CN112624700A - 道路复合水稳料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了道路复合水稳料及其制备方法，道路复合水稳料，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；其中，水泥的内掺掺量为5‑6％，土壤固化剂的外掺掺量为0.014‑0.018％；本发明所制备的道路复合水稳料各骨料间连接紧密，强度高，水稳性好，成本低。

Description

道路复合水稳料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路复合水稳料领域。更具体地说，本发明涉及道路复合水稳料及其制备 方法。
背景技术
道路基层建设过程中所用到的一些材料如砂石，在开采过程中会造成植被破坏，水土 流失，且会增加成本。
煤矸石、剥离土石方、尾矿和建筑垃圾等固体废弃物若不加以处理，会污染环境。
以固体废弃物为原料制备道路复合水稳料，既能节约资源，又能避免环境污染。
但以固体废弃物为原料制备道路复合水稳料时，存在着各骨料间连接不紧密，强度较 低，水稳性较差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供道路复合水稳料及其制备方法，所制备的道路复合水稳料各骨料 间连接紧密，强度高，水稳性好，成本低。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了道路复合水稳料，制备原料包含 固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥的内掺掺量为5％～6％，土壤固化剂的外掺掺量为0.014～0.018％；
土壤固化剂包括以下质量份数的组分：造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、高分子 添加剂2份、表面活性剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂3-6份。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，所述固体废弃物为煤矸石、剥离土石方、尾矿 和建筑垃圾中的一种或多种。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后， 边搅拌边喷洒土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，喷洒土壤固化剂时，还加入固体废弃物和水泥 总重量7-9％的蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂 改性聚氨酯的制备方法包括以下步骤：
步骤一、向聚醚二元醇中加入干燥的蒙脱土和石英粉，搅拌成悬浮液；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中制备的悬浮液中加入甲苯二异氰酸酯和催化剂， 之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂， 反应1h，即得蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，蒙脱土和石英粉的质量比为1:0.2，悬浮液中聚醚二元醇的质量分数为80％， 甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4：0.2：0.1。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应 体系中的初始浓度为180ppm。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
优选的是，所述的道路复合水稳料中，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、在现有的离子固化剂的基础上，对配方进行改良，通过添加造纸污泥和矿渣粉 来保证固化后的各类混合料均具有良好的硬度，符合路面施工要求，而且原料环保，对动 植物无害；
第二、在现有的离子固化剂的基础上，添加聚丙烯酸钠和胺基硅醇，提高离子型固化 剂的使用寿命，使固化剂固化后的道路基层能够保持更长的时间；聚丙烯酸钠的化学性质 稳定，耐热，久存黏度变化极小，即使在高温下，也极为稳定，能够较好的弥补现有的离子固化剂使用寿命不长的缺点，胺基硅醇上的硅羟基容易与固体废弃物上的硅羟基进行缩合，将固体废弃物的亲水性转变成憎水性，因此与离子型固化剂的作用过程类似，因此不会产生其它较大的化学反应和冲突，能够良好的进行兼容；
第三、添加吸水剂，且将含水硅酸镁作为吸水剂对固体废弃物中的含水量进行调节， 提高吸水强度，增强聚丙烯酸钠在固体废弃物中的成膜性能，此外含水硅酸镁还能够与固 体废弃物中的钠钾离子发生置换，促进固体废弃物固化后的稳定性，使到的道路基层硬度 较为统一；
第四、在制备过程中添加蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，蒙脱土具有较大的 比表面积和阳离子交换量，对金属离子具有吸附性能，能吸附固体废弃物中的重金属离子， 并且可以利用水泥、聚氨酯的包裹作用固定住被吸附的重金属离子，且以蒙脱土、石英粉 和硅烷偶联剂作为强度改性剂，能提高道路基层的强度。通过引入聚氨酯，利用其粘接性 能，使固体废弃物颗粒间的粘接力变强，因而能减少固化土体结构的孔隙率，增加密实度， 降低渗水性，使固化土体结构更稳固。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明 的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字 能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述 试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
道路复合水稳料，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥(42.5po普通硅酸盐水泥不带R)的内掺掺量为5％，土壤固化剂的外掺掺量为0.014％；
土壤固化剂，包括：造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、 磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、高分子添加剂2份、表面活性 剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂5份；
土壤固化剂的具体制备方法为：将上述重量份的造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、 高分子添加剂2份、表面活性剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂5份， 搅拌混合均匀得到土壤固化剂；
其中，所述激发剂为氯化钠，氧化剂为硫酸酐，分散剂为石蜡，高分子添加剂为聚丙 烯酰胺，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，吸水剂为硫酸钠。
所述固体废弃物为煤矸石，煤矸石粉碎后的平均粒径为2mm。
道路复合水稳料的制备方法中，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后，边搅 拌边喷洒土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
实施例2
在实施例1的基础上，道路复合水稳料的制备方法中，喷洒土壤固化剂时，还加入固 体废弃物和水泥总重量7％的蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，蒙脱土-石英 粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯的制备方法包括以下步骤：
步骤一、向聚醚二元醇中加入干燥的蒙脱土和石英粉，搅拌成悬浮液；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中制备的悬浮液中加入甲苯二异氰酸酯和催化剂， 之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂， 反应1h，即得蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，蒙脱土和石英粉的质量比为1:0.2，悬浮液中聚醚二元醇的质量分数为80％， 甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4：0.2：0.1。
道路复合水稳料的制备方法中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应体系中 的初始浓度为180ppm。
道路复合水稳料的制备方法中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
道路复合水稳料的制备方法中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
道路复合水稳料的制备方法中，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
实施例3
道路复合水稳料，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥(42.5po普通硅酸盐水泥不带R)的内掺掺量为5.5％，土壤固化剂的外掺掺量为0.016％；
土壤固化剂，包括：造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、 磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、高分子添加剂2份、表面活性 剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂3份；
土壤固化剂的具体制备方法为：将上述重量份的造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、 高分子添加剂2份、表面活性剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂3份， 搅拌混合均匀得到土壤固化剂；
其中，所述激发剂为硫酸钠，氧化剂为高锰酸钾，分散剂为金属皂类，高分子添加剂 为沙蒿胶，表面活性剂为脂肪酸甘油酯，吸水剂为含水硅酸镁。
所述固体废弃物为煤矸石，煤矸石粉碎后的平均粒径为2mm。
道路复合水稳料的制备方法中，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后，边搅 拌边喷洒土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
道路复合水稳料的制备方法中，喷洒土壤固化剂时，还加入固体废弃物和水泥总重量 8％的蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨 酯的制备方法包括以下步骤：
步骤一、向聚醚二元醇中加入干燥的蒙脱土和石英粉，搅拌成悬浮液；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中制备的悬浮液中加入甲苯二异氰酸酯和催化剂， 之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂， 反应1h，即得蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，蒙脱土和石英粉的质量比为1:0.2，悬浮液中聚醚二元醇的质量分数为80％， 甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4：0.2：0.1。
道路复合水稳料的制备方法中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应体系中 的初始浓度为180ppm。
道路复合水稳料的制备方法中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
道路复合水稳料的制备方法中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
道路复合水稳料的制备方法中，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
实施例4
道路复合水稳料，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥(42.5po普通硅酸盐水泥不带R)的内掺掺量为6％，土壤固化剂的外掺掺量为0.018％；
土壤固化剂，包括：造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、 磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、高分子添加剂2份、表面活性 剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂4份；
土壤固化剂的具体制备方法为：将上述重量份的造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、 高分子添加剂2份、表面活性剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂4份， 搅拌混合均匀得到土壤固化剂；
其中，所述激发剂为硫酸钠，氧化剂为高锰酸钾，分散剂为金属皂类，高分子添加剂 为芦荟胶，表面活性剂为脂肪酸甘油酯，吸水剂为含水硅酸镁。
所述固体废弃物为煤矸石，煤矸石粉碎后的平均粒径为2mm。
道路复合水稳料的制备方法，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后，边搅拌 边喷洒土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
道路复合水稳料的制备方法中，喷洒土壤固化剂时，还加入固体废弃物和水泥总重量 9％的蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨 酯的制备方法包括以下步骤：
步骤一、向聚醚二元醇中加入干燥的蒙脱土和石英粉，搅拌成悬浮液；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中制备的悬浮液中加入甲苯二异氰酸酯和催化剂， 之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂， 反应1h，即得蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，蒙脱土和石英粉的质量比为1:0.2，悬浮液中聚醚二元醇的质量分数为80％， 甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4：0.2：0.1。
道路复合水稳料的制备方法中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应体系中 的初始浓度为180ppm。
道路复合水稳料的制备方法中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
道路复合水稳料的制备方法中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
道路复合水稳料的制备方法中，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
对比例1
道路复合水稳料，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥(42.5po普通硅酸盐水泥不带R)的内掺掺量为5％，土壤固化剂的外掺掺量为0.014％；
土壤固化剂为路邦EN-1土壤固化剂。
固体废弃物为煤矸石，煤矸石粉碎后的平均粒径为2mm。
道路复合水稳料的制备方法，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后，边搅拌 边加入土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
对比例2
在实施例1的基础上，道路复合水稳料的制备方法中，喷洒土壤固化剂时，还加入固 体废弃物和水泥总重量7％的硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，硅烷偶联剂改性聚氨酯的制 备方法包括以下步骤：
步骤一、对聚醚二元醇进行脱水处理；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中脱水后的聚醚二元醇中加入甲苯二异氰酸酯和催 化剂，之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂， 反应1h，即得硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4： 0.2：0.1。
道路复合水稳料的制备方法中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应体系中 的初始浓度为180ppm。
道路复合水稳料的制备方法中，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
道路复合水稳料的制备方法中，所述硅烷偶联剂为KH-550。
道路复合水稳料的制备方法中，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
试验1
对实施例1-4和对比例1、2中的道路复合水稳料，按照本领域常规方法制成试块，测试试块7天无侧限抗压强度。
试验方法参考：《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTGE51-2009)》；抗压强度 的测试方法参考：T0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法。实验结果如 表1所示。
表1抗压强度的测定结果
组别 7天无侧限抗压强度平均值(Mpa)
实施例1 6.82
实施例2 7.16
实施例3 7.28
实施例4 7.39
对比例1 2.61
对比例2 6.98
由表1可知，实施例1中制备的道路复合水稳料的7天无侧限抗压强度远远高于对比 例1中制备的道路复合水稳料。说明本申请采用的土壤固化剂优于路邦EN-1土壤固化剂。 且实施例1与实施例2、对比例2比较可知，实施例2中喷洒土壤固化剂时，还加入蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，对比例2中喷洒土壤固化剂时，还加入硅烷偶联剂改性聚氨酯，因而实施例2、对比例2所制备的道路复合水稳料的7天无侧限抗压强度均较 实施例1高，且因实施例2中喷洒土壤固化剂时，加入的是蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改 性聚氨酯，蒙脱土、石英粉和硅烷偶联剂联合作为强度改性剂，使得实施例2所制备的道 路复合水稳料的7天无侧限抗压强度更高。
试验2
对实施例1-4和对比例1、2中的道路复合水稳料，按照本领域常规方法制成试块，测定试块的耐水性。
实验方法参考：《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)》；
抗压强度的测试方法参考：T0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方 法。
具体实验方法：将实施例1-4和对比例1、2中的水泥稳定基层材料制成的试块，经7天标准养护后，一部分试块浸入25℃水中分别放置30天和40天，另一部分继续标准养 护30天和40天，对比测试两组试块的强度。以标准养护室养护的试块抗压强度为基准， 计算强度损失率。其结果如表2所示。
表2耐水性的测定结果
Figure BDA0002854194580000091
由表2可知，实施例1-4中制备的道路复合水稳料的浸水后强度损失率远远低于对比 例1中的材料。说明本发明制备的道路复合水稳料的耐水性更好。且实施例1与实施例2、对比例2比较可知，实施例2中喷洒土壤固化剂时，还加入蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改 性聚氨酯，对比例2中喷洒土壤固化剂时，还加入硅烷偶联剂改性聚氨酯，通过引入聚氨 酯，利用其粘接性能，使固体废弃物颗粒间的粘接力变强，因而能减少固化土体结构的孔 隙率，增加密实度，降低渗水性，且在聚氨酯制备过程中引入硅烷偶联剂，也能提高聚氨 酯的耐水性。
试验3
对实施例1-4和对比例1、2中的道路复合水稳料，按照本领域常规方法制成试块，测 定试块的抗冻融性能。
实验方法参考：《公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)》；
抗压强度的测试方法参考：T0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方 法。
实验结果如表3所示，其中，冻稳系数表示5次冻融循环后试块的强度，与养护后强度比值；其值越高，表示抗冻融性能越好。
表3冻稳系数的测定结果
组别 冻稳系数
实施例1 0.81
实施例2 0.95
实施例3 0.98
实施例4 0.99
对比例1 0.36
对比例2 0.87
由表3可知，实施例1-4中制备的道路复合水稳料的冻稳系数远远高于对比例1中的 道路复合水稳料。说明本发明制备的道路复合水稳料的抗冻融性能更好。且实施例2和对 比例2比较可知，喷洒土壤固化剂时，加入蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯较加入 硅烷偶联剂改性聚氨酯抗冻融性能更好。
试验4
对实施例1-4和对比例1、2中的道路复合水稳料，按照本领域常规方法制成试块，进行浸出液重金属含量检测；实验结果如表4所示。
表4浸出液重金属含量检测结果
Figure BDA0002854194580000101
由表4可知，以实施例1-4中制备的道路复合水稳料作为道路基层材料，浸出液重金 属含量较少，且以实施例2-4中制备的道路复合水稳料作为道路基层材料，浸出液重金属 含量最少，这是因为实施例2-4中在制备过程中添加了蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚 氨酯，蒙脱土具有较大的比表面积和阳离子交换量，对金属离子具有吸附性能，能吸附固 体废弃物中的重金属离子，并且可以利用水泥、聚氨酯的包裹作用固定住被吸附的重金属 离子，因而浸出液重金属含量最少。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.道路复合水稳料，其特征在于，制备原料包含固体废弃物、水泥和土壤固化剂；
其中，水泥的内掺掺量为5-6％，土壤固化剂的外掺掺量为0.014-0.018％；
土壤固化剂包括以下质量份数的组分：造纸污泥30份、矿渣粉15份、聚丙烯酸钠32份、丙三醇36份、磺化油26份、激发剂18份、氧化剂9份、分散剂10份、高分子添加剂2份、表面活性剂0.6份、木质素纤维4份、胺基硅醇10份、吸水剂3-6份。
2.如权利要求1所述的道路复合水稳料，其特征在于，所述固体废弃物为煤矸石、剥离土石方、尾矿和建筑垃圾中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将固体废弃物和水泥拌和均匀后，边搅拌边喷洒土壤固化剂，之后拌和均匀，摊铺碾压，即得道路复合水稳料。
4.如权利要求3所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，喷洒土壤固化剂时，还加入固体废弃物和水泥总重量7-9％的蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯，其中，蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯的制备方法包括以下步骤：
步骤一、向聚醚二元醇中加入干燥的蒙脱土和石英粉，搅拌成悬浮液；
步骤二、在氮气保护下，向步骤一中制备的悬浮液中加入甲苯二异氰酸酯和催化剂，之后逐渐升温至60℃，反应2h，得到预聚体；
步骤三、将步骤二中制备的预聚体降温至40℃后，滴加小分子扩链剂和硅烷偶联剂，反应1h，即得蒙脱土-石英粉-硅烷偶联剂改性聚氨酯；
其中，蒙脱土和石英粉的质量比为1:0.2，悬浮液中聚醚二元醇的质量分数为80％，甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、小分子扩链剂和硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.4：0.2：0.1。
5.如权利要求4所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡酯，其在反应体系中的初始浓度为180ppm。
6.如权利要求4所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇。
7.如权利要求4所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550。
8.如权利要求4所述的道路复合水稳料的制备方法，其特征在于，所述聚醚二元醇的平均分子量2000。
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