CN113354331B - 定形相变材料、水稳层材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种定形相变材料、水稳层材料及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域。该定形相变材料采用特定种类的脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成，该定形相变材料具有在温度变化的情况下保持体积稳定的特性。本发明还提供了一种水稳层材料，通过改性尾矿、定形相变材料、粉煤灰、矿渣、水泥、集料和水等原料制成；由于定形相变材料具有的“稳定性”，可使得水稳层材料具有抵抗收缩的性能。同时，意外的发现加入定形相变材料后，水稳层材料的抗冻性有了大幅度提高；另外，改性尾矿的加入不仅实现了尾矿的循环利用，提升了尾矿的应用价值，还增强了水稳层材料抗收缩性能。

Description

定形相变材料、水稳层材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种定形相变材料、水稳层材料及其制备方法和应用。
背景技术
传统的道路水稳层材料主要是由土石料、水泥和石灰等原料复合搅拌压实成型，其具有稳定性好、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差，与此同时在干缩或者低温收缩时容易产生裂缝，反射到路面表层造成路面开裂影响道路材料的使用寿命，因此水稳层材料的收缩开裂问题急需加以研究解决。
另外，尾矿是矿石经过选矿工艺后排放的低活性固体废弃物。我国大多数矿山资源的品位较低，在选矿过程中排出大量的尾矿，随着矿产资源利用程度的提高，矿石的可开采品位相应降低，尾矿排出量也在增加。世界各国每年排出的尾矿量约50亿t，而我国每年排放量就达5.8亿t左右。目前堆存的废弃物已达200亿t之多，而且还在以每年几亿吨的速度增加。目前我国的尾矿综合利用率较低，大量的尾矿只能堆放在尾矿库或一些自然场地中，尾矿的大量排放不仅占用土地资源，而且尾矿含有部分选矿药剂以及重金属元素会对环境造成巨大的危害。目前，尾矿的规模化消纳问题已经成为制约矿冶行业发展的瓶颈。如何实现尾矿的循环利用，提升其使用价值是本行业追求的目标。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种定形相变材料。
本发明的第二目的在于提供上述定形相变材料的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种水稳层材料，以缓解现有水稳层材料存在的收缩开裂等技术问题。
本发明的第四目的在于提供上述水稳层材料的制备方法。
本发明的第五目的在于提供上述定形相变材料或水稳层材料的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种定形相变材料，包括以下原料：
脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂；
其中，所述脂肪酸二元混合物包括正辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中任意两种的组合。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述脂肪酸二元混合物包括正辛酸和硬脂酸的组合；
优选的，所述脂肪酸二元混合物中分子量相对低的脂肪酸与分子量相对高的脂肪酸的质量比为（65-87）：20。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述循环流化床粉煤灰的CaO含量不低于20%，f-CaO含量为3.0-4.6%；
优选的，所述有机树脂包括聚醋酸乙烯酯、聚酰亚胺树脂或环氧树脂中的任意一种；
优选的，所述脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂的质量比为（10-20）:（1.5-8.1）:（2-4）。
本发明还提供了上述定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：
将脂肪酸二元混合物和循环流化床粉煤灰混合后，再与有机树脂混合，得到定形相变材料。
本发明还提供了一种水稳层材料，包括以下重量份数的原料：
改性尾矿100-105.5份，定形相变材料1-10份，粉煤灰20-50份，矿渣5-40份，水泥0-8份且不包括0份，集料90-120份和水28-43份；
其中，所述定形相变材料为上述的定形相变材料。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述改性尾矿的制备方法包括以下步骤：
将尾矿和改性剂混合，粉碎，得到改性尾矿；
优选的，所述改性剂包括氯化钙、氯化镁或硬脂酸钠中的任意一种或至少两种的组合；
优选的，所述改性剂占尾矿的质量分数为0-1.5%且不包括0%；
优选的，采用球磨进行粉碎，球磨时间为1.5-7h，球磨转速为23-38转/分。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，以集料质量为100%计，所述集料包括以下质量分数的原料：
第一集料15-30%，第二集料40-70%和第三集料15-30%；
其中，第一集料的粒径范围为0-5mm且不包括0mm，第二集料的粒径范围为5-10mm，第三集料的粒径范围为10-20mm。
本发明还提供了上述水稳层材料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣、定形相变材料、集料、水泥和水混合后成型，得到水稳层材料。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述水稳层材料的制备方法包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣和部分配方量的水混合，得到混合料Ⅰ；
将配方量的定形相变材料与混合料Ⅰ混合，得到混合料Ⅱ；
将配方量的集料与混合料Ⅱ混合，得到混合料Ⅲ；
将配方量的水泥、混合料Ⅲ和剩余配方量的水混合后，模具成型，覆膜养护，得到水稳层材料；
优选的，养护温度为20-25℃，养护湿度为90-100%。
本发明还提供了一种上述定形相变材料或水稳层材料在建筑材料领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明提供了一种定形相变材料，采用特定种类的脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成，该定形相变材料具有在温度变化的情况下保持体积稳定的特性，为其后续在水稳层材料中的应用提供了良好的性能保障。
（2）本发明提供了上述定形相变材料的制备方法，工艺简单，操作方便，该制备方法工艺简单，操作方便，不仅能够使循环流化床粉煤灰对脂肪酸二元混合物达到最佳的吸附效果，同时经过有机树脂封装后降低脂肪酸二元混合物在相变过程中由于泄露而产生质量损失。
（3）本发明提供了一种水稳层材料，通过改性尾矿、定形相变材料、粉煤灰、矿渣、水泥、集料和水等原料制成，其中，定形相变材料采用特定种类的脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成；由于定形相变材料具有的“稳定性”，可使得水稳层材料具有抵抗收缩的性能。同时，意外的发现加入定形相变材料后，水稳层材料的抗冻性有了大幅度提高；另外，改性尾矿的加入不仅实现了尾矿的循环利用，提升了尾矿的应用价值，还增强了水稳层材料的抗收缩性能；
通过本发明各原料的协同配合，使得该水稳层材料具有较强的抗收缩能力，优异的无侧限抗压强度和抗冻融性能，同时还实现了各种固废物的循环利用，提高了固废物的应用价值，降低了水稳层材料的生产成本。
（4）本发明提供了上述水稳层材料的制备方法，操作简单方便，工艺稳定，适合工业化规模生产。
（5）本发明提供了上述定形相变材料或水稳层材料的应用，鉴于上述定形相变材料或水稳层材料所具有的优势，使得其在建筑材料领域具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例9提供的水稳层材料的SEM图；
图2为本发明实施例10提供的水稳层材料的SEM图；
图3为本发明实施例11提供的水稳层材料的SEM图；
图4为本发明提供的水稳层材料制备成试件的实物图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种定形相变材料，包括以下原料：
脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂；
其中，脂肪酸二元混合物包括正辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中任意两种的组合。
具体的，脂肪酸二元混合物包括正辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中任意两种的组合，脂肪酸二元混合物存在多种情形，例如脂肪酸二元混合物包括正辛酸和硬脂酸的组合，或包括月桂酸和肉豆蔻酸的组合，或包括棕榈酸和癸酸的组合，或包括正辛酸和硬脂酸的组合，或包括硬脂酸和癸酸的组合，或包括正辛酸和肉豆蔻酸的组合，等等。
定形相变材料主要采用脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成。在定形相变材料中，脂肪酸二元混合物相变潜热大、物理化学性能稳定，循环流化床粉煤灰由于其自身的多孔隙特性为定形相变材料提供孔状网络结构，吸附脂肪酸二元混合物。有机树脂的主要作用为对相变材料进行封装，降低脂肪酸二元混合物在相变过程中由于泄露而产生质量损失。
通过脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂的复合，使得该定形相变材料具有在温度变化的情况下保持体积稳定的特性，为其后续在水稳层材料中的应用提供了良好的性能保障。
作为本发明一种可选实施方式，脂肪酸二元混合物包括正辛酸和硬脂酸的组合。
脂肪酸二元混合物主要是由两种不同种类的脂肪酸组成。作为本发明一种可选实施方式，脂肪酸二元混合物中分子量相对低的脂肪酸与分子量相对高的脂肪酸的质量比为（65-87）：20。
分子量相对低的脂肪酸与分子量相对高的脂肪酸是相对而言的，例如，当脂肪酸二元混合物包括正辛酸和肉豆蔻酸的组合时，肉豆蔻酸作为分子量相对高的脂肪酸，正辛酸则为分子量相对低的脂肪酸；当脂肪酸二元混合物包括肉豆蔻酸和硬脂酸时，硬脂酸作为分子量相对高的脂肪酸，肉豆蔻酸则为分子量相对低的脂肪酸。
脂肪酸二元混合物中分子量相对低的脂肪酸与分子量相对高的脂肪酸典型但非限制性的质量比为65：20、68：20、70：20、72：20、74：20、76：20、78：20、80：20、82：20、84：20、86：20或87：20。
通过对脂肪酸二元混合物中不同脂肪酸的质量的进一步限定，有利于脂肪酸二元混合物与循环流化床粉煤灰达到较好的复合效果，使得脂肪酸二元混合物在循环流化床粉煤灰中达到充分的吸附，进一步使得定形相变材料具有更好的温度稳定性。
作为本发明一种可选实施方式，循环流化床粉煤灰的CaO含量不低于20%，f-CaO含量为3.0-4.6%。
通过对循环流化床粉煤灰的CaO含量以及f-CaO含量的进一步限定，使得定形相变材料在使用过程中达到一定的抗收缩效果，而避免定形相变材料抗收缩性能过剩，致使应用其的水稳层材料发生膨胀而遭到破坏。
作为本发明一种可选实施方式，有机树脂包括聚醋酸乙烯酯、聚酰亚胺树脂或环氧树脂中的任意一种。
作为本发明一种可选实施方式，脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂的质量比为（10-20）:（1.5-8.1）:（2-4）。脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂典型但非限制性的质量比为10：1.5：2、10：2：2、10：4：2、10：5：2、10：6：2、10：8.1：2、10：1.5：3、10：1.5：4、10：2：3、10：2：4、10：4：3、10：4：4、10：5：2、10：5：3、10：5：4、10：6：3、10：8.1：3、10：8.1：4、15：1.5：2、15：2：2、15：4：2、15：5：2、15：6：2、15：8.1：2、20：1.5：2、20：2：2、20：4：2、20：5：2、20：6：2、20：8.1：2、20：8.1：3或20：8.1：4。
通过对定形相变材料各原料种类以及用量的限定，使得该定形相变材料具有在温度变化的情况下保持体积稳定的特性。
根据本发明的第二个方面，还提供了上述定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：
将脂肪酸二元混合物和循环流化床粉煤灰混合后，再与有机树脂混合，得到定形相变材料。
该制备方法工艺简单，操作方便，不仅能够使循环流化床粉煤灰对脂肪酸二元混合物达到最佳的吸附效果，同时经过有机树脂封装后降低脂肪酸二元混合物在相变过程中由于泄露而产生质量损失。
根据本发明的第三个方面，提供了一种水稳层材料，包含上述定形相变材料，具体包括以下重量份数的原料：
改性尾矿100-105.5份，定形相变材料1-10份，粉煤灰20-50份，矿渣5-40份，水泥0-8份且不包括0份，集料90-120份和水28-43份。
具体的，改性尾矿是指尾矿经过改性处理后的物质。尾矿的主要化学组成包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等，其矿物物性与火山灰质材料相似，具有潜在的胶凝活性，经过改性处理后激发尾矿潜在的凝胶活性，从而使得改性尾矿在水稳层材料中作为辅助胶凝材料使用。改性尾矿典型但非限制性的重量份数为100份、100.5份、101份、101.5份、102份、102.5份、103份、103.5份、104份、104.5份、105份或105.5份。
定形相变材料是采用脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成，由于定形相变材料具有在温度变化的情况下保持体积稳定的特性，故其在水稳层材料中的主要作用为“中和”传统水稳层材料所具有收缩特性。定形相变材料的用量直接影响水稳层材料后期的体积变化，定形相变材料的用量太高（高于10份），容易导致水稳层材料“中和”过度发生膨胀，定形相变材料的用量太低（低于1份），容易导致“中和”不足，水稳层材料仍会发生收缩现象，故定形相变材料的用量需要限定的数值范围内。定形相变材料典型但非限制性的重量份数为1份、2份、3份、4份、5份、6份、8份、9份或10份。
粉煤灰在水稳层材料中的主要作用为凝胶体系提供充足Si和Al。粉煤灰典型但非限制性的重量份数为20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、45份、48份或50份。
矿渣在水稳层材料中的主要作用为胶凝体系提供充足的Ca。矿渣典型但非限制性的重量份数为5份、6份、8份、10份、12份、14份、15份、20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份或40份。
水泥在水稳层材料中的主要作用为水稳层材料提供早期强度。水泥典型但非限制性的重量份数为0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份或8份。
集料在水稳层材料中的主要作用为起骨架或填充作用。集料典型但非限制性的重量份数为90份、95份、100份、105份、110份、115份或120份。水典型但非限制性的重量份数为28份、29份、30份、31份、32份或33份。
在本发明中，“包括”意指其除所述原料外，还可以包括其他原料，这些其他原料赋予所述水稳层材料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。
本发明提供了一种水稳层材料，通过改性尾矿、定形相变材料、粉煤灰、矿渣、水泥、集料和水等原料制成，其中，定形相变材料采用特定种类的脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂复合而成；由于定形相变材料具有的“稳定性”，可使得水稳层材料具有抵抗收缩的性能。同时，意外的发现加入定形相变材料后，水稳层材料的抗冻性有了大幅度提高；另外，改性尾矿的加入不仅实现了尾矿的循环利用，提升了尾矿的应用价值，还增强了水稳层材料的抗收缩性能。
本发明提供的水稳层材料通过将改性尾矿与粉煤灰、矿渣等其他固废配合使用，配以定形相变材料和水泥制备得到。通过上述各原料的协同配合，使得该水稳层材料具有较强的抗收缩能力，同时还具有优异的无侧限抗压强度和抗冻融性能。
作为本发明一种可选实施方式，改性尾矿的制备方法包括以下步骤：
将尾矿和改性剂混合，粉碎，得到改性尾矿。
作为本发明一种可选实施方式，改性剂包括氯化钙、氯化镁或硬脂酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明一种可选实施方式，尾矿包括铜尾矿、铅锌尾矿、钨尾矿、铁尾矿和黄金尾矿中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明一种可选实施方式，改性剂占尾矿的质量分数为0-1.5%且不包括0%；改性剂占尾矿典型但非限制性的质量分数为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%，0.8%。1.0%，1.2%、1.4%或1.5%。
作为本发明一种可选实施方式，采用球磨进行粉碎，球磨时间为1.5-7h，球磨转速为23-38转/分。
典型但非限制性的球磨时间为1.5h、2h、3h、4h、5h、6h或7h。典型但非限制性的球磨转速为23转/分、24转/分、25转/分、26转/分、27转/分、28转/分、30转/分、32转/分、34转/分、36转/分或38转/分。
作为本发明一种可选实施方式，以集料质量为100%计，集料包括以下质量分数的原料：
第一集料15-30%，第二集料40-70%和第三集料15-30%；
其中，第一集料的粒径范围为0-5mm但不包括0mm，第二集料的粒径范围为5-10mm，第三集料的粒径范围为10-20mm。
第一集料典型但非限制性的质量分数为15%、18%、20%、22%、25%或30%，第一集料典型但非限制性的粒径为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm或5.0mm。第二集料典型但非限制性的质量分数为40%、45%、50%、55%、60%、65%或70%，第二集料典型但非限制性的粒径为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。第三集料典型但非限制性的质量分数为15%、18%、20%、22%、25%或30%，第二集料典型但非限制性的粒径为10mm、12mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm或20mm。
所选集料为压碎值不小于24的普通石子经过破碎分级利用。
通过对集料各原料用量以及粒径的进一步限定，使得集料级配达到最优，进一步使水稳层材料达到最佳的强度。
通过对水稳层材料上述原料种类以及用量的限定，使得水稳层材料在保持原有力学性能的同时具有抵抗其普遍存在的收缩问题，进而使其具有良好的耐久性能。
根据本发明的第四个方面，还提供了上述水稳层材料的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣、定形相变材料、集料、水泥和水混合后成型，得到水稳层材料。
本发明提供的水稳层材料的制备方法，工艺简单，操作方便，可用于工业化规模生产。
作为本发明一种可选实施方式，水稳层材料的制备方法包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣和部分配方量的水混合，得到混合料Ⅰ；
将配方量的定形相变材料与混合料Ⅰ混合，得到混合料Ⅱ；
将配方量的集料与混合料Ⅱ混合，得到混合料Ⅲ；
将配方量的水泥、混合料Ⅲ和剩余配方量的水混合后，模具成型，覆膜养护，得到水稳层材料。
作为本发明一种可选实施方式，养护温度为20-25℃，养护湿度为95±5%。
典型但非限制性的养护温度为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃，典型但非限制性的养护湿度为90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或100%。
根据本发明的第五个方面，还提供了一种上述定形相变材料或水稳层材料在建筑材料领域中的应用。
鉴于上述定形相变材料或水稳层材料所具有的优势，使得其在建筑材料领域具有良好的应用前景。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。其中，循环流化床粉煤灰购自山西河坡电厂，其中CaO含量为26.7%，f-CaO含量为3.97%；尾矿来源安徽铜陵，主要成分为SiO2、Al2O3等；粉煤灰购自厂家山西某电厂，主要成分为SiO2和Al2O3；矿渣来源太原钢铁集团，主要成分为CaO等；水泥为普通市售425水泥；集料为普通碎石骨料，其压碎值满足相关指标。
实施例1
本实施例提供了一种定形相变材料，包括以下原料：
脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂；
其中，脂肪酸二元混合物包括正辛酸和硬脂酸，正辛酸和硬脂酸的质量比为80：20，有机树脂为醋酸乙烯酯；脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂的质量比为20：3：3。
上述定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：
（a）将配方量的正辛酸和硬脂酸置于烧杯中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，得到脂肪酸二元混合物；
（b）取配方量的干燥后的循环流化床粉煤灰注入抽滤瓶中，然后置于50℃超声水浴加热，并将抽滤瓶内真空度控制为0.06MPa，加入脂肪酸二元混合物，在水浴加热的同时，开启超声波震荡20min，将脂肪酸二元混合物和循环流化床粉煤灰的混合物由抽滤瓶中取出，均匀铺在布氏漏斗上，开启真空泵进行反复抽滤直至循环流化床粉煤灰表面无混合物，得到脂肪酸二元混合物和循环流化床粉煤灰形成的复合相变材料。
（c）将复合相变材料与聚醋酸乙烯酯共同混合搅拌，以常温固化的方法将聚醋酸乙烯酯包覆在复合相变材料表面，得到定形相变材料。
实施例2
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物中正辛酸和硬脂酸的质量比由80：20替换为85：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物中正辛酸和硬脂酸的质量比由80：20替换为75：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物中正辛酸和硬脂酸的质量比由80：20替换为70：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为癸酸和棕榈酸，癸酸和棕榈酸的质量比为80：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为正辛酸和棕榈酸，正辛酸和棕榈酸的质量比为80：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物中正辛酸和棕榈酸的质量比由80：20替换为20：80，其余原料以及用量与实施例6相同。
实施例8
本实施例提供了一种定形相变材料，除了脂肪酸二元混合物中由正辛酸和月桂酸替换为月桂酸和棕榈酸，月桂酸和棕榈酸的质量比为80：20，其余原料以及用量与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种水稳层材料，包括以下重量份数的原料：
改性尾矿100份，定形相变材料5份，粉煤灰20份，矿渣10份，水泥5份，集料100份和水36份；
其中，定形相变材料为实施例1提供的定形相变材料；
改性尾矿的制备方法包括以下步骤：铜尾矿（粒径150μm左右，含水率在20wt%左右）放入105℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，然后将干燥的尾矿与1.2%的改性剂（氯化钙）混合，然后使用球磨机（转速为26转/分）将混合料粉磨2h后，得到改性尾矿。
集料包括以下质量分数的原料：第一集料17%，第二集料53%和第三集料30%；第一集料的粒径范围为0-5mm不包括0mm，第二集料的粒径范围为5-10mm，第三集料的粒径范围为10-20mm。
实施例10-16
实施例10-16均提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料分别采用实施例2-8提供的定形相变材料，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例17
本实施例提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料的重量份数由5份替换为10份，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例18
本实施例提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料的重量份数由5份替换为1份，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例19
本实施例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的重量份数由100份替换为105.5份，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例20
本实施例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的制备中采用的改性剂由氯化钙替换为氯化镁，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例21
本实施例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的制备中改性剂氯化钙的质量分数由1.2%替换为1.8%，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例22
本实施例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的制备中球磨机转速28转/分，球磨时间4h，其余原料以及用量与实施例9相同。
实施例23
本实施例提供了一种水稳层材料，包括以下重量份数的原料：
改性钨尾矿105份，定形相变材料8份，粉煤灰45份，矿渣5份，水泥8份，集料100份和水40份；
各原料种类以及制备方法与实施例9相同。
实施例9-23提供的水稳层材料的制备方法，包括以下步骤：
（a）将配方量的改性尾矿、粉煤灰和矿渣加入到搅拌机搅拌混合，然后加入9/10配方量的水混合，得到混合料Ⅰ；
（b）将配方量的定形相变材料与混合料Ⅰ混合，得到混合料Ⅱ；
（c）将配方量的集料与混合料Ⅱ混合，得到混合料Ⅲ；
（d）将配方量的水泥、混合料Ⅲ和1/10配方量的水混合后，注入φ150*150模具，压制成型，脱模，保鲜膜包裹，在25℃、湿度95%条件下初步养护7天，得到水稳层材料。
对比例1
本对比例提供了一种定形相变材料，除了将脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为正辛酸，其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种定形相变材料，除了将脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为硬脂酸，其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供了一种定形相变材料，除了将脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为正辛酸和共轭亚油酸（两者质量比为80：20），其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供了一种定形相变材料，除了将脂肪酸二元混合物由正辛酸和硬脂酸替换为亚油酸和硬脂酸（两者质量比为80：20），其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供了一种定形相变材料，除了将循环流化床粉煤灰替换为膨胀珍珠岩，其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例6
本对比例提供了一种定形相变材料，除了未添加有机树脂，其余原料以及用量与实施例1相同。
对比例7-12
对比例7-12均提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料分别采用对比例1-6提供的定形相变材料，其余原料以及用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例13
本对比例提供了一种水稳层材料，除了未添加定形相变材料，即定形相变材料的用量为0，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例14
本对比例提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料的用量由5份替换为0.5份，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例15
本对比例提供了一种水稳层材料，除了定形相变材料的用量由5份替换为15份，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例16
本对比例提供了一种水稳层材料，除了未添加改性尾矿，即改性尾矿的用量为0，将粉煤灰用量调整为120份，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例17
本对比例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的用量由100份替换为90份，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例18
本对比例提供了一种水稳层材料，除了改性尾矿的用量由100份替换为110份，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例19
本对比例提供了一种水稳层材料，除了将改性尾矿替换为尾矿，即尾矿未经改性剂改性，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例20
本对比例提供了一种水稳层材料，除了未添加水泥，其余原料、用量以及制备方法与实施例9相同。
对比例21
本对比例提供了一种水稳层材料，包括以下重量份数的原料：
改性尾矿100份，定形相变材料12份，粉煤灰15份，矿渣2份，水泥5份，集料100份和水25份；
上述各原料种类，以及制备方法与实施例9相同。
为了验证上述各实施例和对比例，特设以下实验例。
实验例1
以实施例9、实施例10和实施例11为代表，测定水稳层材料的微观结构，实施例9-11水稳层材料的SEM图分别如图1、图2和图3所示。从图1-图3可以看出，水稳层材料形成了无定型絮状的凝胶以及针棒状的晶体，相互交织在一起，形成了均匀致密的结构，对于强度的提升具有积极作用。
实验例2
对各实施例和对比例提供的水稳层材料的收缩性能、冻融循环性能、7天无侧限抗压性能进行检测。反映材料温度收缩特性的指标为温缩系数/（με/℃），检测过程参照JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0855-2009进行，具体结果见表1。
表1
Figure 708492DEST_PATH_IMAGE001
Figure 625633DEST_PATH_IMAGE002
Figure 405370DEST_PATH_IMAGE003
实验例3
将各实施例和对比例提供的水稳层材料制备成Φ150mm×150mm×150mm试件，试件的结构如图4所示。每组实施例和对比例设六个平行试件，具体参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0805-1994进行。
测试条件参照上述7天无侧限抗压强度试验，养护天数改为28天，结果如表2所示。
表2
Figure 800579DEST_PATH_IMAGE004
Figure 926536DEST_PATH_IMAGE005
实验例4
对各实施例和对比例提供的水稳层材料的冻融循环性能进行检测。反映材料冻融循环性能的指标为BDR/（%），检测过程参照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0858-2009进行，具体结果见表3。
表3
Figure 748999DEST_PATH_IMAGE006
Figure 16032DEST_PATH_IMAGE007
从表1-表3中数据可以看出，添加定形相变材料之后水稳层材料的温缩应变明显降低，收缩减弱，强度并没有明显变化，此外在水稳层材料收缩减弱的同时其抗冻性能得到了明显提升，远高于BDR>80%的要求。
需要说明的是，表3中对比例19提供的水稳层材料在10次冻融循环后强度为“—”是表明试件经过10次冻融循环后已破碎，主要是因为尾矿未经改性活性差，未参与到整体反应中而造成强度过低。对比例20中提供的水稳层材料在5次冻融循环后强度、10次冻融循环后强度以及5次冻融循环BDR为“—”是表明试件经过冻融循环后已破碎，主要是因为水稳层材料制备过程中未添加水泥，早期强度低导致稳定性差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种水稳层材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
改性尾矿100-105.5份，定形相变材料1-10份，粉煤灰20-50份，矿渣5-40份，水泥0-8份且不包括0份，集料90-120份和水28-43份；
其中，所述定形相变材料包括以下原料：
脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂；
其中，所述脂肪酸二元混合物包括正辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸中任意两种的组合。
2.根据权利要求1所述的水稳层材料，其特征在于，所述脂肪酸二元混合物中分子量相对低的脂肪酸与分子量相对高的脂肪酸的质量比为（65-87）：20。
3.根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰的CaO含量不低于20%，f-CaO含量为3.0-4.6%；
所述脂肪酸二元混合物、循环流化床粉煤灰和有机树脂的质量比为（10-20）:（1.5-8.1）:（2-4）。
4.根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述定形相变材料的制备方法包括以下步骤：
将脂肪酸二元混合物和循环流化床粉煤灰混合后，再与有机树脂混合，得到定形相变材料。
5.根据权利要求1所述的水稳层材料，其特征在于，所述改性尾矿的制备方法包括以下步骤：
将尾矿和改性剂混合，粉碎，得到改性尾矿；
所述改性剂包括氯化钙、氯化镁或硬脂酸钠中的任意一种或至少两种的组合；
所述改性剂占尾矿的质量分数为0-1.5%且不包括0%。
6.根据权利要求1或5所述的水稳层材料，其特征在于，以集料质量为100%计，所述集料包括以下质量分数的原料：
第一集料15-30%，第二集料40-70%和第三集料15-30%；
其中，第一集料的粒径范围为0-5mm且不包括0mm，第二集料的粒径范围为5-10mm，第三集料的粒径范围为10-20mm。
7.权利要求1-6任意一项所述的水稳层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣、定形相变材料、集料、水泥和水混合后成型，得到水稳层材料。
8.根据权利要求7所述的水稳层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的改性尾矿、粉煤灰、矿渣和部分配方量的水混合，得到混合料Ⅰ；
将配方量的定形相变材料与混合料Ⅰ混合，得到混合料Ⅱ；
将配方量的集料与混合料Ⅱ混合，得到混合料Ⅲ；
将配方量的水泥、混合料Ⅲ和剩余配方量的水混合后，模具成型，覆膜养护，得到水稳层材料。
9.权利要求1-6任意一项所述的水稳层材料在建筑材料领域中的应用。
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