一种路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计及制备方法，用碱渣置换石灰土中的部分石灰成分改良石灰土低温性能；在配比设计时，按照试验组设计配合比对进行击实试验，确定各试验组的最佳含水率与干密度，计算出试件材料中碱渣、石灰、土和水的质量，并制备无侧限抗压强度试件进行养护，基于试件冻融循环前后低温性能测试结果，优化设计碱渣最佳剂量和碱渣石灰土配合比。碱渣低温改良剂制备方法为：备料摊铺

【技术实现步骤摘要】
一种路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计及制备方法


[0001]本专利技术涉及道路路面基层材料领域，尤其涉及一种用于路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计及制备方法。

技术介绍

[0002]在道路工程领域，目前道路材料大量使用石灰或水泥等无机结合料基层稳定材料，因其强度高、稳定性好的优点得到了广泛应用。但当石灰稳定类无机结合料处于地表及地下水形成的潮湿环境，在季节性冰冻地区，经过初冬及春融期间反复的冻融循环及冬季的冰冻，易发生冻融损伤，导致石灰土材料强度衰减，局部出现冻胀翻浆破坏。
[0003]随着交通量急剧增加，在交通荷载和自然因素作用下，道路的使用性能衰减也更为明显，季节性冰冻地区高速公路的调查表明基层早期损害多为冻融所致，道路修补需消耗大量的人力物力，因此路面石灰土基层的低温性能备受关注，需加强对基层材料的抗冻融耐久性加以关注。
[0004]碱渣作为纯碱生产过程中产生的工业废渣，因其自然含水量高、压缩性高、失水性差等特性导致碱渣处理和工程化利用难度极大。据统计资料显示：每生产1吨纯碱，排放10m3的废液，最终产生300
‑
600kg固体废渣，目前废渣综合利用率不足15％。研究表明碱渣中含有CaCO3、SiO2、Al、Fe等物质成分，可用作改良剂来改善软土的路用性能、作为固化剂研究对淤泥的加固效果显著，对路基土材料的强度和稳定性进行有效改良。同时碱渣中含有一定量的氯离子，能够有效降低材料冰点，改良道路无机结合料的低温性能，但碱渣的剂量需要严格控制。基于上述背景，故萌发了利用碱渣对路面基层石灰土低温性能进行改良试验技术思路，提出碱渣低温改良剂最佳剂量的计算方法，从而达到资源化利用固废碱渣和提高道路材料低温性能双重技术目标。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有道路石灰土材料低温时面临的工程技术难题，本专利技术的目的在于提供一种路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计及制备方法，将固废碱渣作为低温改良剂应用于路面基层石灰土中，代替部分石灰并改良石灰土材料的低温性能，使该低温改良剂具有绿色环保、抗冻性能好、力学性能优良、成本低的优点。
[0006]技术方案：为达到上述目的，本专利技术利用碱渣作为低温改良剂改良路用石灰土低温性能。
[0007]本专利技术路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计方法包括下列步骤：
[0008](1)设原改良石灰土对照组的材料配合比为石灰：土＝X：100，采用碱渣作为低温改良剂替代对照组石灰土中的石灰成分，设计多个试验组，每组试样土的质量配比不变，碱渣依次以x/n(x/n为正整数)递增，石灰含量以x/n递减，n取一个整数值，水的质量参照每组最佳含水率添加。
[0009](2)按照试验组设计配合比对进行击实试验，确定各组试验组的最佳含水率与干
密度。
[0010](3)根据各个试验组的最佳含水率与干密度，计算得出无侧限抗压强度圆柱体试件所需各组材料中碱渣、石灰、土和水的质量；
[0011](4)对照组制备多个对照组无侧限抗压强度试件，对其进行标准养护，养护完成后进行无侧限抗压强度测试，得到其无侧限抗压强度R
c
。
[0012](5)每组试验组制作无侧限抗压强度试件多个，后进行28天标准养护，养护完成后进行冻融循环试验，冻融循环结束后，进行无侧限抗压强度测试，得到R
DC
，计算各组试件的抗压强度损失率BDR，即：
[0013](6)基于实验组抗压强度损失率结果，进行数据拟合分析，得到强度损失率与碱渣剂量的关系式y＝92.582+30.34567x
‑
3.77389x2或y＝78.994+21.4645x
‑
3.8737x2，对拟合式进行求导得到y
’
，令y
’
＝0得到低温改良剂碱渣最佳剂量，确定碱渣石灰土配合比。
[0014]步骤(3)中，根据各组试验组的最佳含水率与干密度，且各组试件均制为直径*高＝Φ50mmx50mm，制作单个试件所需要材料的总质量：m0＝V
×
ρ
max
×
(1+ω
opt
)
×
γ，考虑到试件成型过程中的质量损耗，实际操作过程中每份试件的质量可增加0～2％，即：m'0＝m0×
(1+δ),每份试件的干料(包括干土和无机结合料)总重：使用外掺法计算将每份试件中的无机结合料质量则每个试件中干石料质量m3＝m1‑
m2,每份试件中的加水量m
w
＝(m2+m3)
×
ω
opt
，
[0015]上述公式中：V
‑
试件体积(cm3)，ω
opt
‑
混合料最佳含水率(％)，ρ
max
‑
混合料最大干密度(g/cm3)，γ
‑
混合料压实度标准(％)，m'0，m0‑
混合料质量(g)，m1‑
干混合料质量(g)，m2‑
无机结合料质量(g)，m3‑
干试料质量(g)，δ
‑
计算混合料质量的冗余量(％)，α
‑
无机结合料的掺量(％),m
w
‑
加水质量(g)计算得出无侧限抗压强度圆柱体试件所需各组材料中碱渣、石灰、土和水的质量。
[0016]作为优选，碱渣剂量与碱渣石灰土的最佳配合比有两种，分别为：碱渣是干土质量的4.0％，石灰是干土质量的8.0％，水在最佳含水率状态；碱渣是干土质量的2.7％，石灰是干土质量的6.3％，水在最佳含水率状态。
[0017]本专利技术路用石灰土的碱渣低温改良剂的制备方法包括下列步骤：
[0018](1)选择干燥水泥场地，对碱渣进行摊铺，摊铺厚度为10～20cm；
[0019](2)对摊铺的碱渣持续3～4天的晾晒，期间每天进行一次翻晒，用轮胎压路机碾压碱渣，初步破碎大块碱渣，若期间遇降雨天气，对摊铺碱渣进行遮盖，避免淋湿碱渣；
[0020](3)对碱渣进行采样，通过烘干法测定碱渣含水率，确定碱渣含水率是否小于40％，若高于40％，则重复步骤(2)，碱渣含水率宜大于30％，否则硬度大，破碎机破碎难度大。达到设计含水率状态(30％～40％之间)即准备进行下一步筛分、破碎；
[0021](4)将含水率在30％～40％自然风干碱渣进行筛分，过4.75mm标准筛，并按既定质量装入防水袋，未过筛的碱渣利用破碎机破碎后再过4.75mm标准筛，每袋装入的碱渣质量按现场网格法计算的每个网格单元格需要的碱渣量装袋，定量装袋方便现场网格法每个网格碱渣剂量的撒布与控制；
[0022](5)按网格法计算的石灰含量进行石灰撒布，利用机械对材料进行均匀拌合，按碱渣石灰土最佳含水量喷晒水量，然后进行现场碾压成型。
[0023]工作原理：本专利技术的专利技术构思为，碱渣成分以CaCO3、Ca(OH)2和CaCl2为主，以及有少量的C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)设原改良石灰土对照组的材料的配合比为石灰：土＝X：100(质量比)，采用碱渣作为低温改良剂替代对照组中石灰土中的石灰成分，设计多个试验组，每个试验组试样土的质量不变，碱渣依次以x/n％(x/n为正整数)递增，石灰含量以x/n％递减，n取一个整数值，水的质量参照每组试验中最佳含水率添加；(2)按照多个试验组设计配合比进行击实试验，确定各个试验组的最佳含水率与干密度；(3)根据各个试验组的最佳含水率与干密度，计算得出试验组的无侧限抗压强度试件所需碱渣、石灰、土和水质量；(4)对照组制备多个无侧限抗压强度试件，进行标准养护，养护完成后进行无侧限抗压强度测试，得到无侧限抗压强度对照组R
c
；(5)每个试验组制作无侧限抗压强度试件多个，后进行标准养护，养护完成后进行冻融循环试验，冻融循环结束后，进行无侧限抗压强度测试，得到每组多次冻融循环后的抗压强度R
DC
,计算各组试件的抗压强度损失率BDR；(6)基于实验组抗压强度损失率BDR结果，进行数据拟合分析，得到强度损失率与碱渣剂量的关系式，基于分析结果得到低温改良剂碱渣最佳剂量，确定碱渣石灰土配合比。2.根据权利要求1所述的路用石灰土的碱渣低温改良剂的配比设计方法，其特征在于：步骤(3)中，根据各个试验组的最佳含水率与干密度，制作单个试件所需要材料的总质量：m0＝V
×
ρ
max
×
(1+ω
opt
)
×
γ，操作过程中每份试件的质量增加0～2％，即：m'0＝m0×
(1+δ),每份试件的干土和无机结合料总重：使用外掺法计算将每份试件中的无机结合料质量合料质量则每个试件中干石料质量m3＝m1‑
m2,每份试件中的加水量m
w
＝(m2+m3)
×
ω
opt
；其中，V
‑
试件体积(cm3)，ω
...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷伟，唐伊婷，王国栋，朱胜雪，李慧，张坤，白小敏，孙泽霖，于子祥，乔闻，朱智凌，李欣芋，曹明星，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：