CN112707689A - 一种公路水稳料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种公路水稳料，其由钢渣、磷石膏、碎石、水泥制成，分为中粒土水稳料和细粒土水稳料，其中细粒土水稳料的粒径不超过4.65mm，中粒土水稳料中有粒径在4.65‑20.0mm范围的碎石和钢渣。本发明的优点：由钢渣、磷石膏、水和碎石制备的公路工程无机结合料稳定材料制作工艺简单，养护周期短，早期强度高，材料来源广且价格便宜等优点，具有较优的经济实用性；能够协同处置并磷石膏和钢渣，磷石膏占水稳料干料总重6‑9％，钢渣更是占水稳料干料总重50％，该技术可以实现这两种固废的大宗量利用；磷石膏掺量适中，并未大量黏附在骨料表面阻碍C‑S‑H与骨料粘合；钢渣、碎石、磷石膏分开闷料，能有效降低磷石膏黏附在碎石表面，有利于水稳料的整体强度发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种公路水稳料及其制备方法，属于公路水稳料技术领域。
背景技术
钢渣作为钢铁企业炼钢过程产生的一种工业固体废物，在我国年产量为1亿t左右，累计堆存总量达到12.8亿t，利用率也仅有20％。磷石膏是湿法磷酸生产中产生的副产物，在我国的堆存量已经超过5亿t，且每年有5000万t的新增堆存量，堆存压力大。
专利CN 105948639A利用水泥、钢渣砂、细粒土作为原料，旨在解决水泥稳定细粒土作为路面基层收缩开裂的问题。但该发明要经高温煅烧，生产能耗高。专利CN102815915A公布了一种公路用改性磷石膏稳定层材料及其制备方法，该法制备稳定层材料具有良好的水稳性，膨胀量不大，但该专利所需高炉炉渣、硅质页岩、水泥熟料作为改性剂，成分杂多，质量稳定差。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种公路水稳料及其制备方法，以粗钢渣与碎石作为中粒土骨料，钢渣作为细粒土骨料，配以水泥、磷石膏、钢渣粉混合稳定料制备公路水稳料，该公路水稳料的制备方法操作简单，得到的水稳料抗压、抗拉强度、毒性浸出均可达标。
本发明通过下述方案实现：一种公路水稳料，其由钢渣、磷石膏、碎石、水泥制成，分为中粒土水稳料和细粒土水稳料，其中细粒土水稳料的粒径不超过4.65mm，中粒土水稳料中有粒径在4.65-20.0mm范围的碎石和钢渣。
所述中粒土水稳料的成分如下：粒径为4.65-20.0mm范围内的碎石，粒径为4.65-20.0mm范围内的钢渣，粒径为0.5-4.65mm范围内的钢渣，粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏，水泥。
所述中粒土水稳料中各成分的质量百分比如下：粒径为4.65-20.0mm范围内的碎石占38-42％，粒径为4.65-20.0mm范围内的钢渣占20-22％，粒径为0.5-4.65mm范围内的钢渣占29-32％，粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏占6-9％，水泥占6％。
所述细粒土水稳料的成分如下：粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏，粒径为0-0.3mm范围内的钢渣，粒径为0.3-0.8mm范围内的钢渣，粒径为0.8-3mm范围内的钢渣，粒径为3-4.65mm范围内的钢渣，水泥。
所述细粒土水稳料中各成分的质量百分比如下：粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏占3-5％，粒径为0-0.3mm范围内的钢渣占10-12％，粒径为0.3-0.8mm范围内的钢渣占28-30％，粒径为0.8-3mm范围内的钢渣占28-30％，粒径为3-4.65mm范围内的钢渣占25％，水泥占6％。
一种公路水稳料的制备方法，其按照以下步骤进行：
步骤一、按比例称取钢渣和磷石膏粉，浸水进行闷料浸润；
步骤二、按比例称取碎石，浸没于水进行闷料浸润；
步骤三、按比例称取水泥，与完成闷料的钢渣和磷石膏粉一起倒入砂浆搅拌机，混合搅拌；
步骤四、向搅拌机加入水，混合搅拌；
步骤五、向搅拌机加入完成闷料的碎石，混合搅拌；
步骤六、将混合好的水稳料倒入模具中，用捣棒初步振实，用压力机进行加压，压实后维持压力1-2min；
步骤七、最终压实2-3h后进行脱模；
步骤八、养护。
所述步骤一加入的水为干集料质量比重的4％，所述步骤四入的水为干集料质量比重的3％。
所述步骤一和步骤二的闷料浸润时间为2-3h，所述步骤三、步骤四和步骤五的混合搅拌时间为2-3min。
所述步骤六中捣棒采用混泥土振动捣棒或手动捣棒，所述压力机的量程不小于2000KN，并以1mm/min的加载速度加压。
所述步骤八中养护环境为温度25±2℃、湿度95±2％、1个标准大气压。
本发明的有益效果为：
1、本发明由钢渣、磷石膏、水和碎石制备的公路工程无机结合料稳定材料制作工艺简单，养护周期短，早期强度高，材料来源广且价格便宜等优点，具有较优的经济实用性；
2、本发明能够协同处置并磷石膏和钢渣，磷石膏占水稳料干料总重6-9％，钢渣更是占水稳料干料总重50％，该技术可以实现这两种固废的大宗量利用；
3、本发明运用于公路水稳结合料，能有效降低公路的建设成本，实际操作可行性高；
4、本发明所得公路水稳料抗压、抗拉强度达到国家标准《JTG D50-2017公路沥青路面设计规范》的规定和设计参考值。其毒性浸出检测到的砷、六价铬、铜、铅、锌等指标均低于《GB 5085.3-2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》规定值，完全可以用于极重、特重交通的高速公路、一级公路基层与底基层建造；该发明可以大宗量利用工业固废磷石膏、钢渣，体现了“以废治废”的理念，减小了固体废弃物堆存压力，能有效降低公路的建造成本；
5、本发明钢渣和碎石作混合中粒土、钢渣作细粒土的年混合级配，磷石膏的填充作用，都可以有效降低水稳料的有害孔隙(粒径>100nm)；
6、本发明磷石膏掺量适中，并未大量黏附在骨料表面阻碍C-S-H与骨料粘合；
7、本发明中，钢渣、碎石、磷石膏分开闷料，能有效降低磷石膏黏附在碎石表面，有利于水稳料的整体强度发展。
附图说明
图1为实施例1和2中粒土水稳材料破碎粉磨后XRD图。
图2为实施例3细粒土水稳材料破碎粉磨后XRD图。
图3为实施例1中粒土水稳材料破碎粉磨后SEM图。
图4为实施例2中粒土水稳材料破碎粉磨后SEM图。
图5为实施例3细粒土水稳材料破碎粉磨后SEM图。
具体实施方式
下面结合图1-5对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
实施例1：以水泥稳定钢渣-碎石-磷石膏制备中粒土水稳材料，其中磷石膏的掺量6％，其按照以下步骤进行：
步骤一、称取粒径4.65-20.0mm范围钢渣约487.7g，粒径0.5-4.65mm范围钢渣约709.3g，粒径0-0.15mm范围磷石膏约133.0g，加水约76ml搅拌混合闷料2h；
步骤二、称取粒径4.65-20.0mm范围碎石487.7g，浸水进行闷料浸润2h；
步骤三、称取水泥133g，与步骤一完成闷料的钢渣和磷石膏粉一起倒入砂浆搅拌机，混合搅拌2min；
步骤四、向步骤三混合物加入133ml水，混合搅拌2min；
步骤五、向步骤四混合物倒入步骤二闷料完成的碎石，混合搅拌3min；
步骤六、将步骤五混合好的水稳料倒入模具中，用混泥土振动捣棒或手动捣棒初步振实，用量程不小于2000KN的压力机以1mm/min的加载速度加压，压实后维持压力2min；
步骤七、压实2h后进行脱模；
步骤八让水稳料在25±2℃、湿度95±2％、1atm的环境下养护28d。
本实施制备的水稳料强度性能见表1，毒性浸出检测结果见表4，水化产物7d晶相分析如图1所示，水化产物7d微观SEM图像如图所示3所示。
实施例2：以水泥稳定钢渣-碎石-磷石膏制备中粒土水稳材料，其中磷石膏的掺量为9％，其按照以下步骤进行：
步骤一、称取粒径4.65-20.0mm范围钢渣487.7g，粒径0.5-4.65mm范围钢渣642.7g，粒径0-0.15mm范围磷石膏199.3g，加水76ml搅拌混合闷料2h；
步骤二、称取粒径4.65-20.0mm范围碎石487.7g，浸水进行闷料浸润2h；
步骤三、称取水泥133g，与步骤一完成闷料的钢渣和磷石膏粉一起倒入砂浆搅拌机，混合搅拌2min；
步骤四、向步骤三混合物加入133ml水，混合搅拌2min；
步骤五、向步骤四混合物倒入步骤二闷料完成的碎石，混合搅拌3min；
步骤六、将步骤五混合好的水稳料倒入模具中，用混泥土振动捣棒或手动捣棒初步振实，用量程不小于2000KN的压力机以1mm/min的加载速度加压，压实后维持压力2min；
步骤七、压实2h后进行脱模；
步骤八、让水稳料在25℃、湿度95％、1atm的环境下养护28d。
本实施制备的水稳料强度性能见表2，水化产物7d晶相分析如图1所示，水化产物7d微观SEM图像如图4所示。
实施例3：以水泥稳定钢渣-磷石膏制备细粒土水稳材料，其中磷石膏的掺量为3％，其按照以下步骤进行：
步骤一、称取粒径筛选粒径在0-0.3mm范围内钢渣25.2g、0.3-0.8mm范围内钢渣63.0g、0.8-3.0mm范围内钢渣63.0g、3-4.65mm范围内钢渣52.2g、0-0.15mm范围内的磷石膏6.3g，加水11.3ml搅拌混合闷料2h；
步骤二、称取水泥12.6g，与步骤一完成闷料的钢渣和磷石膏粉一起倒入砂浆搅拌机，混合搅拌3min；
步骤三、将步骤二混合好的水稳料倒入模具中，用混泥土振动捣棒或手动捣棒初步振实，用量程不小于2000KN的压力机以1mm/min的加载速度加压，压实后维持压力2min；
步骤四、压实2h后进行脱模；
步骤五、让水稳料在25℃、湿度95％、1atm的环境下养护28d。
本实施制备的水稳料强度性能见表3，水化产物7d晶相分析如图2所示，水化产物7d微观SEM图像如图5所示。
实施例1-3检验报告：中粒土稳定料无侧限、劈裂强度试验结果如表1和表2，细粒土稳定料无侧限、劈裂强度试验结果如表3。
表1钢渣-碎石-磷石膏(6％)-水泥中粒土稳定料无侧限、劈裂强度试验结果
表2钢渣-碎石-磷石膏(9％)-水泥中粒土稳定料无侧限、劈裂强度试验结果
表3钢渣-磷石膏(3％)-水泥细粒土稳定料无侧限、劈裂强度试验结果
注：参照《JTG D50-2017公路沥青路面设计规范》规定的试验的无机结合料稳定材料7d无侧限抗压强度值。劈裂强度参照JTG D50规范仅给出的设计参考值：0.4-0.6MPa。
中粒土稳定料水化产物晶相分析如图1所示，细粒土稳定料水化产物晶相分析如图2所示，XRD分析显示，磷石膏掺量在6-9％时，水化产物主要还是C-S-H，磷石膏当中的F以CaSiF6被固定，钢渣的Al、Fe也会参与水化反应。
中粒土稳定料水化产物微观水化SEM图和如图3所示(6％磷石膏添量)和图4所示(9％磷石膏添量)，细粒土稳定料水化产物微观水化SEM图和如图5所示。从SEM图像分析可知，磷石膏并未影响到水泥的水化作用，钢渣颗粒在水化前期主要起填充微孔的作用。
水泥稳定钢渣-碎石-磷石膏(6％掺量)的中粒土稳定料浸出毒性检测如表4。
表4钢渣-碎石-磷石膏(6％)-水泥中粒土稳定料浸出毒性分析结果
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种公路水稳料，其特征在于：其由钢渣、磷石膏、碎石、水泥制成，分为中粒土水稳料和细粒土水稳料，其中细粒土水稳料的粒径不超过4.65mm，中粒土水稳料中有粒径在4.65-20.0mm范围的碎石和钢渣。
2.根据权利要求1所述的一种公路水稳料，其特征在于：所述中粒土水稳料的成分如下：粒径为4.65-20.0mm范围内的碎石，粒径为4.65-20.0mm范围内的钢渣，粒径为0.5-4.65mm范围内的钢渣，粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏，水泥。
3.根据权利要求2所述的一种公路水稳料，其特征在于：所述中粒土水稳料中各成分的质量百分比如下：粒径为4.65-20.0mm范围内的碎石占38-42％，粒径为4.65-20.0mm范围内的钢渣占20-22％，粒径为0.5-4.65mm范围内的钢渣占29-32％，粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏占6-9％，水泥占6％。
4.根据权利要求1所述的一种公路水稳料，其特征在于：所述细粒土水稳料的成分如下：粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏，粒径为0-0.3mm范围内的钢渣，粒径为0.3-0.8mm范围内的钢渣，粒径为0.8-3mm范围内的钢渣，粒径为3-4.65mm范围内的钢渣，水泥。
5.根据权利要求1所述的一种公路水稳料，其特征在于：所述细粒土水稳料中各成分的质量百分比如下：粒径为0-0.15mm范围内的磷石膏占3-5％，粒径为0-0.3mm范围内的钢渣占10-12％，粒径为0.3-0.8mm范围内的钢渣占28-30％，粒径为0.8-3mm范围内的钢渣占28-30％，粒径为3-4.65mm范围内的钢渣占25％，水泥占6％。
6.一种公路水稳料的制备方法，其特征在于：其按照以下步骤进行：
步骤一、按比例称取钢渣和磷石膏粉，浸水进行闷料浸润；
步骤二、按比例称取碎石，浸没于水进行闷料浸润；
步骤三、按比例称取水泥，与完成闷料的钢渣和磷石膏粉一起倒入砂浆搅拌机，混合搅拌；
步骤四、向搅拌机加入水，混合搅拌；
步骤五、向搅拌机加入完成闷料的碎石，混合搅拌；
步骤六、将混合好的水稳料倒入模具中，用捣棒初步振实，用压力机进行加压，压实后维持压力1-2min；
步骤七、最终压实2-3h后进行脱模；
步骤八、养护。
7.根据权利要求6所述的一种公路水稳料的制备方法，其特征在于：所述步骤一加入的水为干集料质量比重的4％，所述步骤四入的水为干集料质量比重的3％。
8.根据权利要求6所述的一种公路水稳料的制备方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二的闷料浸润时间为2-3h，所述步骤三、步骤四和步骤五的混合搅拌时间为2-3min。
9.根据权利要求6所述的一种公路水稳料的制备方法，其特征在于：所述步骤六中捣棒采用混泥土振动捣棒或手动捣棒，所述压力机的量程不小于2000KN，并以1mm/min的加载速度加压。
10.根据权利要求6所述的一种公路水稳料的制备方法，其特征在于：所述步骤八中养护环境为温度25±2℃、湿度95±2％、1个标准大气压。
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