CN113880529A - 一种环保型水稳层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型水稳层材料及其制备方法，所述水稳层材料包括以下重量份的原料：石膏50‑80份，水泥熟料40‑60份，改性固化剂5‑10份，掺合料10‑20份，厨余垃圾固废发酵物60‑80份，水5‑10份。本发明将经过固废发酵处理的厨余垃圾作为原材料，废物利用，不仅解决了环境污染的问题，而且同时大大降低了生产成本；本发明制备得到的水稳层材料具有最够的强度和刚度，优异的水稳性和抗冲刷性，最够大的疲劳寿命以及良好的耐久性能。

Description

一种环保型水稳层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥材料领域，特别涉及一种环保型水稳层材料及其制备方法。

背景技术

水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实，其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结。由于水稳层7天的无侧限抗压强度可达1.5～4.0MPa，较其他路基材料高，并且水稳层遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料，具有优异的性能，因此各种水稳层材料的制备成为了国内外研究的热点方向。

厨余垃圾是指食物在生产、运输、分配和消费各环节中产生的固体废弃物，主要理化特性为含水率高、有机质含量高、油脂和盐分含量高、含多种微量元素、易腐易臭、具有资源化利用的良好条件，但不及时妥当处理，也会对环境产生负面影响。

现有技术尚未有将厨余垃圾进行回收开发并利用其来优化建筑材料的先例，鉴于建筑材料的量化使用及现有自然资源的无限度开采，若能实现变厨余垃圾的废变建筑材料的宝，将是对环境领域、建筑领域等跨领域巨大的贡献。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过以厨余垃圾固废发酵物作为原材料，再辅以改性固化剂制备出一种环保型的水稳层材料，不仅符合环保理念，解决了厨余垃圾环境污染的问题，废物利用，大大降低了生产成本，而且该水稳层材料兼具最够的强度和刚度、优异的水稳性和抗冲刷性，还具有足够大的疲劳寿命以及良好的耐久性能。

为了解决现有技术存在的问题，本发明公开了如下技术方案：

本发明公开了一种环保型水稳层材料，包括以下重量份的原料：石膏50-80 份，水泥熟料40-60份，改性固化剂5-10份，掺合料10-20份，厨余垃圾固废发酵物60-80份，水5-10份。

作为本发明一种环保型水稳层材料的进一步方案，其中所述的石膏选自磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、芒硝石膏、盐石膏中的一种或更多种。

作为本发明一种环保型水稳层材料的进一步方案，其中所述的水泥熟料选自硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料及铁铝酸盐水泥熟料中的一种或更多种。

作为本发明一种环保型水稳层材料的进一步方案，其中所述的掺合料选自粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉、复合矿物掺合料中的一种或更多种。

作为本发明一种环保型水稳层材料的进一步方案，其中所述的改性固化剂的制备方法如下：以聚乙烯醇为分散剂，乙酸乙烯酯与单体C进行共聚反应，得到聚醋酸乙烯酯共聚乳液，再将聚醋酸乙烯酯共聚乳液与聚丙烯纤维脂共混即得。

作为本发明一种环保型水稳层材料的进一步方案，其中所述的单体C选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异辛酯及丙烯酸异冰片酯中的一种或更多种。

更具体地，所述的改性固化剂的制备方法为：

(1)称取适量的去离子水加入到反应瓶中，再加入聚乙烯醇，升温至90-95℃，搅拌至物料完全溶解；

(2)将体系温度降至40-45℃后，缓慢加入乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌30-45min后，开始滴加乙酸乙烯酯与单体C按体积比5-10:1组成的混合液；

(3)待混合液滴加至一半量时，向体系中加入一半量的引发剂，然后继续滴加剩余混合液；

(4)待所有混合液滴加完后，升高体系温度至65-70℃，加入剩余引发剂继续反应，观察回流液，当回流液减少并出现蓝色荧光时，保温1-2h；

(5)保温结束后，降低体系温度至45-50℃，加入碳酸氢钠和乙醇调节体系pH 至6-7，加入增塑剂，搅拌均匀后冷却后出料；

(6)取步骤(5)中产物与聚丙烯纤维按质量比5-10：1加入到反应瓶中，调节体系温度至70-80℃，按250-300rpm/min的搅拌转速搅拌1-2h后，降温至 45-50℃，继续搅拌30-45min后出料。

作为本发明一种环保型水稳层材料的制备方法的进一步方案，其中所述的厨余垃圾固废发酵物为丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等等，统一经过发酵处理所得产物。

本发明还公开了一种环保型水稳层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定量的厨余垃圾固废发酵物投入净浆搅拌机中，再加入2-3倍体积的水，开启搅拌15-30min，至体系均匀；

(2)向步骤(1)的体系中缓慢加入石膏及水泥熟料，缓慢搅拌15-45min；

(3)向步骤(2)的体系中缓慢加入改性固化剂，快速搅拌20-30min；

(4)搅拌完成后，将混合物放入模具中，压制成型，得到环保型水稳层材料小样。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明将厨余垃圾固废发酵产物作为原材料不仅符合环保理念，解决了厨余垃圾环境污染的问题，废物利用，大大降低了生产成本。

(2)本发明提供的改性固化剂是对醋酸乙烯酯经过共聚改性与共混改性后的一种具有较强抗水性的高分子聚合物，高分子链上的亲水基团(羧基，羟基) 通过氢键及阳离子交换作用与土壤形成紧密的连接结构，而主链上具有疏水性的 C-C长链通过渗透、扩散、缠绕，吸附在土颗粒的表面形成一层具有一定弹性和韧性的网状结构，有效减少土体含水量和密实度，形成永久性保护层。另外，通过离子交换作用，使水从土颗粒表面排出，同时通过化学反应，将土颗粒慢慢岩化，从而达到使土壤基层永久稳定的目的，大大提高了材料的疲劳寿命以及良好的耐久性能。本发明的固化剂中还混入了聚丙烯纤维，使材料的强度得到了明显的提升。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。

改性固化剂的制备：

(1)称取适量的去离子水加入到四口烧瓶中(带回流装置)，再加入聚乙烯醇，升温至90℃，搅拌至物料完全溶解；

(2)将体系温度降至40-45℃后，缓慢加入乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌30min后，开始滴加乙酸乙烯酯与单体C按体积比10:1组成的混合液；

(3)待混合液滴加至一半量时，向体系中加入一半量的引发剂过硫酸钾，然后继续滴加剩余混合液；

(4)待所有混合液滴加完后，升高体系温度至65-70℃，加入剩余引发剂继续反应，观察回流液，当回流液减少并出现蓝色荧光时，保温1h；

(5)保温结束后，降低体系温度至45-50℃，加入碳酸氢钠和乙醇调节体系 pH至6-7，加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀后冷却后出料；

(6)取步骤(5)中产物与聚丙烯纤维按质量比5：1加入到四口烧瓶中，调节体系温度至70℃左右，按250-300rpm/min的搅拌转速搅拌1h后，降温至 50℃，继续搅拌30min后出料。

实施例1

一种环保型水稳层材料，包含：磷石膏50份，硅酸盐水泥熟料40份，上述改性固化剂5份，粉煤灰14份，厨余垃圾固废发酵物60份及水5份。

制备方法：

(1)将厨余垃圾固废发酵物投入净浆搅拌机中，再加入2-3倍体积的水，开启搅拌15-30min，至体系均匀；

(2)向步骤(1)的体系中缓慢加入磷石膏及硅酸盐水泥熟料，缓慢搅拌 15-45min；

(3)向步骤(2)的体系中缓慢加入改性固化剂，快速搅拌20-30min；

(4)搅拌完成后，将混合物放入模具中，压制成型，得到环保型水稳层材料小样。

实施例2

一种环保型水稳层材料，包含：脱硫石膏55份，硅酸盐水泥熟料45份，上述改性固化剂7份，粉煤灰15份，厨余垃圾固废发酵物60份，水5份。

制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种环保型水稳层材料，包含：脱硫石膏70份，硅酸盐水泥熟料40份，上述改性固化剂6份，石灰石粉16份，厨余垃圾固废发酵物70份，水8份。

制备方法与实施例1相同。

实施例4

一种环保型水稳层材料，包含：脱硫石膏80份，铁铝酸盐水泥熟料50份，上述改性固化剂8份，石灰石粉15份，厨余垃圾固废发酵物60份，水10份。

制备方法与实施例1相同。

实施例5

一种环保型水稳层材料，包含：脱硫石膏80份，硫铝酸盐水泥熟料60份，上述改性固化剂8份，粉煤灰12份，厨余垃圾固废发酵物65份，水8份。

制备方法与实施例1相同。

实施例6

一种环保型水稳层材料，包含：脱硫石膏55份，硅酸盐水泥熟料50份，上述改性固化剂9份，磷渣粉10份，厨余垃圾固废发酵物75份，水6份。

制备方法与实施例1相同。

实施例7

一种环保型水稳层材料，包含：钛石膏65份，硅酸盐水泥熟料55份，上述改性固化剂10份，粉煤灰18份，厨余垃圾固废发酵物75份，水5份。

制备方法与实施例1相同。

实施例8

一种环保型水稳层材料，包含钛石膏60份，硅酸盐水泥熟料55份，上述改性固化剂8份，硅灰18份，厨余垃圾固废发酵物70份，水9份。

制备方法与实施例1相同。

对比例1

与实施例1的区别在于：不添加改性固化剂。

对比例2

与实施例1的区别在于，添加的改性固化剂中不混入聚丙烯纤维。

样品检测：

(1)7天无侧限抗压强度试验

实验方法：制备成Φ150mm×150mm×150mm的试件，待其成型后在温度20℃、相对湿度95％的恒温恒湿养护箱中进行标准养护7天，参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0805-1994，利用压力机测定7天无侧限抗压强度，得到不同试件的7天无侧限抗压强度。

(2)28天无侧限抗压强度试验

实验方法：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。

(3)水稳性试验

实验方法：在进行标准养护7、28龄期后，将部分试件浸入20℃的水中放置30天，另一部分继续标准养护30天，对比测试两组试件的抗压强度，计算得到水稳系数。(水稳定性系数是以泡水抗压强度与干抗压强度的比值表示，用以表征水稳定性，系数越大，则水稳定性越好)。

水稳系数如下：

K＝R_泡水/R_干

R_泡水：试样泡水无侧限抗压强度，单位MPa；

R_干：试样养护到龄期，不泡水情况下的无侧限抗压强度，单位MPa。实验结果：

表1无侧限抗压强度

	7天无侧限抗压强度	28天无侧限抗压强度试验
			实施例1	5.58	8.18
实施例2	5.45	8.22
			实施例3	5.77	8.15
实施例4	5.50	8.28
			实施例5	5.39	8.15
实施例6	5.48	8.11
			实施例7	5.61	8.21
实施例8	5.57	8.13
			对比例1	4.21	5.96
对比例2	5.02	7.08

表2水稳系数

从以上数据可看出，本发明通过以厨余垃圾固废发酵物作为原材料，再辅以改性固化剂，制备出的水稳层材料不仅符合环保理念，解决了厨余垃圾环境污染的问题，废物利用，大大降低了生产成本，而且该水稳层材料兼具最够的强度和刚度，优异的水稳性和抗冲刷性，最够大的疲劳寿命以及良好的耐久性能。

Claims (9)

1.一种环保型水稳层材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：包括以下重量份的原料：石膏50-80份，水泥熟料40-60份，改性固化剂5-10份，掺合料10-20份，厨余垃圾固废发酵物60-80份，水5-10份。

2.根据权利要求1所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的石膏选自磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、芒硝石膏、盐石膏中的一种或更多种。

3.根据权利要求1所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的水泥熟料选自硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料及铁铝酸盐水泥熟料中的一种或更多种。

4.根据权利要求1所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的掺合料选自粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉、复合矿物掺合料中的一种或更多种。

5.根据权利要求1所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的改性固化剂的制备方法如下：以聚乙烯醇为分散剂，乙酸乙烯酯与单体C进行共聚反应，得到聚醋酸乙烯酯共聚乳液，再将聚醋酸乙烯酯共聚乳液与聚丙烯纤维共混即得。

6.根据权利要求5所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的单体C选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或更多种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的改性固化剂制备方法为：

（1）称取适量的去离子水加入到反应瓶中，再加入聚乙烯醇，升温至90-95℃，搅拌至物料完全溶解；

（2）将体系温度降至40-45℃后，缓慢加入乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌30-45min后，开始滴加乙酸乙烯酯与单体C按体积比5-10:1组成的混合液；

（3）待混合液滴加至一半量时，向体系中加入一半量的引发剂，然后继续滴加剩余混合液；

（4）待所有混合液滴加完后，升高体系温度至65-70℃，加入剩余引发剂继续反应，观察回流液，当回流液减少并出现蓝色荧光时，保温1-2h；

（5）保温结束后，降低体系温度至45-50℃，加入碳酸氢钠和乙醇调节体系pH至6-7，加入增塑剂，搅拌均匀后冷却后出料；

（6）取步骤（5）中产物与聚丙烯纤维按质量比5-10：1加入到反应瓶中，调节体系温度至70-80℃，按250-300rpm/min的搅拌转速搅拌1-2h后，降温至45-50℃，继续搅拌30-45min后出料。

8.根据权利要求1-6任一项所述的环保型水稳层材料，其特征在于，所述的厨余垃圾固废发酵物为厨余垃圾经过发酵处理所得产物。

9.一种权利要求1-8任一项所述环保型水稳层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取一定量的厨余垃圾固废发酵物投入净浆搅拌机中，再加入2-3倍体积的水，开启搅拌15-30min，至体系均匀；

（2）向步骤（1）的体系中缓慢加入石膏及水泥熟料，缓慢搅拌15-45min；

（3）向步骤（2）的体系中缓慢加入改性固化剂，快速搅拌20-30min；

（4）搅拌完成后，将混合物放入模具中，压制成型，得到环保型水稳层材料小样。