CN112794690B - 一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法，原料按照重量份数计包括凝胶材料15～25份、粗骨料40～60份、细骨料20～35份、废石粉3～5份、外加剂6～7.5份、水7～10份；其中，凝胶材料为固废基硫铝酸盐胶凝材料；粗骨料为石子和掘进煤矸石颗粒，掘进矸石颗粒为粗骨料质量的20～30％；细骨料为机制砂和铁尾矿砂，铁尾矿砂为细骨料质量的45～55％。制备方法为，将粗骨料与细骨料混合均匀，再添加固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂进行干混，然后添加水进行搅拌获得拌合料，将拌合料静压成型，最后与15～35℃下进行养护获得路面砖。本发明能够大大降低砂石骨料的使用量，从而降低路面砖的成本。

Description

一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
路面砖以水泥和集料为主要原材料，经加工、振动加压或其他成型工艺制成的，用于铺设城市道路人行道、城市广场等的混凝土路面及地面工程的块、板等。
据发明人研究了解，目前大部分混凝土路面砖采用硅酸盐水泥做胶结剂，石子为骨料，该水泥生成能耗高，且大量使用砂石等自然资源成本较高，同时，砂石骨料大量开采、大量利用，导致砂石资源短缺，多地区已无砂可买。砂石价格持续上涨，混凝土路面砖的成本提高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法，能够大大降低砂石骨料的使用量，从而降低路面砖的成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种免蒸养静压成型路面砖，原料按照重量份数计包括凝胶材料15～25份、粗骨料40～60份、细骨料20～35份、废石粉3～5份、外加剂6～7.5份、水7～10份；
其中，所述凝胶材料为固废基硫铝酸盐胶凝材料；所述粗骨料为石子和掘进煤矸石颗粒，掘进矸石颗粒为粗骨料质量的20～30％；所述细骨料为机制砂和铁尾矿砂，铁尾矿砂为细骨料质量的45～55％。
露天开采剥离及采煤巷道掘进排出的白矸即为掘进矸石，含碳量低、热值较低、硬度较大，为砂岩类矸石，可用来生产混凝土骨料，相对其他矸石质地较疏松的特点，掘进矸石硬度更高、不易粉化。经过研究发现，采用掘进矸石颗粒和铁尾矿砂作为粗骨料和细骨料，形成的路面砖强度较低，不满足使用要求，即使将水泥替换为硫铝酸盐水泥，也无法完全代替石子和机制砂。因而本发明采用掘进矸石颗粒代替部分石子，采用铁尾矿砂代替部分机制砂，同时采用固废基硫铝酸盐胶凝材料，以增加材料的强度。另外采用固废基硫铝酸盐胶凝材料时，水化硬化速度较快，无需进行蒸汽养护，降低能耗。
然而，由于掘进矸石颗粒和铁尾矿砂分别代替部分石子和部分机制砂，使得路面砖内骨料与基体结合不牢固，形成的路面砖难以使路面砖的性能符合要求。本发明添加废石粉，使得固废基硫铝酸盐胶凝材料、铁尾矿砂和废石粉产生相互协调作用，增加骨料与基体结合性能，从而进一步增加路面砖的性能，进而使得掘进矸石、铁尾矿砂代替部分石子和机制砂，大大降低了路面砖的生产成本。
另一方面，一种上述免蒸养静压成型路面砖的制备方法，将粗骨料与细骨料混合均匀，再添加固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂进行干混，然后添加水进行搅拌获得拌合料，将拌合料静压成型，最后与15～35℃下进行养护获得路面砖。
第三方面，一种上述免蒸养静压成型路面砖在地面工程中的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用掘进矸石、铁尾矿砂代替路面砖的部分石子和机制砂，减少了自然资源的使用，绿色环保。
2、本发明通过固废基硫铝酸盐胶凝材料的使用，不仅保证路面砖的强度，而且能够省去蒸汽养护环节，成本降低，效率提高。
3、本发明通过固废基硫铝酸盐胶凝材料、铁尾矿砂和废石粉产生相互协调作用，保证路面砖的性能，从而使得掘进矸石、铁尾矿砂能够代替路面砖的部分石子和机制砂。
4、本发明采用固废基硫铝酸盐胶凝材料，与硅酸盐水泥相比，制备温度更低，低碳节能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例制备路面砖的流程图；
图2为本发明实施例采用的固废基硫铝酸盐胶凝材料XRD图谱；
图3为本发明实施例采用的固废基硫铝酸盐胶凝材料的力学性能表征图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有路面砖采用的砂石较多，成本逐渐提高，本发明提出了一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种免蒸养静压成型路面砖，原料按照重量份数计包括凝胶材料15～25份、粗骨料40～60份、细骨料20～35份、废石粉3～5份、外加剂6～7.5份、水7～10份；
其中，所述凝胶材料为固废基硫铝酸盐胶凝材料；所述粗骨料为石子和掘进煤矸石颗粒，掘进矸石颗粒为粗骨料质量的20～30％；所述细骨料为机制砂和铁尾矿砂，铁尾矿砂为细骨料质量的45～55％。
本发明采用掘进矸石颗粒代替部分石子，采用铁尾矿砂代替部分机制砂，同时采用固废基硫铝酸盐胶凝材料，以增加材料的强度。同时采用固废基硫铝酸盐胶凝材料时，水化硬化速度较快，无需进行蒸汽养护，降低能耗。
其次，本发明添加废石粉，使得固废基硫铝酸盐胶凝材料、铁尾矿砂和废石粉产生相互协调作用，增加骨料与基体结合性能，从而进一步增加路面砖的性能。
本发明固废基硫铝酸盐胶凝材料以工业固废为原料制备形成，该实施方式的一些实施例中，固废基硫铝酸盐胶凝材料由废石粉、脱硫石膏、钢渣、铝渣四种固废原材料协同制备。
在一种或多种实施例中，废石粉、脱硫石膏、钢渣、铝渣混合均匀，在1200～1300℃的温度下煅烧，煅烧后的中间体加入脱硫石膏粉磨制备。制备的固废基硫铝酸盐胶凝材料具有早强、快硬、高强、成本低、环保等特点。
该实施方式的一些实施例中，所述粗骨料的粒径为2.5～5mm。
该实施方式的一些实施例中，所述细骨料的粒径为0.25～0.5mm。
该实施方式的一些实施例中，所述废石粉粉磨至160～180目。
该实施方式的一些实施例中，所述外加剂为减水剂。
在一种或多种实施例中，减水剂为聚羧酸减水剂。在该体系中的减水率可达35％。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述免蒸养静压成型路面砖的制备方法，将粗骨料与细骨料混合均匀，再添加固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂进行干混，然后添加水进行搅拌获得拌合料，将拌合料静压成型，最后与15～35℃下进行养护获得路面砖。
该实施方式的一些实施例中，粗骨料与细骨料的混合时间为50～70s。
该实施方式的一些实施例中，干混时间为50～70s。
该实施方式的一些实施例中，添加水后进行搅拌的时间为50～70s。
该实施方式的一些实施例中，静压成型的压强为10～20MPa。
该实施方式的一些实施例中，静压成型时，振动3～5s。
该实施方式的一些实施例中，养护的过程中湿度为97～98％。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述免蒸养静压成型路面砖在地面工程中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
以下实施例采用的掘进矸石与铁尾矿砂的化学成分如表1所示。
表1
Figure BDA0002877342780000051
以下实施例中采用的固废基硫铝酸盐胶凝材料的制备过程为：将采石场废石粉、电厂脱硫石膏、钢厂钢渣及铝材厂铝渣分别按照质量分数为38％、17％、12％、33％混合，于回转窑中1250℃煅烧保温30min后的中间体与2％石灰石粉和6％脱硫石膏混合磨细制得。
制得的固废基硫铝酸盐胶凝材料XRD图谱图图2所示，其力学性能如图3所示。
实施例1
一种免蒸养静压成型路面砖，包括以下重量分组分：质量比7.5:2.5的粒径为2.5～5mm的碎石子与掘进矸石混合粗骨料50份、质量比为1:1粒径0.2～0.5mm的铁尾矿砂与机制砂的混合细骨料30份、固废基硫铝酸盐胶凝材料15份、废石粉5份、聚羧酸减水剂占比胶凝材料的0.3份、水胶比0.4。
其制备方法，如图1所示，将混合粗骨料与混合细骨料搅拌机中仪器搅拌1min。然后加入固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂干混1min，加入水搅拌1min，观察拌合物状态地拌合料。将拌合料置于模具中静压成型，成型压力12MPa，振动4s，脱模后于98％湿度和20℃标准养护得成品。
性能测试：如表2所示，制得的绿色免蒸养静压成型路面砖3天抗压强度42.7MPa，28天抗压强度48.8MPa，28d抗折强度6.6MPa，满足C45标准(标准要求大于C40)。吸水率为4.1％(要求≤6.5％)。耐磨性：耐磨度3.2(要求耐磨度≥1.9)；磨坑长度19.6mm(要求磨坑长度不大于32mm)，抗冻性：50次冻融循环质量损失率1.85％(要求不超过5％)，抗压强度损失率6.1％(标准要求不超过20％)。
实施例2
一种免蒸养静压成型路面砖，包括以下重量分组分：质量比7.5:2.5的粒径为2.5～5mm的碎石子与煤矸石混合粗骨料55份、质量比为1:1粒径0.25～0.5mm的铁尾矿砂与机制砂的混合细骨料25份、固废基硫铝酸盐胶凝材料18份、废石粉3份、聚羧酸减水剂占比胶凝材料的0.3份、水胶比0.38。
其制备方法，如图1所示，将混合粗骨料与混合细骨料搅拌机中仪器搅拌1min。然后加入固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂干混1min，加入水搅拌1min,观察拌合物状态地拌合料。将拌合料置于模具中静压成型，成型压力15MPa，振动3s，脱模后于98％湿度和20℃标准养护得成品。
性能测试：如表2所示，制得的绿色免蒸养静压成型路面砖3天抗压强度45.7MPa，28天抗压强度53.6MPa，28d抗折强度7.1MPa满足C50标准(标准要求大于C40)。吸水率为3.8％(要求≤6.5％)。耐磨性：耐磨度3.5(要求耐磨度≥1.9)磨坑长度17.5mm(要求磨坑长度不大于32mm)，抗冻性：50次冻融循环质量损失率1.54％(要求不超过5％)，抗压强度损失率5.4％(标准要求不超过20％)。
实施例3
一种免蒸养静压成型路面砖及其制备方法包括以下重量分组分：质量比7.5:2.5的粒径为2.5～5mm的碎石子与煤矸石混合粗骨料45份、质量比为1:1粒径0.25～0.5mm的铁尾矿砂与机制砂的混合细骨料35份、固废基硫铝酸盐胶凝材料20份、废石粉4份、聚羧酸减水剂占比胶凝材料的0.3份、水胶比0.35。
其制备方法，如图1所示，将混合粗骨料与混合细骨料搅拌机中仪器搅拌1min。然后加入固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂干混1min，加入水搅拌1min，观察拌合物状态地拌合料。将拌合料置于模具中静压成型，成型压力18MPa，振动5s，脱模后于98％湿度和20℃标准养护得成品。
性能测试：如表2所示，制得的绿色免蒸养静压成型路面砖3天抗压强度48.8MPa，28天抗压强度58.3MPa，28d抗折强度7.5MPa。满足C55标准(标准要求大于C40)。吸水率为3.5％(要求≤6.5％)。耐磨性：耐磨度3.6(要求耐磨度≥1.9)磨坑长度15.1mm(要求磨坑长度不大于32mm),抗冻性：50次冻融循环质量损失率1.35％(要求不超过5％)，抗压强度损失率4.8％(标准要求不超过20％)。
表2实施例制备的路面砖的性能指标
Figure BDA0002877342780000081
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，免蒸养静压成型路面砖的原料按照重量份数计包括凝胶材料15~25份、粗骨料40~60份、细骨料20~35份、废石粉3~5份、外加剂6~7.5份、水7~10份；
其中，所述凝胶材料为固废基硫铝酸盐胶凝材料；所述粗骨料为石子和掘进煤矸石颗粒，掘进矸石颗粒为粗骨料质量的20~30%；所述细骨料为机制砂和铁尾矿砂，铁尾矿砂为细骨料质量的45~55%；
将粗骨料与细骨料混合均匀，再添加固废基硫铝酸盐胶凝材料、废石粉及减水剂进行干混，然后添加水进行搅拌获得拌合料，将拌合料静压成型，最后于15~35℃下进行养护获得路面砖；
固废基硫铝酸盐胶凝材料由废石粉、脱硫石膏、钢渣、铝渣四种固废原材料协同制备；废石粉、脱硫石膏、钢渣、铝渣混合均匀，在1200~1300℃的温度下煅烧，煅烧后的中间体加入脱硫石膏粉磨制备。
2.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，所述粗骨料的粒径为2.5~5mm。
3.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，所述细骨料的粒径为0.25~0.5mm。
4.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，所述废石粉粉磨至160~180目。
5.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，所述外加剂为减水剂。
6.如权利要求5所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，减水剂为聚羧酸减水剂。
7.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，粗骨料与细骨料的混合时间为50~70s。
8.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，干混时间为50~70s。
9.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，添加水后进行搅拌的时间为50~70s。
10.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，静压成型的压强为10~20MPa。
11.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，静压成型时，振动3~5s。
12.如权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法，其特征是，养护的过程中湿度为97~98%。
13.一种权利要求1所述的免蒸养静压成型路面砖的制备方法中的免蒸养静压成型路面砖在地面工程中的应用。
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