的，其中所述高分子乳液为固含量30-40％的环氧乳液或EVA乳液。环氧乳液或EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)乳液均为水性溶液。优选的，所述水玻璃模数为2～2.5。以上原料中，水泥为市售普通硅酸盐水泥P.O42.5；纳米CaO、纳米MgO、纳米Al2O3均为市售产品，纳米CaO为安徽宣城晶瑞新材料有限公司生产的NC-1型纳米CaO；市售聚乙烯醇型号为PVA-1788，其平均粘合度为1700～1800DP，分子量84000～89000，粘度21～26cps，pH值为5～7，细度＞120目。水玻璃化学式为Na2O·nSiO2，模数n＝2～2.5。优选的，包括以下按质量百分数的各组分：风积沙74～76％；水泥6～8％；纳米材料2～2.5％；聚乙烯醇0.3～0.5％；高分子乳液0.4～0.6％；水玻璃1～1.2％；余量为水。从上述优选方案得到的风积沙路基7d无侧限抗压强度达到5.16-5.37MPa，干缩系数30.2-31.7με/％，耐水系数0.90-0.91，兼顾了高强度、低收缩性、高耐水性。本专利技术还提供一种任一上述的低收缩高强固化风积沙的制备方法，其特征在于，步骤为：(1)在温度为15～35℃的条件下，将风积沙与全部水量的一半混合搅拌均匀，密封、静置4h，得到混合物A；(2)在生产设备中加入余下的水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入聚乙烯醇、高分子乳液和水玻璃，搅拌10～15min，得到混合物B；(3)将水泥、纳米材料加入干混机中进行混合至均匀，得到混合物C；(4)将混合物A、混合物B、混合物C放入搅拌机中，搅拌3～5min至混合均匀，得到风积沙路基材料。本专利技术的有益效果为：1.水泥为主要强度来源，纳米材料有以下几个作用：(1)胶结填充作用：纳米材料颗粒粒径为纳米级，且具备一定的化学活性，可改变沙土之间的键合作用，形成沙土颗粒间新的胶结，减少孔隙数量和尺寸，改善颗粒级配，再加上其颗粒填充作用，使结构更加密实。(2)表面吸水作用：纳米材料比表面积大，有很好的吸水性，吸水后膨胀，且硬度变大，可抵抗水泥收缩，降低开裂风险。(3)与水反应生成OH-，可增加材料碱性，与水玻璃联合作用可进一步加速水泥的反应。2.一般来说，固化风积沙是一种干硬性的状态，几乎没有流动性，聚乙烯醇是一种高分子聚合物，溶于水后其分子链舒展开来，可大大增加固化沙的流动性，使固化风积沙更佳致密，同时可改善水泥的分散性，使固化风积沙更加均匀，弥补了水泥固化风积沙的局部薄弱问题，可大幅提高风积沙的整体稳定性，聚乙烯醇粘结力较强，与水泥联合固化风积沙可大幅提高其力学性能。3.聚乙烯醇是一种亲水性材料，遇水后其膜易溶解，即耐水性较差，而乳液成膜后，其膜为疏水膜，耐水性很好，可抵挡雨水冲刷和浸泡，且乳液成膜后具有较强的粘结力，可进一步提高固化风积沙的强度。4.纳米材料与聚乙烯醇产生协同作用；由于聚乙烯醇溶于水后会形成如-COOH、-OH等基团，而纳米材料溶于水后，会产生Ca2+，Mg2+，Al3+等离子，-COOH、-OH与Ca2+，Mg2+，Al3+等离子发生络合作用，使高分子与沙粒结合更紧密。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，具体实施例1-8的配方如表1所示。以下所用的水泥为普通硅酸盐水泥P.O42.5，纳米材料为平均粒径20-100nm，纳米CaO为安徽宣城晶瑞新材料有限公司生产的NC-1型纳米CaO，聚乙烯醇型号为PVA-1788，其平均粘合度为1700～1800DP，分子量84000～89000，粘度21～26cps，pH值为5～7，细度＞120目。环氧乳液或EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)乳液均是水性乳液。水玻璃化学式为Na2O·nSiO2，为市售产品，模数n＝2～2.5。表1实施例1-8的配方以上数据单位均为质量份数。实施例1如表1所示，低收缩高强度的风积沙路基材料包括按质量份数的风积沙78份、水泥7份、纳米材料(纳米CaO)1.6份、聚乙烯醇0.2份、高分子乳液(固含量30％的环氧乳液)0.4份、水玻璃(模数为2.5)0.8份、水12份。实施例2如表1所示，低收缩高强度的风积沙路基材料包括按质量份数的风积沙76份、水泥7份、纳米材料(纳米CaO)2.5份、聚乙烯醇0.1份、高分子乳液(固含量35％的环氧乳液)0.6份、水玻璃(模数为2.5)0.8份、水13份。实施例3如表1所示，低收缩高强度的风积沙路基材料包括按质量份数的风积沙74份、水泥8份、纳米材料(纳米CaO)2份、聚乙烯醇0.5份、高分子乳液(固含量40％的环氧乳液)0.5份、水玻璃(模数为2.5)1份、水14份。实施例4如表1所示，低收缩高强度的风积沙路基材料包括按质量份数的风积沙75份、水泥6份、纳米材料(纳米CaO)2.2份、聚乙烯醇0.4份、高分子乳液(固含量40％的环氧乳液)0.4份、水玻璃(模数为2.5)1.1份本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低收缩高强度的风积沙路基材料，其特征在于，包括以下按质量百分数的各组分：风积沙 74～78％；水泥 6～8％；纳米材料 1.5～2.5％；聚乙烯醇 0.1～0.5％；高分子乳液 0.2～0.8％；水玻璃 0.5～1.2％；余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种低收缩高强度的风积沙路基材料，其特征在于，包括以下按质量百分数的各组分：风积沙74～78％；水泥6～8％；纳米材料1.5～2.5％；聚乙烯醇0.1～0.5％；高分子乳液0.2～0.8％；水玻璃0.5～1.2％；余量为水。2.如权利要求1所述的低收缩高强固化风积沙路基材料，其特征在于，所述纳米材料为平均粒径20～100nm的纳米CaO、纳米MgO、纳米Al2O3中的一种或几种组合。3.如权利要求1所述的低收缩高强固化风积沙路基材料，其特征在于，所述聚乙烯醇为分子量84000～89000的粉末状。4.如权利要求1所述的低收缩高强固化风积沙路基材料，其特征在于，所述高分子乳液为固含量30-40％的环氧乳液或EVA乳液。5.如权利要求1所述的低收缩高强固化风积沙路基材料，其特征在于，所述水玻璃模数为2～2.5。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴克雄，李顺凯，明阳，胡锦轩，沈尔卜，骆晚玥，
申请(专利权)人：中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，中交二航武汉港湾新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42