CN104692771B - 用建筑垃圾复合淤泥制得的道路铺筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用建筑垃圾复合淤泥制得的道路铺筑材料及其制备方法,基于该道路铺筑材料的总重量计,包含2‑18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15‑30重量%淤泥,40‑70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02‑0.06重量%激发剂。本发明的道路铺筑材料在满足道路指标要求的同时,使建筑垃圾得到充分利用。

Description

用建筑垃圾复合淤泥制得的道路铺筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用建筑垃圾复合淤泥的道路铺筑材料及其制备方法。
背景技术
建筑垃圾主要指建设、施工单位或个人对各类构筑物、建筑物等进行建设、修缮、拆除及进行房屋装饰过程中产生的泥土、废渣、砂浆等各类废弃物。不同类型的建筑结构产生的建筑垃圾的基本组成一致,主要成分包括泥土、散落的砂浆、废渣,沥青混凝土碎块、打桩截断剩下的钢筋混凝土桩头,水泥混凝土、剔凿产生的砖石,各种废金属、木材、各类建材产品的包装材料,墙体保温板,装修过程产生的废料和其它废弃物。
我国大部分地区的自来水均是对江河水进行净化得来的,水中淤泥及一些细小的粉土颗粒通过净化分离出来,这部分淤泥越积越多,占用大量的空间堆放,也给环境造成了很大的影响,因此对水厂淤泥的再生利用具有非常重要的现实意义。另外,因水利工程等建设和维护需要,我国每年都要对河道进行大规模的疏浚清淤,从而产生大量的疏浚淤泥。淤泥具有含水率高、孔隙比大、压缩性大、强度低等特点,在工程建设中很难直接利用。如何通过资源化处理将淤泥转化成土工材料、建筑材料等有用材料是目前这一领域的研究重点。在常规淤泥处理中,通常是通过加入水泥或生石灰成分实现淤泥的固化,其固化强度非常有限。
在另一方面,建筑垃圾与其它城市垃圾相比,具有低毒、无害、可资源化利用等特点,随着城市建设的迅猛发展,天然材料将日益枯竭,如果将建筑垃圾通过一定的技术进行有效再生利用,不仅可以解决这个矛盾,还能消除垃圾对环境的危害,实现经济的可持续发展。中国对建筑垃圾循环利用的研究比较晚,目前虽取得了一定研究成果,但仍缺乏较系统的研究,缺少完善的再生技术的标准和规程。在中国,建设各种道路需要大量的材料,如果能够将建筑垃圾用于道路工程中,则将会产生极大的经济价值。
同时,建筑垃圾的多样性以及道路铺筑材料日益严格的标准要求等因素,使得建筑垃圾在道路铺筑材料中的应用受到诸多限制,例如建筑垃圾利用率不高,道路铺筑材料中建筑垃圾所占的比例较小,等等。
CN101343852A公开了一种利用废钢渣填筑公路路基的方法,其步骤是:(1)采用废钢渣填筑路基;(2)需控制钢渣填筑路基的填筑速率,保证路基的稳定性;(3)钢渣填筑路堤应采用振动压路机分层碾压,碾压时钢渣应处于最佳含水量范围内,采用试验路段试验的方法确定合适的碾压机具,采用最大干密度和最佳含水量作为钢渣填筑路基的压实度计算标准;(4)钢渣路堤的横断面设计,包括路堤高度、路堤边坡坡率、填筑层厚,顶封层、底封层、夹层,护坡及排水系统。本发明方法易行,操作方便,减少了钢渣的堆放场地和环境污染,变废为宝,促进了环境保护,解决了公路工程填料不足问题,成本低,其填筑出的路基的质量可以满足高等级公路路基的施工要求。
CN1133269A开了一种用于道路工程及其它土建工程的胶凝材料及生产方法,其产品主要用于要求耐磨、耐腐蚀的工程及抗干缩要求较高、水化热较低的其它工程,其特征在于该产品(水泥)是由经预消解处理并磁选后的钢渣与矿渣、粉煤灰、硅酸盐熟料、含铝硫酸盐及硅酸盐矿物多种物质粉磨混合而成的。
CN101239804A公开了一种采用建筑垃圾制造建材的方法,其对城市建筑材料依次进行分拣、磁选、一次破碎和重力分选,将建筑垃圾分离为重物料、轻物料和矿物物料,并将所述的矿物物料经过二次破碎后用于制造建筑材料,所述建筑材料的原料包括:纤维物料5-10份、矿物物料40-60份、低水水泥20-30份和其他物料0-30份,所述建筑材料的生产过程为将纤维物料、矿物物料和其他物料混合均匀,再加入低水水泥混合均匀,加水搅拌成浆,置入模具中振动成型或加压成型,自然养护后形成建筑用板材产品。在该专利文献中,仅仅利用了建筑垃圾中的矿物物料,建筑垃圾总体利用率低,获得矿物物料的步骤繁琐,并且在建筑材料中矿物物料的比例不高,更为重要的时,该建筑垃圾是用于制备板材产品,而不是用于制备对强度、耐水性要求较高的道路铺筑材料。
CN101348343A公开了一种利用建筑垃圾生产的建材及其制备方法,要解决的技术问题是使材料配置简单、降低成本,其采用以下技术方案:一种利用建筑垃圾生产的建材,包括的重量比份数为:建筑垃圾85-97份、生石灰3-15份,所述建筑垃圾包括砖石和混凝土,所述生石灰中的有效CaO含量≥85%。该方法包括以下步骤:(1)对建筑垃圾进行初选;(2)粉碎原材料,将建筑垃圾原材料粉碎至粒度为大于0至4mm,将CaO含量≥85%的生石灰磨至小于100目;(3)原材料配合,将粉碎过的建筑垃圾和生石灰细粉按重量比建筑垃圾85-97份、生石灰3-15份混和均匀后运至消化仓,停留1-3小时;(4)成型,从消化仓出来的材料进入搅拌机,加入总干粉用量的5-8%水拌合后,输送至料仓,在压砖机上压制成各种形状的型材,使用的压力为200-1500吨,加压时间1-3秒钟;(5)压蒸养护,在温度为190-230℃,压力为7-10kg的条件下养护6-10小时,即为建材成品。在该专利文献中,主要是用于制造成型建材产品,不能够用作道路铺筑材料,例如强度远远不够。
WO2006033561A1公开了一种分离建筑废弃物的方法。在所述方法中,将粉碎成预定尺寸的建筑废弃物加入到沉淀槽的液体中,并根据比重在槽中将其分离成各种组分,其中,所述液体具有比回收组分的比重低但比剩余组分的比重高的参考比重,从而仅使要回收的组分通过沉淀到所述沉淀槽的底部而进行分离。根据所述方法,可以容易地将包含在建筑废弃物中的其它杂质与优质的可重复利用的混凝料分离。具体地,对分离液体的参考比重进行适当的调整,从而甚至可以容易地将比水重的各种杂质(瓦片、红砖、沥青混凝土、水泥浆块等)与可重复利用的混凝料分离。该文献主要关注的是建筑垃圾的分选。
JP2006257681A公开了一种利用建筑垃圾制造矿物材料的方法,该方法能够有效减少建筑垃圾在高温处理时产生的挥发性有机化合物的挥发,其通过将贝壳燃烧并粉碎产生的多孔性贝壳碎料与所述材料接触来吸附建筑垃圾高温处理时产生的挥发性有机化合物,从而使建筑垃圾的再利用更加绿色和安全。该方法成本比较高。
KR100938212B1公开了一种用于筑路的组合物,该组合物包含20-40重量%树脂、22-27重量%环保集料、22-27重量%再循环碎片材料、13-18重量填料、1.5-5重量颜料和和1.5-3重量%常见添加剂。该组合物成本含有大量树脂,成本比较高且不耐老化,另外由于缺少水泥组分,至少强度严重不足。
非专利文献“建筑垃圾再生微粉利用的试验研究”,马纯滔等,宁夏工程技术,第8卷第1期,2009年3月公开了建筑垃圾再生微粉的制造和使用方法,其中再生微粉的原料是在混凝土再生骨料破碎、筛分等过程中,不可避免地会产生占再生骨料质量10%左右、粒径<0.16mm的细粉料,研磨获得微粉的最大比表面积仅为735.4m2/kg。
本领域需要一种用建筑垃圾复合淤泥的道路铺筑材料,使得建筑垃圾和淤泥的利用率高且该道路铺筑材料的性能能够达到目前所用道路铺筑材料的性能。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题,本发明人经过深入研究,提出了新的解决方案,使得道路铺筑材料的主要原料为建筑垃圾和淤泥,并且能够使建筑垃圾和淤泥得到综合利用、制备的道路铺筑材料性能完全可达标。本发明提供了如下技术方案:
在一方面,提供了一种道路铺筑材料,基于该道路铺筑材料的总重量计,其包含2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15-30重量%淤泥,40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02-0.06重量%激发剂。
所述由磷渣制得的具有活性的微粉的含量优选为8-15重量%,更优选为10-12重量%。
所述淤泥的含量优选为20-30重量%,更优选20-25重量%。
所述从建筑垃圾中分离得到的泥土材料的含量优选为40-60重量%,更优选40-50重量%。
所述激发剂的含量优选为0.02-0.06重量%,更优选0.03-0.05重量%。
所述道路铺筑材料优选不包含水泥、沥青或水泥混凝土。
所述具有活性的微粉可以通过将磷渣粉碎、研磨获得。所述磷渣可以是在用电炉法制取黄磷时,所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物,经淬冷得到的磷渣。
所述具有活性的微粉的比表面积可以为650-2000m2/kg,优选1000-2000m2/kg,更优选1500-1800m2/kg。
所述泥土材料可以是从建筑垃圾中分离出来的土及土类杂质。
在本发明的道路铺筑材料中,激发剂可以为复合生物固化剂,也可以为碱类激发剂和/或盐类激发剂,或者为它们的组合。
本发明的淤泥优选为经过处理的淤泥,其通过包括如下步骤的处理方法获得:(1)向淤泥中加入粉煤灰和火山灰,粉煤灰和火山灰的量基于所述淤泥的重量计分别为1-5重量%和1-3重量%,搅拌5-20小时;(2)然后向其中加入基于所述淤泥的重量计0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0.02-0.06重量%的羧甲基纤维素,搅拌1-6小时;和(3)将步骤(2)的物料在环境条件下风干至水含量低于8重量%,然后破碎至粒径为20mm以下。
淤泥由于长期处于水下,结构松散,孔隙比很大,其含水率非常高,达120%-180%,远大于淤泥的液限,加之淤泥天然结构强度非常低,所以淤泥常处于流塑和流动状态,因此如果要用在道路铺筑中,应对其进行改性处理。淤泥经过本发明的方法处理后,含水率大幅降低,孔隙比减小,饱和度也相应降低,液性指数和压缩系数显著降低,使淤泥土由流塑变为可塑或坚硬状态,压缩性大大减小,黏聚力增强、内摩擦角增大,从而使其抗剪强度得以提高,并且使土体颗粒间排列形式发生变化,淤泥结构得以重组,固化后的土体具有强度高、压缩性低的特性,满足作为路基材料的功能要求,例如可以土体强度提高约20%。
另外,令人惊奇地发现,本发明中磷渣微粉的活性成分与吸附在淤泥粘土颗粒周围的阳离子发生离子交换,土颗粒的双电层被减薄,改变了土的带电状态,使得土颗粒迅速靠拢,小颗粒聚集成大颗粒并相互胶合,从而提高了凝聚力。
此外,在现有的以建筑垃圾为原料的再生微粉制备中,其采用的原料基本上均是废混凝土制备骨料中产生的细颗粒物质,并且制备的微粉难以获得较大的比表面积。更需要指出的是,在现有的以建筑垃圾为原料的再生微粉制备中,为了使制得的建筑或道路铺筑材料满足要求,仅仅用再生微粉替代混凝土材料中部分水泥,而不能完全替代水泥。
本发明人出人意料的发现,通过将磷渣进行破碎、研磨,可以获得高表面积的性能非常优异的微粉,其在被本发明的激发剂激发后在某些性能方面超过了水泥,使得能够完全替代道路铺筑材料中通常所用的水泥,且同时能够达到道路铺筑所要求的性能指标。推测其原因,可能是因为建筑垃圾中的混凝土与磷渣相比,吸水性较大、强度较低、脆性较大,这些特点导致由再生废混凝土制备的微粉难以完全替代道路铺筑材料中的水泥。相比之下,磷渣粉用作道路铺筑材料在反应时,化学组成中的SiO2和Al2O3等活性组分与激发剂中的组分例如氢氧化钙反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等产物,从而形成水泥石强度。
本发明人还发现,具有活性的微粉的比表面积只有在650-2000m2/kg的范围内才能够有效发挥水泥的替代作用,使道路铺筑材料获得所需的抗压强度。当微粉的比表面积小于650m2/kg时,则该微粉的潜在活性不够,例如使道路的抗压强度、抗裂性能不足。而当比表面积大于2000m2/kg时,则性能提高不再显著并且制备成本增加。相比之下,当使用废弃混凝土进行微粉的研磨时,由于其吸水性大,易于导致潮湿,并且由于成分复杂,包含一定比例难以研磨的砂粒,即使通过研磨也难以获得500m2/kg以上的比表面积,再加之所述吸水性大、强度低等特点,导致在道路铺筑材料中仅仅能够替代有限部分的水泥。本发明中磷渣的研磨可以在研磨介质存在下进行,所述研磨介质优选为硅酸锆球和钇稳定氧化锆球的以4:1~6:1(重量比)的混合介质。
是在用电炉法制取黄磷时,所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物,经淬冷,即为粒化电炉磷渣,简称磷渣,这些都为本发明微粉的制备提供了充足的来源。
关于建筑垃圾组分,从旧建筑物拆除垃圾的组分来看,混凝土所占比例高达50%以上,其次是泥土(约10%)、石块和碎石(约10%)等;从新建建筑物施工垃圾的组分来看,泥土比例约30%以上,其次是石块和碎石(约25%)、混凝土(约20%)等。这些为本发明道路铺筑材料中泥土材料提供了充足来源。
在本发明的道路铺筑材料中,激发剂可以为复合生物固化剂,也可以为碱类激发剂和/或盐类激发剂,或者可以为它们的组合,例如复合生物固化剂与碱类激发剂和/或盐类激发剂的重量比可以为(1~2):(3~5)。
所述复合生物固化剂优选为坚土酶、角蛋白酶和磷酸酶以(10~15):(1~2):(1~2)重量比的混合物。
通过所述3种酶的特定组合,可以使它们之间发挥相互促进作用,例如磷酸酶的使用可以增强坚土酶的水稳定性。在本发明中,当使用所述复合生物固化剂的道路铺筑材料用作基层材料时,特别有利有土类材料的稳定性,使得能够显著提高无侧限抗压强度、抗弯拉性能、抗压及抗弯拉模量,尤其能够使无侧限抗压强度相对于不添加所述复合生物固化剂或者使用单一生物激发剂(例如坚土酶)的道路铺筑材料,如在作为底基层材料时,能够提高至少约17%,这种协同效果是本领域技术人员根据现有知识所预料不到的。本发明的复合生物固化剂还可以增加铺筑材料的稳定性,延长了道路的寿命,并且能够对长期存在基层中,能够长期保持固化效果。
在本发明的道路铺筑材料中,关于所述碱类激发剂和/或盐类激发剂,优选为碱类激发剂和盐类激发剂的组合,即复合激发剂。碱激发主要是增加浆体的OH-浓度.提高液相碱度,使液相的pH值保持大约12左右,这有利于钙矾石的形成和C3S、C2S水化速度的提高,从而激发了道路铺筑材料中微粉的活性。
本发明人还发现,通过单一的碱激发剂可能难以使道路铺筑材料达到最理想要求,激发剂与其它材料的匹配性较差,且道路铺筑材料的稳定性不理想。本发明人经过大量研究和试验,寻求复合激发剂与所述微粉和泥土类原料的最佳匹配关系,最终发现通常还优选加入一定量的盐类激发剂。
所述复合激发剂为碱类激发剂A和盐类激发剂B的组合物,激发剂A与B的重量比为2:1-6:1;碱类激发剂A为基于碱类激发剂A的总重量计20-30重量%Ca(OH)2、10-20重量%NaOH、20-40重量%Na2CO3和20-30重量%Na2SiO3·9H2O的混合物;盐类激发剂B为基于盐类激发剂B的总重量计20-40重量%Na2SO4、20-30重量%CaSO4·2H2O、10-20重量%CaCl2和20-30重量%CaSO4的混合物。
该道路铺筑材料还可以包含1-5重量%来自建筑垃圾的改性和增强的木材纤维材料,其中所述改性和增强的木材纤维材料通过如下方法制得:
(1)将建筑垃圾中的废木材短切成最大直径为0.5-2cm的片段材料;
(2)将短切的片段材料置于搅拌罐内,加入表面改性剂的水溶液,搅匀,片段材料与表面改性剂的质量比为200:1-500:1,所述表面改性剂为聚乙烯聚吡咯烷酮,溶液中聚乙烯聚吡咯烷酮的浓度为20-30重量%;
(3)向表面改性后的片段材料中加入聚乙烯粉末、聚丙烯粉末或其混合物,混合均匀,使片段材料的表面附着聚乙烯粉末、聚丙烯粉末或其混合物,所述片段材料与聚乙烯、聚丙烯或其混合物的质量比为10:1-100:1;
(4)将步骤(3)得到的混合料在110℃-220℃,优选120℃-180℃,更优选130-170℃的条件下热处理30-60分钟,冷却至室温后得到改性和增强的木材纤维材料。
所述木材片段材料与聚乙烯粉末、聚丙烯粉末或其混合物的合适质量比,使得在热处理后,热熔的聚乙烯和/或聚丙烯恰好能够基本上完全包覆木材片段的表面,如果所述聚合物材料用量较少,则不能够完全覆盖木材片段的表面,使木材片段材料在作为路基材料使用过程中易于降解例如腐烂,而如果所述聚合物材料用量过大,则在成本方面不是有效的,并且使木材本身的性能例如韧性和一定强度难以发挥出来。
如前文所述,在目前的建筑垃圾回收利用中,建筑垃圾中的废旧木材没有得到有效利用,例如装修垃圾中包含相当比例的木材类建筑垃圾,都没有得到充分利用,往往是被焚烧掉,不仅没有有效利用其价值,还造成严重环境污染。针对该问题,本发明人经过研究发现,通过按照上述方法对木材进行改性和增强,可以特别有利地将其用作道路的水稳层、基层等中。以前的普遍认识是,木材易于腐烂,特别是在有水存在着的环境中,难以用在道路铺筑材料中,更难以用在水稳层中。在本发明中,通过对其进行改性和增强处理,使其具有足够的耐水性,同时即使其在道路铺筑中用在水稳层、基层等中,也不会由于光的作用而导致改性材料老化。
所述聚乙烯、聚丙烯或其混合物优选来自垃圾中的废塑料。优选聚乙烯,更优选线性低密度聚乙烯(LLDPE)。本领域已知,垃圾例如建筑垃圾中的废塑料(如各种废塑料瓶)主要是线性低密度聚乙烯(LLDPE),其具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒、化学稳定性好等优点,还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能,并且可耐酸、碱、有机溶剂等。本发明人经过深入研究发现,所述这些性能与路基材料中所要求的材料性能非常吻合,因此优选使用来自垃圾中的废塑料的聚乙烯对木材纤维材料进行增强。通过本发明方法获得的木材纤维材料不仅进一步增强了木材纤维本身的韧性,还提供了高强度、高刚性、高耐热、高耐寒、高化学稳定性这样的所需性能。将建筑垃圾中的聚乙烯材质的废塑料粉碎成粉末即可用在所述方法中。
与此形成鲜明对比的是,一直以来,即使对废木材进行再利用,也通常是对木材进行防腐处理,然而这需要使用防腐剂,防腐剂通常是铬酸盐、硼酸盐、砷酸铜等盐,如果用在道路铺筑材料的,会造成非常严重的环境污染,例如土壤污染。
此外,在本发明的木材纤维改性过程中,针对木材的表面物理和化学结构,从大量其它领域中使用的界面增容剂中筛选出聚乙烯聚吡咯烷酮作为界面增容剂,聚乙烯聚吡咯烷酮具有极性的侧基和疏水的主链,可以分别与木材和聚乙烯(或聚丙烯)接触,起到降低界面张力的增容作用,这种高分子增容剂的使用,避免了增容剂在使用过程中的迁移,有利于发挥出稳定的增容效果,同时有利于确保复合材料的性能稳定性。将聚乙烯聚吡咯烷酮配制成溶液,优选含水溶液使用,方法简便,不使用有机溶剂,进而还具有很好的环保性。
本发明还涉及上述道路铺筑材料的制备方法,该方法包括将2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15-30重量%淤泥,40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02-0.06重量%激发剂混合,充分搅拌至均匀。
优选地,所述方法包括以下步骤:
将2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15-30重量%淤泥,40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02-0.06重量%激发剂,以及可选的1-5重量%来自建筑垃圾的改性和增强的木材纤维材料和可选的0.01-2重量%的外加剂混合均匀,其混合顺序如下:
(1)将2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉、15-30重量%淤泥和0.02-0.06重量%激发剂混合,充分搅拌至均匀;
(2)任选将步骤(1)得到的混合物与可选的1-5重量%来自建筑垃圾的改性和增强的木材纤维材料和0.01-2重量%的外加剂混合;和
(3)将步骤(2)得到的混合物与40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料混合,充分搅拌至均匀。
本发明人发现,与现有技术中常见的同时加料和混合的方法相比,激发剂更能够激发微粉的活性,其原因主要在于,如果在初始混合步骤中将比例非常低的激发剂与比例非常大的泥土材料混合,则容易被泥土材料包裹,从而使其难以和微粉材料接触;另外,经处理的淤泥一般粒度较细且具有一定的硬度,可以在初始步骤中与活性微粉和激发剂混合。
在一个优选实施方案中,建筑垃圾分拣步骤过程中分拣出的木材可以作为改性和增强的木材纤维材料的原料,由所述木材制备改性和增强的木材纤维材料的方法包括以下步骤:
(1)将建筑垃圾中的废木材短切成最大直径为0.5-2cm的片段材料;
(2)将短切的片段材料置于搅拌罐内,加入表面改性剂的水溶液,搅匀,片段材料与表面改性剂的质量比为200:1-500:1,所述表面改性剂为聚乙烯聚吡咯烷酮,溶液中聚乙烯聚吡咯烷酮的浓度为20-30重量%;
(3)向表面改性后的片段材料中加入聚乙烯粉末、聚丙烯粉末或其混合物,混合均匀,使片段材料的表面附着聚乙烯粉末、聚丙烯粉末或其混合物,所述片段材料与聚乙烯、聚丙烯或其混合物的质量比为10:1-100:1;
(4)将步骤(3)得到的混合料在110℃-220℃,优选120℃-180℃,更优选130-170℃的条件下热处理30-60分钟,冷却至室温后得到改性和增强的木材纤维材料。
当然,本领域技术人员可以意识到的是,如果建筑垃圾中的木材、废塑料得到的聚乙烯粉末的量不能够满足配料的需求,也任选可以从其它废物处理领域获取。
在另一个优选实施方案中,本发明的道路铺筑材料中还可以包含0.01-5重量%,优选0.05-2重量%的混凝土外加剂。
本发明的混凝土外加剂优选包含或者是通过使如下单体(I)和单体(II)共聚获得的共聚物:
(I)
其中R1为C1-C6的烷基,例如乙基,R2为C2-C6的烷氧基,例如乙氧基,n为2-10的整数;和
(II)α,β-不饱和羧酸或其盐;
其中单体(I)和(II)的重量比为50-95:5-50,所述共聚物的重均分子量为500-2000。
在所述结构中,重复乙氧基单元的存在进一步增强了铺筑混凝土的减水性能。
最优选地,所述α,β-不饱和羧酸具有如下化学结构式:
发现通过在苯环对位用F取代,可以进一步增强共聚物的减水性能,从而可以在道路铺筑材料中加入低至0.01重量%的所述外加剂就可以实现所需减水性能。
本发明的这种具有优异减水性能的外加剂聚合物或其类似物尚未有报导。
聚合方法可以采用本领域常规的聚合方法来进行,例如本体聚合、溶液聚合、乳液聚合法或悬浮聚合。
本发明人经过研究发现,通过加入这样的外加剂,可以提供优异的减水性能,防止道路铺筑材料的流动性随着时间降低,非常有利于在道路铺筑中进行施工,并且使得能够有效避免水泥的使用,道路强度高。
具体实施方式
通过以下具体实施例和对比例,进一步描述本发明,但是实施例仅用于说明,并不能限制本发明的范围。
在本发明中,各项性能测试可以参照下列标准进行:1、GB/T 1346《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》;2、GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》;3、混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ 56-84;4、GB 8076-2008;5、JTGE51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程;和6、交通部颁发的《公路路面基层施工技术规范》。
实施例1
制备3吨重的道路铺筑材料,基于该道路铺筑材料的总重量计,其包含约15重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,约24.95重量%淤泥,约60重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和约0.05重量%激发剂。其中,所述具有活性的微粉通过在颚式粉碎机和研磨机中将磷渣破碎、研磨获得;获得的微粉的比表面积为1700m2/kg,所述泥土材料是从建筑垃圾中分离出来的土,主要是工程施工产生的泥土;所述淤泥为天津海河疏浚淤泥;激发剂为碱类激发剂A和盐类激发剂B的组合物,激发剂A与B的重量比为5:1;碱类激发剂A为基于碱类激发剂A的总重量计30重量%Ca(OH)2、10重量%NaOH、30重量%Na2CO3和30重量%Na2SiO3·9H2O的混合物;盐类激发剂B为基于盐类激发剂B的总重量计30重量%Na2SO4、25重量%CaSO4·2H2O、15重量%CaCl2和30重量%CaSO4的混合物。在所述道路铺筑材料制备过程中,先将激发剂与微粉在搅拌器中充分混合,再与泥土材料混合。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试其7d抗压强度。经测量,其7d抗压强度为3.32MPa,完全符合高速公路对基层的7d抗压强度为3~4Mpa的要求。
对比例1
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料,其与实施例1的不同之处仅在于所述微粉用等重量的比表面积为约500m2/kg的建筑垃圾混凝土破碎、研磨获得的微粉替代。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试其7d抗压强度。按照与实施例1相同的测量方法,测得7d抗压强度为1.91MPa,不符合高速公路对基层的7d抗压强度为3~4Mpa的要求,也不符合一级公路对交通基层材料的要求。
对比例2
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料,其与实施例1的不同之处仅在于微粉的比表面积为450m2/kg。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试其7d抗压强度。按照与实施例1相同的测量方法,测得7d抗压强度为2.70MPa,不符合高速公路对基层的7d抗压强度为3~4Mpa的要求,但是符合普通公路例如一级公路对交通基层材料的要求。
对比例3
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料,其与实施例1的不同之处仅在于不使用盐类激发剂B,其用等重量的碱类激发剂A替代。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试其7d抗压强度。按照与实施例1相同的测量方法,测得7d抗压强度为3.12MPa,符合高速公路对基层的7d抗压强度为3~4Mpa的要求,但并不是非常理想。
实施例2
改性和增强的木材纤维材料的制备
(1)将建筑垃圾中的废木材短切成最大直径为0.5-2cm不等的片段材料;
(2)将短切的片段材料置于搅拌罐内,加入25重量%的聚乙烯聚吡咯烷酮水溶液,用搅拌器搅拌均匀,片段材料与表面改性剂的质量比为300:1;
(3)向表面改性后的片段材料中加入聚乙烯粉末,充分混合,使其均匀,使片段材料的表面附着聚乙烯粉末,所述片段材料与聚乙烯的质量比为80:1;
(4)将步骤(3)得到的混合料在135℃的条件下热处理45分钟,冷却至室温后得到改性和增强的木材纤维材料。
实施例3
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料,其与实施例1的不同之处仅在于在实施例1的道路铺筑材料的基础上加入为实施例1的道路铺筑材料总重量的3重量%的实施例2制得的改性和增强的木材纤维材料。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试其7d抗压强度。按照与实施例1相同的测量方法,测得7d抗压强度为3.65MPa,符合高速公路对基层的7d抗压强度为3~4Mpa的要求,并且强度比实施例1的道路铺筑材料提高约10%。
实施例4:外加剂的制备
单体(I)的化学结构式为:
其中R1为乙基,R2乙氧基,n为5,该单体可以通过将聚乙二醇和乙基丙烯酸按照常规酯化方法进行酯化、然后将酯化产物与乙氧基氯按照常规消除反应制得,或者可以直接商购自Sigma-Aldrich公司;
单体(II)的化学结构式为:
该单体可商购自上海化学试剂公司;
采用乳液聚合法,向500mL带有机械搅拌装置的圆底烧瓶中加入80g单体(I)和10g单体(II)以及200mL去离子水,搅拌下通氮气,然后加入0.1g过硫酸铵作为引发剂,升温至聚合温度,聚合温度为80℃,保持反应4小时,结束反应后回收聚合产物,经测量所得共聚物的重均分子量为约1500。
实施例5:
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料R’,其与实施例1的不同之处仅在于在实施例1的道路铺筑材料的基础上加入为该道路铺筑材料总重量的0.2重量%的实施例4制得的外加剂。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试减水性和减水剂收缩率比。
对比例4:
按照与实施例1相同的操作程序制备3吨重的道路铺筑材料R”,其与实施例1的不同之处仅在于在实施例1的道路铺筑材料的基础上加入为该道路铺筑材料总重量的0.3重量%的市售TH-928聚羧酸系高性能减水剂。TH-928聚羧酸系高性能减水剂是目前所认为性能较好的减水剂。按照标准公路设计规范,将所述材料作为公路基层进行铺筑,测试减水性和减水剂收缩率比。
表1:不同外加剂的性能对比
与常规减水剂相比,本发明的减水剂使减水性提高7%,并且收率率降低16%,这反映在用量非常大的道路铺筑材料中,能够减少水的用量、大大提高道路铺筑材料的强度,通过所述减水性能的增强,可以获得高强道路铺筑材料,避免水泥的使用。同时,所述减水剂的优异性能可以延长道路铺筑材料的寿命可多达一倍以上,从而极大地延长道路的使用寿命。
最后应说明的是,显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种道路铺筑材料,基于该道路铺筑材料的总重量计,其包含2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15-30重量%淤泥,40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02-0.06重量%激发剂;所述淤泥为经过处理的淤泥,其通过包括如下步骤的处理方法获得:(1)向淤泥中加入粉煤灰和火山灰,粉煤灰和火山灰的量基于所述淤泥的重量计分别为1-5重量%和1-3重量%,搅拌5-20小时;(2)然后向其中加入基于所述淤泥的重量计0.01-0.08重量%的聚丙烯酰胺和0.02-0.06重量%的羧甲基纤维素,搅拌1-6小时;和(3)将步骤(2)的物料在环境条件下风干至水含量低于8重量%,然后破碎至粒径为20mm以下。
2.根据权利要求1所述的道路铺筑材料,其中该道路铺筑材料不包含水泥、沥青或水泥混凝土。
3.根据权利要求1或2所述的道路铺筑材料,其中所述具有活性的微粉通过将磷渣粉碎、研磨获得。
4.根据权利要求3所述的道路铺筑材料,其中所述具有活性的微粉的比表面积为650-2000m2/kg。
5.根据权利要求1或2所述的道路铺筑材料,其中所述激发剂为复合生物固化剂,所述复合生物固化剂为坚土酶、角蛋白酶和磷酸酶以(10~15):(1~2):(1~2)重量比的混合物。
6.权利要求1-5中任一项所述的道路铺筑材料的制备方法,该方法包括以下步骤:2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉,15-30重量%淤泥,40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料,和0.02-0.06重量%激发剂混合均匀,其混合顺序如下:
(1)2-18重量%由磷渣制得的具有活性的微粉、15-30重量%淤泥和0.02-0.06重量%激发剂混合,充分搅拌至均匀;
(2)将步骤(1)得到的混合物与40-70重量%从建筑垃圾中分离得到的泥土材料混合,充分搅拌至均匀。
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