CN112225511A - 一种用工程泥土生产的道路基层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用工程泥土生产的道路基层材料，其按照质量份计包括：工程泥土70~100份，建筑垃圾再生细骨料0~30份，二者质量之和5~9%的固化剂，以及工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和12~18%的水。相应的，本发明还公开了上述工程泥土道路基层材料的制备方法；实施本发明，可得到强度高、抗冲刷性能好、成本低的道路基层材料，能满足二级及以下等级公路、城市次干路及支路底基层技术要求。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种用工程泥土生产的道路基层材料及其制备方法。
背景技术
工程泥土，主要指工程建设过程的基坑开挖、切方开挖、道路与其它工程建设换填的废弃泥土，桩基施工过程中产生的泥浆，地铁工程中产生的盾构土，以及少量的砂浆、混凝土碎块、砖石、废金属等废弃物。随着我国国民经济的快速发展，建筑业、轨道交通等行业发展迅速，工程建设步伐加快，导致城市中工程泥土的产生和排出数量快速增长。
目前，我国工程泥土的主要处置方式还是以填埋、露天堆积为主，资源化利用率较低。大量堆积的工程泥土不仅占用大量的土地，产生比较严重的水土流失，造成地质灾害；经过长期的日晒雨淋后，还会产生有害物质和有害气体，污染土壤、空气和地下水，并且严重影响城市市容市貌，在一定程度上阻碍了城市的进一步发展。
在工程泥土的资源化利用方面，目前研究较多的是将其用作基坑回填材料或道路路基填土，基坑回填及道路路基对材料的要求均比较低，相应的处置工艺简单，技术门槛也不高，利用这种处置方式可以消纳部分工程泥土，但附加值较低，不能产生较高的经济效益。
此外，工程泥土因含泥量高、粒径小、比表面积大等特点，用于制备道路基层材料时会影响整体强度、增加水泥用量，从而提高生产成本，因此工程泥土一般不用于制备道路基层材料。
鉴于此，有必要提出一种用工程泥土生产的道路基层材料及其制备方法以解决或至少缓解上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用工程泥土生产的道路基层材料及其制备方法，该道路基层材料及其制备方法旨在提高工程泥土的资源化利用率，实现工程泥土高附加值利用并解决现有技术中道路基层材料没有充分利用工程泥土的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种用工程泥土生产的道路基层材料及其制备方法，具体技术方案如下：
本发明涉及一种用工程泥土制备的道路基层材料，以质量份数计，该材料由以下组分组成：
工程泥土70~100份，
建筑垃圾再生细骨料0~30份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和5%~9%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和12%~18%的水；
其中，所述固化剂由25~40质量份的水泥、30~45质量份的矿渣微粉、10~20质量份的钢渣微粉、10~20质量份的粉煤灰及1~4质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1~3份氢氧化钠和1~3份硫酸钠组成或由1~3份氧化钙、1~3份氯化钙和0.1~0.5份三乙醇胺组成。
优选地，所述工程泥土为建筑工程、道路工程或城市地下工程开挖土，利用磁选、重选、风选中的一种或多种工艺去除金属及塑料、木材等杂质，颗粒直径为0~4.75mm。
优选地，所述建筑垃圾再生细骨料为城市拆除垃圾经破碎、重选、风选、磁选、筛分等工艺后得到的再生细骨料，主要成分为混凝土、砖渣、石、陶瓷等，有机质含量＜2.0%，杂质含量＜0.5%，颗粒直径为0~4.75mm。
优选地，所述水泥为P.C 42.5或P.O 42.5水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰和/或Ⅱ级粉煤灰，比表面积不小于450m2/kg。
优选地，所述矿渣微粉为高炉炼铁废渣经磨细后所得，比表面积不小于500m2/kg；所述钢渣微粉为炼钢废渣经磨细后所得，比表面积不小于400m2/kg。
优选地，所述道路基层材料的压实度≥97%。
优选地，所述道路基层材料的干密度为1760~1850kg/m3。
本发明中，所述“份”均表示“质量份”。
上述道路基层材料的制备方法如下：
包括以下步骤：
1）将激发增强剂混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将25~40质量份水泥、30~45质量份矿渣微粉、10~20质量份钢渣微粉和10~20质量份粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将70~100质量份工程泥土、0~30质量份建筑垃圾再生细骨料和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
本申请的方案中，由于原料全部采用城市固体废弃物，生产成本低、且能够有效节约自然资源并消耗城市垃圾。本发明的道路基层材料以工程泥土和建筑垃圾再生细骨料作为主要原料，利用矿渣、钢渣、粉煤灰等工业废渣和少量水泥并辅以激发增强剂作为固化剂进行固化，可以替代传统水泥稳定碎石基层材料。根据不同工业废渣颗粒大小、硬度等物理性质的不同将其破碎、粉磨到不同的细度，可在较小能耗条件下获得较高活性的废渣微粉，再辅以高效激发增强剂，以此得到的固化剂各项性能指标均优于42.5等级水泥，解决了水泥等材料在泥土固化中的不足。利用该固化剂生产的工程泥土道路基层材料强度高，抗渗透性能和抗冲刷性能好，能满足二级公路及以下等级公路、城市次干路及以下等级道路底基层技术要求。对于减小城市工程泥土的堆放量和占地面积，减轻其对生态环境的污染，提高其资源化利用率和经济附加值具有重要意义。
本发明通过各成分的配合和配比组成的控制协同，不仅改善了水泥的基本性能，而且得到的新型固化剂可以更好的与泥土中的SiO2+、Al2O3、CaO等物质发生作用，增强了固化土的整体网状结构强度。通过本固化剂制备的工程泥土道路基层材料，与水泥相比，具有强度高、抗冲刷性能好、成本低廉等优点，完全可以代替传统的水泥稳定基层材料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
此外，本发明的工程泥土道路基层材料及制备方法提供以下几种具体的实施方式：
实施例1：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土70份，
建筑垃圾再生细骨料30份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和7%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和15%的水；
其中，所述固化剂由30质量份的水泥、35质量份的矿渣微粉、15质量份的钢渣微粉、20质量份的粉煤灰及3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氢氧化钠、2份硫酸钠组成。
其制备方法为：
1）将氢氧化钠、硫酸钠混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将水泥、矿渣微粉、钢渣微粉和粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
实施例2：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土70份，
建筑垃圾再生细骨料30份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和7%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和15%的水；
其中，所述固化剂由25质量份的水泥、35质量份的矿渣微粉、20质量份的钢渣微粉、20质量份的粉煤灰及3.3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氧化钙、2份氯化钙和0.3份三乙醇胺组成。
其制备方法为：
1）将氧化钙、氯化钙和三乙醇胺混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将水泥、矿渣微粉、钢渣微粉和粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
实施例3：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土70份，
建筑垃圾再生细骨料30份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和5%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和14%的水；
其中，所述固化剂由25质量份的水泥、35质量份的矿渣微粉、20质量份的钢渣微粉、20质量份的粉煤灰及3.3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氧化钙、2份氯化钙和0.3份三乙醇胺组成。
制备方法同实施例2相同。
实施例4：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土70份，
建筑垃圾再生细骨料30份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和9%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和16%的水；
其中，所述固化剂由25质量份的水泥、35质量份的矿渣微粉、20质量份的钢渣微粉、20质量份的粉煤灰及3.3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氧化钙、2份氯化钙和0.3份三乙醇胺组成。
制备方法同实施例2相同。
实施例5：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土85份，
建筑垃圾再生细骨料15份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和7%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和16%的水；
其中，所述固化剂由30质量份的水泥、40质量份的矿渣微粉、15质量份的钢渣微粉、15质量份的粉煤灰及3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氢氧化钠、2份硫酸钠组成。
制备方法同实施例1相同。
实施例6：
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土85份，
建筑垃圾再生细骨料15份，
工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和7%的固化剂，
工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和16%的水；
其中，所述固化剂由30质量份的水泥、40质量份的矿渣微粉、15质量份的钢渣微粉、15质量份的粉煤灰及3.4质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氧化钙、2份氯化钙和0.4份三乙醇胺组成。
制备方法同实施例2相同。
实施例7
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土100份，
工程泥土质量7%的固化剂，
工程泥土和固化剂质量之和17%的水；
其中，所述固化剂由35质量份的水泥、45质量份的矿渣微粉、10质量份的钢渣微粉、10质量份的粉煤灰及3质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氢氧化钠、2份硫酸钠组成。
其制备方法为：
1）将氢氧化钠、硫酸钠混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将水泥、矿渣微粉、钢渣微粉和粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将工程泥土和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
实施例8
本实施例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其由以下组分组成：
工程泥土100份，
工程泥土质量7%的固化剂，
工程泥土和固化剂质量之和17%的水；
其中，所述固化剂由35质量份的水泥、45质量份的矿渣微粉、10质量份的钢渣微粉、10质量份的粉煤灰及3.4质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1份氧化钙、2份氯化钙和0.4份三乙醇胺组成。
其制备方法为：
1）将氧化钙、氯化钙和三乙醇胺混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将水泥、矿渣微粉、钢渣微粉和粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将工程泥土和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
对比例1
本对比例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其与实施例8的区别在于，固化剂全部采用水泥，且不添加激发增强剂。
对比例2
本对比例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其与实施例8的区别在于，激发增强剂中不含氯化钙。
对比例3
本对比例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其与实施例7的区别在于，激发增强剂中的硫酸钠由水玻璃代替。
对比例4
本对比例提供一种用工程泥土制备的道路基层材料，其与实施例8的区别在于，激发增强剂由1份氧化钙、0.5份氯化钙和0.4份三乙醇胺组成。
按照相关规范及试验规程对以上各实施例得到的道路基层材料进行性能检测，试验结果如下表：
由上表中的试验结果可知，本发明实施例道路基层材料的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和抗压回弹模量均高于相应的对比例，且抗冲刷质量损失更低，抗冲刷性能与耐久性更好。在保证质量相同的条件下，本发明的工程泥土道路基层材料的原材料成本要比传统水泥稳定碎石或普通再生水泥稳定材料成本低，因此应用本发明方法还能节约工程项目原材料成本，需要指出的是应用本发明所产生的环保效益要大于其经济效益。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用本发明的方案都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用工程泥土生产的道路基层材料，其特征在于，以质量份数计，该材料由以下组分组成：
工程泥土70~100份，
建筑垃圾再生细骨料0~30份，
相对工程泥土和建筑垃圾再生细骨料二者质量之和为5%~9%的固化剂，
相对工程泥土、建筑垃圾再生细骨料和固化剂三者质量之和为12%~18%的水；
其中，所述固化剂由25~40质量份的水泥、30~45质量份的矿渣微粉、10~20质量份的钢渣微粉、10~20质量份的粉煤灰及1~4质量份的激发增强剂组成；
所述激发增强剂由1~3份氢氧化钠和1~3份硫酸钠组成或由1~3份氧化钙、1~3份氯化钙和0.1~0.5份三乙醇胺组成。
2.根据权利要求1所述的道路基层材料，其特征在于，所述工程泥土为建筑工程、道路工程或城市地下工程产生的开挖土，利用磁选、重选、风选中的一种或多种工艺去除金属及塑料、木材等杂质，颗粒直径为0~4.75mm。
3.根据权利要求1所述的道路基层材料，其特征在于，所述建筑垃圾再生细骨料为城市拆除垃圾经破碎、重选、风选、磁选、筛分等工艺后得到的再生细骨料，主要成分为混凝土、砖渣、石、陶瓷等，有机质含量＜2.0%，杂质含量＜0.5%，颗粒直径为0~4.75mm。
4.根据权利要求1所述的道路基层材料，其特征在于，所述水泥为P.C 42.5或P.O 42.5水泥；
所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰和/或Ⅱ级粉煤灰；
所述粉煤灰的比表面积不小于450m2/kg。
5.根据权利要求1所述的道路基层材料，其特征在于，所述矿渣微粉为高炉炼铁废渣经磨细后所得，比表面积不小于500m2/kg；
所述钢渣微粉为炼钢废渣经磨细后所得，比表面积不小于400m2/kg。
6.根据权利要求1所述的道路基层材料，其特征在于，所述道路基层材料的压实度≥97%。
7.根据权利要求1或6所述的道路基层材料，其特征在于，所述道路基层材料的干密度为1760~1850kg/m3。
8.权利要求1~7任一项所述道路基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将激发增强剂混合，加水后搅拌，使其全部溶解，得到激发增强剂溶液；
2）将25~40质量份水泥、30~45质量份矿渣微粉、10~20质量份钢渣微粉和10~20质量份粉煤灰混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
3）将70~100质量份工程泥土、0～30质量份建筑垃圾再生细骨料和步骤2所述第一混合物混合，搅拌均匀，得到第二混合物；
4）将激发增强剂溶液和剩余水加入步骤3所述第二混合物中，搅拌均匀后，得到道路基层材料。
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