一种路面基层混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路基层施工技术领域，尤其涉及一种路面基层混合料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，道路建设也高速发展了数十年，并将持续高速发展。我国道路的路面结构大多为半刚性基层沥青混凝土路面，修建半刚性路面基层消耗了大量的碎石、水泥和石灰，对生态环境造成了一定的损坏，也导致污染，同时价格较高。另一方面，工业的高速发展，排放了大量的工业废渣，例如电石渣、粉煤灰和煤矸石等，如何利用工业废渣修筑半刚性路面基层，是急需要解决的问题。

电石渣是水解电石制取乙炔时大量排放的工业废渣，其主要活性成分是氢氧化钙。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al

电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层能够消耗大量的电石渣、粉煤灰和煤矸石，是高效低耗的战略，是解决严重污染的优选。

目前，电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料的制备工艺如图1所示。它是首先破碎/筛分煤矸石，之后配合煤矸石集料，之后配合电石渣、粉煤灰、煤矸石集料和水，最后搅拌即成电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料。

上述电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料的制备方法工序复杂，成本高，工时长，并且常常出现拌和不均匀即存在团块状的电石渣，导致路面基层强度降低。所以，电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层虽然是早有研究，但目前仍然是处于试验研究应用阶段，并没有大量推广应用。

发明内容

本发明实施例提供一种路面基层混合料，旨在解决现有技术中的路面基层混合料存在制备工序复杂、工时长、并且出现拌和不均匀现象，无法实现对工业废渣的充分利用的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种路面基层混合料，包括以下重量份的原料：

电石渣 10～20份；粉煤灰 10～20份；煤矸石60～70份；水 7～14份。

本发明实施例还提供一种路面基层混合料的制备方法，包括：

按重量比例称取煤矸石、电石渣、粉煤灰与水，并混合，得施工初混料；

将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

本发明实施例中，通过充分利用工业废渣电石渣、粉煤灰以及煤矸石，结合水在特定比例下制备而成的路面基层混合料，一方面，达到拌和均匀，简化工序，提高效率，降低成本的目的；另一方面，实现了高效利用工业废渣修筑半刚性路面基层，大大减轻了环境负荷。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的路面基层早期强度和长期强度均有显著提高。

2、本发明能够使用大量工业废料，环保效益、经济效益和社会效益均有显著效果。

3、本发明简化了制备工艺，减少了配套机械设备，施工技术容易掌握，方便推广应用。

4、与现有技术相比，本发明产生效率提高，成本降低。

附图说明

图1为现有的电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料的制备工艺图；

图2为本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

研究表明，对于悬浮密实式电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层，煤矸石集料的级配的变化对其强度没有规律性的影响；在一定的范围内即±2%集料用量的变化也对其强度没有规律性的的影响。

在本发明实施例中，煤矸石的最大重量份为70份，能够保证路面基层为悬浮密实型结构。

在本发明实施例中，煤矸石的最大粒径为31.5mm。

在本发明实施例中，所述煤矸石按照（T0316-2005）《粗集料压碎值试验》进行试验来表征其强度，压碎值指标为20％。

在本发明实施例中，该路面基层混合料的制备方法包括：选择三组配合比，按重量称取干燥的电石渣、粉煤灰以及煤矸石，并混合，得三组试验初混料，之后把三组试验初混料分别放入破碎机中进行破碎以及拌和处理，最大粒径不大于31.5mm，得三组试验初混破碎料；将所述三组试验初混破碎料分别按照（T 0804-1994）《无机结合料稳定材料击实试验方法》进行击实试验，得到三组最大干密度值以及最佳含水量值，以此得到三组电石渣、粉煤灰、煤矸石集料以及水的重量配合比，将所述三组重量配合比按照（T 0843-2009）《无机结合料稳定材料试件制作方法(圆柱形) 》、（T 0845-2009）《无机结合料稳定材料养生试验方法》和（T 0805-1994）《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》进行试验，得到三个7d无侧限抗压强度；选择7d无侧限抗压强度符合(JTG/T F20-2015)《公路路面基层施工技术细则》要求的一组重量配合比作为设计重量配合比，简称设计配合比；之后，则对电石渣、粉煤灰、煤矸石进行含水量测定；根据电石渣、粉煤灰、煤矸石的含水量以及所述的设计配合比，确定电石渣、粉煤灰、煤矸石以及水的施工重量配合比，简称施工配合比；按照所述施工配合比称取煤矸石、电石渣、粉煤灰与水，并混合，得施工初混料；将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

煤矸石由两种状态存在，一是破碎前的状态，仍称为煤矸石，二是破碎后的状态，称为煤矸石集料，煤矸石转变为煤矸石集料其重量是不变的。因此，重量配合比是不变的。

本发明实施例通过充分利用工业废渣电石渣、粉煤灰以及煤矸石，结合水制备而成的路面基层混合料，达到拌和均匀，不存在团块状的电石渣；简化了工序，同时也减少了工艺配套机械设备，现有制备工艺需要配套的主要机械设备有：破碎机、筛分机、级配机、拌和机，而本发明制备工艺需要配套的主要机械设备只有：级配机和破碎机；基于工艺的简化及其配套机械设备的减少，达到了提高效率，降低成本的目的；实现了经济、社会和环保效益显著。目前现有技术常常出现拌和不均匀，导致质量不稳定，路面基层强度降低，无法实现推广使用；本发明解决了拌和不均匀的问题，能够保证质量，并且进一步降低了成本，为大量的推广应用创造了条件。

以下结合具体实施例案例，对本发明做进一步说明。

实施例1

路面基层混合料，按施工配合比包括以下重量份的原料：

电石渣13份；粉煤灰13份；煤矸石 63份；水11份。制备方法：

按比例称取电石渣、粉煤灰、煤矸石与水，并混合，得施工初混料；将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

实施例2

路面基层混合料，按施工配合比包括以下重量份的原料：

电石渣 15份；粉煤灰 11份；煤矸石 65份；水9份。

制备方法：

按比例称取电石渣、粉煤灰、煤矸石与水，并混合，得施工初混料；将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

实施例3

路面基层混合料，按施工配合比包括以下重量份的原料：

电石渣 13份；粉煤灰 15份；煤矸石 62份；水 10份。

制备方法：

按比例称取电石渣、粉煤灰、煤矸石与水，并混合，得施工初混料；将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

实施例4

路面基层混合料，按施工配合比包括以下重量份的原料：

电石渣11份；粉煤灰12份；煤矸石 68份；水 9份。

制备方法：

按比例称取电石渣、粉煤灰、煤矸石与水，并混合，得施工初混料；将所述施工初混料加入破碎机，进行破碎以及拌和处理，即得。

本发明实施例1-4所得路面基层混合料，均达到了拌和均匀，不存在团块状的电石渣，解决了现有技术常常出现拌和不均匀，能够保证质量，为大量的推广应用创造了条件。电石渣目前绝大多数采用堆放自然脱水法，堆放时间短的内部电石渣含水量大，呈具有一定粘度的团状，堆放时间长的表面电石渣钙化，呈具有一定强度的块状，路面基层混合料拌合机只有拌和功能，而没有破碎功能，现有技术只对煤矸石进行破碎，没有对团块状的电石渣进行破碎，不能把团块状的电石渣完全拌和均匀，因此导致路面基层强度降低，在现有技术条件下，无论是配合比设计试验，或者是施工现场取混合料试验，经常出现路面基层混合料试件的强度小于0.5MPa，按照规范规定，前者表明混合料不能用于修筑路面基层，后者表明路面基层强度不合格；而本发明是先把粉煤灰、电石渣、煤矸石和水进行混合，再用破碎机进行破碎/拌和，它不只具有破碎功能，而且拌和能力强大，在把煤矸石破碎成粒径大小不同的集料的同时，使具有一定强度的块状电石渣以及有一定粘度的团状电石渣都将被完全破碎成细粉料，使之充分与其它材料混合，保证了路面基层混合料的均匀性，进而保证了路面基层的强度，如下述实例所示，路面基层混合料试件的强度没有低于0.8MPa。另外，相对于目前现有技术涉及各种煤矸石预处理以及需要事先配合集料等过程，本发明大大简化了工序，提高效率，降低成本。

进一步，由于在实际应用情况下不同来源的原料性质有所差异（如成分、含水量等），因此往往会先进行配合比设计，以所得混合料的7d无侧限抗压强度，以进一步获得最佳施工配合比，具体步骤如下：

S1、确定三组不同的电石渣、粉煤灰、煤矸石的重量配合比

取干燥的电石渣、粉煤灰和煤矸石，第一组的重量配合比为：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石=15∶15∶70，第二组的重量配合比为：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石=10∶20∶70，第三组的重量配合比为：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石=12∶20∶68。

S2、用配料机，按照上述三组的重量配合比，把电石渣、粉煤灰、煤矸石混合在一起，得到三组试验初混料。

S3、把上述三组试验初混料分别放入破碎机进行破碎/拌和，最大粒径控制为31.5mm，得到三组试验初混破碎料。在试验初混料转变为试验初混破碎料的过程中，煤矸石变成了煤矸石集料。

其中，破碎机采用反击破，其最大粒径通过两种措施控制，一是调整板锤与反击板之间的间隙，使出料的最大粒径为31.5mm，此措施能够使100%的电石渣和粉煤灰完全被粉碎，使最低99%的煤矸石被破碎至最大粒径为31.5mm；二是出料要过筛孔为31.5mm×31.5mm的筛子，使最多1%的粒径大于31.5mm的煤矸石粒料通过返料系统回到反击破，重新破碎。

S4、分别取上述三组试验初混破碎料，按照（T 0804-1994）《无机结合料稳定材料击实试验方法》，做击实试验，得到三组的最大干密度分别为：1.972g/cm3、1.861g/cm3和1.853g/cm3，最佳含水量分别为：9.55%、10.05%和10.80%，由此得到三组的重量配合比即电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水的比值分别约为：13.568∶13.568∶63.315∶9.550、8.995∶17.990∶62.965∶10.050以及10.704∶17.840∶60.656∶10.800。

以第一组为例，电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水的重量配合比计算方法是：

最佳含水量为9.55%，则100kg电石渣、粉煤灰、煤矸石集料和水的混合料中，水重=100kg×9.55%=9.550kg，电石渣重+粉煤灰重+煤矸石集料重=100kg-9.550kg= 90.45kg，电石渣重=粉煤灰重=15÷（15+15+70）×90.45kg=13.568kg，煤矸石集料重=70÷（15+15+70）×90.45kg=63.315kg。

同样的方法计算第二、三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水的重量配合比。

S5、三组分别按照（T 0843-2009）《无机结合料稳定材料试件制作方法(圆柱形)》、（T 0845-2009）《无机结合料稳定材料养生试验方法》和（T 0805-1994）《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》进行试验，得到三组的7d无侧限抗压强度分别为：1.05MPa、0.88MPa和0.94MPa。

S6、选取第一组作为设计配合比，即电石渣∶粉煤灰∶煤矸石∶水=13.568∶13.568︰63.314∶9.550。

S7、把采用的设计配合比换算成施工配合比

进行含水量试验，测定电石渣、粉煤灰和煤矸石的含水量。试验结果是电石渣、粉煤灰和煤矸石的含水量分别为：5%、5%和2%。

则施工配合比为：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石∶水=[13.568÷（1－5%）] ∶[13.568÷（1－5%）] ∶[63.314÷（1－2%）] ∶[9.550－13.568÷（1－5%）×5%－13.568÷（1－5%）×5%－63.314÷（1－2%）×2%]≈14.282∶14.282∶64.607∶6.830。

其中，施工配合比中的电石渣、粉煤灰和煤矸石均为含水的湿料，水为外加水。

S8、按照施工配合比，用配料机把煤矸石、电石渣、粉煤灰与水混合，此料称为施工初混料。

S9、把施工初混料加入破碎机，进行破碎/拌和，出料即得路面基层混合料。

综上，本发明实施例通过充分利用工业废渣电石渣、粉煤灰以及煤矸石，结合水制备而成的路面基层混合料，一方面，达到拌和均匀，不存在团块状的电石渣；同时简化了工序，提高效率，降低成本的目的；另一方面，实现了高效利用工业废渣修筑半刚性路面基层，大大减轻了环境负荷，实现了经济、社会和环保效益显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。