一种路用冷粘集料改良粉土填料及其制备方法和应用

本发明涉及土木及道路工程，具体来说是一种路用冷粘集料改良粉土填料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、粉土是一种具有特殊性质的低塑性材料，通常70％以上的粒径组分为粉粒和砂粒。此类土干燥时易扬尘，雨水浸透后易成液体状态，且由于粉土颗粒之间距离较近，毛细水上升高度较大，作为路基填料性能极差，一般粉土被限制作为二级及二级以上公路的路床填料。并且，由于其特殊的组成，导致粉土路基要达到高等级公路要求的压实标准比较困难，进而对整体工程产生较大的不利影响。

2、近年来，随着我国交通运输基础建设的大力推进，不可避免的会遇到具有大量粉土的路基地段，粉土不宜直接填筑路基，需要对其采取必要的措施并经过试验论证后使用。针对粉土路基问题，我国目前主要的工程处理方法有换填法、掺碎石法和改性处理法。然而此类地区一般缺乏优质填料，且换填处理浪费工时，浪费大量土地资源，此外，大方量的换填也会导致运输成本居高不下。而掺配碎石的话一般需要长距离运料，增加工程成本，而且大规模的开山碎石也会对环境产生负面影响。

3、现有技术一般采用如水泥、石灰、粉煤灰的无机胶凝材料与粉土进行混合，以对粉土进行改性处理，例如申请号为201710378295.x，名称为“一种改良高含水粉土和粉砂土进行路基填筑的方法”公开的技术方案，其采用水泥和石灰与粉土进行混合，对粉土进行改良，虽然实现了粉土的利用，但是经改良后的土体脆性特征显著，对土体稳定性会造成严重影响，同时也存在温缩或干缩导致的整体开裂局限性，因此开发一种成本低、环境效益好且效果好的改性粉土路基填料是十分有必要的。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种路用冷粘集料改良粉土填料及其制备方法和应用，考虑到现有技术采用无机胶凝材料改良粉土路基后存在的效果差和成本高的问题，本发明采用具有特定形状和粒径的冷粘轻集料与低液限粉土掺配，提高了低液限粉土填筑路基的工程性能。掺入冷粘轻集料后，不仅改变了粉土中颗粒之间的受力传递，而且减少了低液限粉土中细颗粒的占比，有利于克服低液限粉土路基材料承载力不足、水稳定性差、压实性能差、改良容易破坏环境的缺陷，使改良后的粉土满足用作路基填料的要求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种路用冷粘集料改良粉土填料，由如下质量百分比的原料制成：冷粘轻集料10％-50％，粉土i 50％-90％，二者的质量百分比之和为100％；采用冷粘轻集料为骨料，与粉土i共同制成路用冷粘集料改良粉土填料；冷粘轻集料太少使得路用冷粘集料改良粉土填料的强度低，冷粘轻集料太多，其内部由悬浮密实结构逐渐变化为骨架嵌挤结构，颗粒破碎率急剧上升，使得路用冷粘集料改良粉土填料的强度减低；

4、将水泥和含水率5％-15％的粉土ii混合后，采用挤压造粒方式制备冷粘轻集料；该含水率条件下进行冷粘轻集料的制备，既能满足挤压造粒机的成粒率，粉土ii的含水率又能够满足水泥发生初步水化反应。

5、优选的，挤压造粒后，冷粘轻集料的粒径为3mm-20mm；冷粘轻集料的粒径范围大于2.36mm，关键筛孔孔径，即粗细集料的分割线，用于代替如碎石的天然集料，并在此范围内能够形成级配。

6、优选的，粉土i和粉土ii均为郑州市区域内低液限粉土，低液限粉土具有粘聚性低、渗透性好的特点，用于路基填土施工。

7、优选的，冷粘轻集料按照如下步骤制备：

8、将水泥和含水率5％-15％的粉土ii混合，得到混合物；

9、将混合物采用挤压造粒方式进行造粒，得到预集料，将预集料经过养护，得到冷粘轻集料。

10、优选的，水泥与为粉土ii的质量比为5-20：100。

11、优选的，养护的方法为：将预集料洒水养护7d-28d。

12、本发明还保护了路用冷粘集料改良粉土填料的制备方法，包括如下步骤：

13、将粉土干燥至恒重，然后粉碎并过筛，得到粉土i；

14、将粉土i与冷粘轻集料混合均匀，得到路用冷粘集料改良粉土填料。

15、优选的，对路用冷粘集料改良粉土填料进行保水保护，保水保护的方法为：将路用冷粘集料改良粉土填料覆盖土工布并洒水养护7d-28d。

16、本发明还保护了路用冷粘集料改良粉土填料在制备路基填料中的应用。

17、优选的，应用方法为：将含水率为11％-14％的路用冷粘集料改良粉土填料填筑于处理后的路基表面，处理路基深度为30cm-80cm，视具体工程项目要求而定；

18、对路用冷粘集料改良粉土填料进行摊铺，路用冷粘集料改良粉土填料的松铺厚度为冷粘轻集料粒径的15倍-20倍，然后压实，在摊铺前按照公路土工试验规程(jtg3430-2010)进行试验，得到路用冷粘集料改良粉土填料的最佳含水率，用以保证路基填料在最佳含水率条件下进行压实保证压实度，压实工序按照公路路基施工技术规范(jtg f10-2006)进行，得到路基填料。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、1、本发明将水泥与含水率5-15％的粉土ii混合后采用挤压造粒方式制备冷粘轻集料，再将冷粘轻集料与粉土i混合，即得到路用冷粘集料改良粉土填料。本发明采用具有特定形状和粒径的冷粘轻集料与低液限粉土掺配，提高了低液限粉土填筑路基的工程性能。且掺入冷粘轻集料后，不仅改变了粉土中颗粒之间的受力传递，而且减少了低液限粉土中细颗粒的占比，有利于克服低液限粉土路基材料承载力不足、水稳定性差、压实性能差、改良容易破坏环境的缺陷，本发明的方法简单、可靠，有利于在低液限粉土路基改良中进行大规模应用。

21、2、与现有的粉土改良材料相比，本发明先采用水泥与粉土制备成冷粘轻集料，再将冷粘轻集料与粉土混合得到路用冷粘集料改良粉土填料，由于填料中水泥仅用于制备冷粘轻集料，所以水泥用量相比现有技术的粉土改良材料更少，使得路用冷粘集料改良粉土填料的成本更低，具有良好的经济效益。

22、3、本发明采用冷粘轻集料获得路用冷粘集料改良粉土填料，在施工时，由于冷粘轻集料为大颗粒状材料，不会因扬尘造成污染，具有良好的社会效益。更能将工程弃土方变废为宝，实现综合利用和环境保护。

技术特征：

1.一种路用冷粘集料改良粉土填料，其特征在于，由如下质量百分比的原料制成：冷粘轻集料10％-50％，粉土i 50％-90％，二者的质量百分比之和为100％；

2.根据权利要求1所述的一种路用冷粘集料改良粉土填料，其特征在于，挤压造粒后，冷粘轻集料的粒径为3mm-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种路用冷粘集料改良粉土填料，其特征在于，粉土i和粉土ii均为低液限粉土。

4.根据权利要求1所述的路用冷粘集料改良粉土填料，其特征在于，冷粘轻集料按照如下步骤制备：

5.根据权利要求4所述的路用冷粘集料改良粉土填料，其特征在于，养护的方法为：将预集料洒水养护7d-28d。

6.一种权利要求1-5任一项所述的路用冷粘集料改良粉土填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的路用冷粘集料改良粉土填料的制备方法，其特征在于，路用冷粘集料改良粉土填料还进行保水保护。

8.根据权利要求7所述的路用冷粘集料改良粉土填料的制备方法，其特征在于，保水保护的方法为：将路用冷粘集料改良粉土填料覆盖土工布并洒水养护7d-28d。

9.一种权利要求1所述的路用冷粘集料改良粉土填料在制备路基填料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，应用方法为：

技术总结本发明涉及土木及道路工程技术领域，具体来说是一种路用冷粘集料改良粉土填料及其制备方法和应用。路用冷粘集料改良粉土填料由冷粘轻集料和粉土I组成。将水泥与含水率5％‑15％的粉土II混合后采用挤压造粒方式制备冷粘轻集料，将冷粘轻集料与粉土I混合，得到路用冷粘集料改良粉土填料。本发明的方法采用具有特定形状和粒径的冷粘轻集料与低液限粉土掺配，提高了低液限粉土填筑路基的工程性能。且掺入冷粘轻集料后，不仅改变了粉土中颗粒之间的受力传递，而且减少了低液限粉土中细颗粒的占比，有利于克服低液限粉土路基材料承载力不足、水稳定性差、压实性能差、改良容易破坏环境的缺陷。技术研发人员：刘玉,贺振振,王学楷,梁金龙,王金刚,陆达鹏,谭秀军,郑联伟,董新磊,徐德林受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29