CN115057663B - 基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法 - Google Patents

基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料制备技术领域，尤其涉及一种基于矿渣‑粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法，所述路基材料由风积沙、碎石、胶凝材料和水组成，其中，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料5~8份，风积沙55份，碎石37份，水4~6份，所述胶凝材料由矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂组成，所述碱激发剂由第一碱激发物质和第二碱激发物质组成，其中，所述第一碱激发物质为水玻璃和无水硅酸钠中的任一种，所述第二碱激发物质为氢氧化钠和生石灰中的任一种。本发明能够充分利用沙漠地区自然资源，解决了沙漠地区筑路材料匮乏的问题，提供了一种适用于沙漠地区的绿色筑路材料方案。

Description

基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料制备技术领域，尤其涉及一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法。
背景技术
沙漠地区特殊的地理位置决定了公路交通这种运输形式在其综合运输体系中的主导地位。沙漠地区筑路条件特殊，给公路建设带来了巨大的阻力。当地材料以风积沙为主，基础材料单一，且工程性质差。若考虑外运材料，则运距至少几十到数百公里以上，造价昂贵。目前，世界上沙漠地区正在发展的许多交通基础设施的巨大增长使得有必要考虑风积沙的建材化利用。
风积沙是一种非常特殊的材料，其粒径分布非常均匀，平均粒径很细，颗粒形状呈圆形，因此级配较差。风积沙松散无粘性，具有明显的非塑性性质，成型比较困难，而且成型后的抗剪性能也较差，在外力作用下极易松散和发生位移，因此，风积沙作为一种宝贵的可用自然资源，只要改进其处理方式，就可以用于工程建设。
普通硅酸盐水泥（OPC）是土木工程基础设施中应用最广泛的胶凝材料。然而，OPC的生产会排放大量的温室气体，特别是二氧化碳到大气中，而地聚物是一种富含SiO2和Al2O3的新型绿色胶结剂，与碱激发剂混合而成的无机铝硅酸盐材料。常用的地聚合碱激发剂有碱金属和碱土金属化合物。一般来说，最有效的碱激发剂是氢氧化钠（NaOH）和硅酸钠（Na2SiO3）的混合物，它能提高强度和提升其他工程性能。地聚物被众多学者认为是OPC的替代材料，将地聚物固化的基层材料与水泥固化基层材料比较，发现其不仅能满足工程规范要求，而且很大程度上降低了碳排放。
中国专利公开号：CN107032706B公开了一种采用风积沙为原料的路基材料成型方法，具体包括以下步骤：制砖粉；将砖粉、Ⅱ级粉煤灰、P.O42.5水泥依次加到风积沙中，在搅拌机内充分搅拌，得干粉混合料；将所得的干粉混合料内加水，并在搅拌机内充分搅拌，得混合浆料；将所得混合浆料铺设在路面上，然后用光轮压路机进行初压，随后对路面进行正常碾压，直至测得碾压后的路基材料的压实度≥97％为止，最后再对路面进行养护，即得成型后的路基材料。由此可见，所述技术方案中，采用水泥作为主要的胶凝材料，无法避免的会产生较多温室气体，同时，技术方案中干料的合成级配没有做进一步的优化分析，采用该技术方案制备的路基材料其抗压强度可能存在较大范围的波动。
发明内容
为此，本发明提供一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料及制备方法，用以克服现有技术中采用水泥作为胶凝材料存在的水泥生产中温室气体过度排放的问题，同时能够利用火力发电厂和炼铁生产中产生的工业废料，促进了多个行业的绿色生产。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，所述路基材料由风积沙、碎石、胶凝材料和水组成。
进一步地，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料5~8份，风积沙55份，碎石37份，水4~6份。
进一步地，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料8份，风积沙55份，碎石37份，水4.5~5.5份。
进一步地，所述胶凝材料由矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂组成。
进一步地，所述碱激发剂由第一碱激发物质和第二碱激发物质组成，其中，所述第一碱激发物质为水玻璃和无水硅酸钠中的任一种，所述第二碱激发物质为氢氧化钠和生石灰中的任一种。
进一步地，所述水玻璃的模数为2.4。
进一步地，当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=（3~5） ：（3~7） ：（0.7~0.9）： （0.4~0.9）：（4~5） ；当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=（3~5） ：（3~7） ：（0.5~0.8）： （0.4~0.9）： （4~5）；当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=（3~5） ：（3~7） ：（1.5~2）： （0.4~0.6）： （3~5）；当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=（3~5 ）：（3~7） ：（0.5~0.8）：（0.4~0.6） ：（ 4~5）。
进一步地，当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=5：5：0.85：0.81：4.6；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=3.5：6.5：0.52：0.41：5；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=4.75：4.75：1.82：0.5：3.48；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=4.75：4.75：0.8：0.5：4.5。
进一步地，所述风积沙与所述碎石的合成级配为：31.5mm筛孔通过率为100%；26.5mm筛孔通过率为90%~100%；19mm筛孔通过率为73%~87%；16mm筛孔通过率为65%~82%；13.2mm筛孔通过率为55%~75%；9.5mm筛孔通过率为47%~66%；4.75mm筛孔通过率为30%~50%；2.36mm筛孔通过率为19%~36%；1.18mm筛孔通过率为12%~26%；0.6mm筛孔通过率为8%~19%；0.3mm筛孔通过率为5%~14%；0.15mm筛孔通过率为3%~10%；0.075mm筛孔通过率为2%~7%。
进一步地，所述粉煤灰为Ⅱ级低钙粉煤灰，其CaO含量≤10%，细度≤20%，需水量≤10%，烧失量≤8%。
进一步地，所述矿渣成分包括CaO和SiO2，其中，CaO占所述矿渣质量分数≥30%，SiO2占所述矿渣质量分数≥20%；所述粉煤灰成分包括SiO2和Al2O3，其中，SiO2占所述粉煤灰质量分数≥40%，Al2O3占所述粉煤灰质量分数≥10%。
另一方面，本发明提供一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据所述胶凝材料中各组分配比称取适量所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水，并将所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S5，将步骤S4得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
进一步地，在所述步骤S2中，所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水混合，制备成碱激发剂的步骤包括：
步骤S21，将所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的非液体物质溶于水并混合均匀，配置成碱性溶液；
步骤S22，将所述步骤S21配置成的所述碱性溶液与所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的液体物质进行混合，制备成碱激发剂；
步骤S23，所述碱激发剂配制完成后，需要进行冷却以将所述碱激发剂溶液温度降至常温。
进一步地，在所述步骤S3中，将制备完成的碱激发剂倒入步骤S1制备的干料过程中，所述碱激发剂液体应保持连续加入并且液体加入过程中所述搅拌机应保持持续运转直至形成均匀的胶凝材料浆体，所述胶凝材料浆体即为矿渣-粉煤灰基地聚物。
进一步地，在所述步骤S4中水的用量可根据试验得到的路基材料的最佳含水率进行精确计算得到，将加入的水的质量记为Ma，设定Ma=β×M0-Mb，其中，M0为路基材料的总质量，β为根据试验得到的路基材料的最佳含水率，Mb为制备质量为M0的路基材料对应的胶凝材料中水的质量。
进一步地，所述基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的建议施工厚度设置为不低于20cm。
进一步地，在所述步骤S4中，制备控制模块根据搅拌设备的容量将需制备的路基材料浆料分为若干份进行制备，设定所述搅拌设备的单次制备的最大搅拌质量为MA，所述制备控制模块根据路基材料的配合比确定所述搅拌设备单次制备路基材料浆料时，设定初始质量配比为ma1：ma2：ma3：ma4=6：55：37：5，其中，ma1为胶凝材料的质量,ma2为风积沙的质量，ma3为碎石的质量，ma4为水的质量，MA=ma1+ma2+ma3+ma4；
当所述搅拌设备根据初始质量配比完成对路基材料浆料的制备时，所述制备控制模块根据制备得到的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对初始质量配比的调整方式，所述制备控制模块设置有第一抗压强度标准F1和第二抗压强度F2，其中，1MPa＜F1＜F2＜3MPa，
当F1≤f1≤F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度合格且初始质量配比符合路面强度标准，所述制备控制模块判定的路基材料浆料初始质量配比合格并使用所述路基材料浆料初始质量配比用于制备路基材料；
当f1＜F1或f1＞F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准，所述制备控制模块根据3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比的调节方式。
进一步地，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准时，所述制备控制模块根据采用初始质量配比制备的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比调节方式，所述制备控制模块设定有第一抗压强度偏差标准ΔF1、第二抗压强度偏差标准ΔF2、第一抗压强度胶凝配比调整系数α1、第二抗压强度胶凝配比调整系数α2、第三抗压强度胶凝配比调整系数α3和第四抗压强度胶凝配比调整系数α4，其中，0.8＜α4＜0.9＜α3＜1＜α1＜1.3＜α2＜1.6，
当f1＜F1时，设定Δf1=F1-f1；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第一抗压强度胶凝配比调整系数α1对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第二抗压强度胶凝配比调整系数α2对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当f1＞F2时，设定Δf1=f1-F2；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第三抗压强度胶凝配比调整系数α3对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第四抗压强度胶凝配比调整系数α4对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当所述制备控制模块判定采用第i抗压强度胶凝配比调整系数αi对路基材料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节时，其中，i=1，2，3，4，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4=X：55：37：5，设定X=6×αi，其中，ma1’为调整后胶凝材料的质量，X为调整后胶凝材料的配比量。
进一步地，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块完成对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料配比的调节后，所述制备控制模块根据调整后的路基材料浆料质量配比计算调整后路基材料浆料的含水率ρ并根据ρ确定针对路基材料浆料质量配比中水的配比调整方式，所述制备控制模块设置有第一浆料含水率标准P1和浆料含水率标准P2，其中，4%＜P1＜P2＜6%，设定ρ=（5+4.5X/16）/（X+97），
当P1≤ρ≤P2时，所述制备控制模块判定含水率符合标准且调整后路基材料浆料的含水率合格，所述制备控制模块判定调整后的路基材料浆料质量配比合格并使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料；
当ρ＜P1或ρ＞P2时，所述制备控制模块判定含水率不符合标准且调整后路基材料浆料的含水率不合格，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准。
进一步地，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定调整后路基材料浆料的含水率不合格时，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准，所述制备控制模块设置有预设含水率标准值P00，第一含水率差值标准ΔP01、第二含水率差值标准ΔP02、第一浆料含水率水量调节系数β1、第二浆料含水率水量调节系数β2和第三浆料含水率水量调节系数β3，其中，P1＜P00＜P2，0＜ΔP01＜ΔP02＜4%，0＜β1＜0.9＜β2＜1＜β3，设定Δp=∣ρ-P00∣，
当Δp≤ΔP01时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第一水率差值标准，所述制备控制模块采用第一浆料含水率水量调节系数β1对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当ΔP01＜Δp≤ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第二浆料含水率水量调节系数β2对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当Δp＞ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差超出第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第三浆料含水率水量调节系数β3对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当所述制备控制模块判定采用第j浆料含水率水量调节系数βj对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整时，其中，j=1，2，3，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4’=X：55：37：Y，其中，ma4’为调整后水的质量，Y为调整后水的配比量；
当ρ＜P00时，设定Y=5+Δp×βj；当ρ＞P00时，设定Y=5-Δp×βj；
当所述制备控制模块完成对路基材料浆料质量配比中水的配比量调节后，所述制备控制模块使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过利用风积沙和碎石作为路基材料的骨料，能够充分利用沙漠地区自然资源风积沙作为路基材料的主要材料，避免沙漠地区筑路材料匮乏需要远程运送筑路材料带来的施工时间无法保证和运输成本高昂问题，提供了一种适用于沙漠地区的绿色筑路材料方案。
进一步地，本发明方案中胶凝材料采用的组成包括矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂，通过使用地聚物材料代替水泥对风积沙进行固化，一方面，通过避免使用生产过程中温室气体排放高的水泥作为胶凝材料，有效的通过地聚物的使用减少了温室气体的排放，有效的保证了本发明具有绿色环保的特点；另一方面，本发明中胶凝材料能够充分利用火力发电厂和钢铁厂炼钢产生的固体废物粉煤灰和矿渣，进一步有效的实现矿渣和粉煤灰的环保利用，能有效解决矿渣和粉煤灰的堆放问题和环境污染问题，进一步有效的说明了本发明具有节能环保的特点。
进一步地，本发明提供的制备基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法工艺简单，制备中采用较少的设备即可完成，并且制备的路基材料能够在常温常压下进行养护，与现有路基材料的制备方案具有较好的兼容性，无需购买专用设备，具有节约成本以及绿色低碳节能环保的特点。
进一步地，本发明路基材料采用矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂组成的胶凝材料作为风积沙的固化剂，并在风积沙中掺入合适配比的碎石以优化路基材料中骨料的合成级配，通过使用二次回收利用的矿渣-粉煤灰基地聚物代替水泥作为风积沙固化剂，其制备的路基材料能够达到与水泥基路基材料相同的工程性能并且基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的抗温缩性能更加优异，进一步有效的保证了本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料兼具工程要求与绿色环保的特点。
进一步地，本发明路基材料中通过使用沙漠地区的风积沙资源进行路面固化，当路面达到使用年限或存在损坏时，损坏的风积沙路基材料与本地区沙漠环境能相容无需额外处理，并且若风积沙路基材料存在少量损坏需要修补时，能够直接利用本地区风积沙材料制备基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料作为修补填料，原材料来源广泛易获得，进一步有效的保证了本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的工程实用性。
附图说明
图1为本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的组成示意图；
图2为本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法步骤图。
图3为本发明实施例矿渣的样品图；
图4为本发明实施例粉煤灰的样品图；
图5为本发明实施例矿渣的XRD图；
图6为本发明实施例粉煤灰的XRD图；
图7为本发明实施例矿渣的SEM图；
图8为本发明实施例粉煤灰的SEM图；
图9为本发明实施例风积沙颗粒级配曲线图；
图10为本发明实施例不同Si/Al和Na/Al对矿渣-粉煤灰基地聚物净浆抗压强度的7d影响图；
图11为本发明实施例不同Si/Al和Na/Al对矿渣-粉煤灰基地聚物净浆抗压强度的28d影响图；
图12为本发明实施例未掺固化剂的风积沙CBR图；
图13为本发明实施例水泥掺量为10%的风积沙CBR图；
图14为本发明实施例地聚物掺量为15%的风积沙CBR图；
图15为本发明实施例典型试样温缩系数随温度变化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的组成示意图，本发明提供一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，所述路基材料由风积沙、碎石、胶凝材料和水组成，其中，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料5~8份，风积沙55份，碎石37份，水4~6份；
所述胶凝材料由矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂组成；
所述碱激发剂由第一碱激发物质和第二碱激发物质组成，其中，所述第一碱激发物质为水玻璃和无水硅酸钠中的任一种，所述第二碱激发物质为氢氧化钠和生石灰中的任一种。
具体而言，当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=（3~5）：（3~7）：（0.7~0.9）：（0.4~0.9）：（4~5）；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=（3~5）：（3~7）：（0.5~0.8）：（0.4~0.9）：（4~5）；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=（3~5）：（3~7）：（1.5~2）：（0.4~0.6）：（3~5）；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=（3~5）：（3~7）：（0.5~0.8）：（0.4~0.6）：（4~5）。
具体而言，所述水玻璃的模数为2.4。
具体而言，当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=5：5：0.85：0.81：4.6；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=3.5：6.5：0.52：0.41：5；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=4.75：4.75：1.82：0.5：3.48；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=4.75：4.75：0.8：0.5：4.5。
具体而言，所述风积沙与所述碎石的合成级配为：31.5mm筛孔通过率为100%；26.5mm筛孔通过率为90%~100%；19mm筛孔通过率为73%~87%；16mm筛孔通过率为65%~82%；13.2mm筛孔通过率为55%~75%；9.5mm筛孔通过率为47%~66%；4.75mm筛孔通过率为30%~50%；2.36mm筛孔通过率为19%~36%；1.18mm筛孔通过率为12%~26%；0.6mm筛孔通过率为8%~19%；0.3mm筛孔通过率为5%~14%；0.15mm筛孔通过率为3%~10%；0.075mm筛孔通过率为2%~7%。
具体而言，所述粉煤灰为Ⅱ级低钙粉煤灰，其CaO含量≤10%，细度≤20%，需水量≤10%，烧失量≤8%；所述矿渣成分包括CaO和SiO2，其中，CaO占所述矿渣质量分数≥30%，SiO2占所述矿渣质量分数≥20%；所述粉煤灰成分包括SiO2和Al2O3，其中，SiO2占所述粉煤灰质量分数≥40%，Al2O3占所述粉煤灰质量分数≥10%。
请参阅图2所示，其为本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法步骤图，本发明提供一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据所述胶凝材料中各组分配比称取适量所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水，并将所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S5，将步骤S4得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
具体而言，在所述步骤S2中，所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水混合，制备成碱激发剂的步骤包括：
步骤S21，将所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的非液体物质溶于水并混合均匀，配置成碱性溶液；
步骤S22，将所述步骤S21配置成的所述碱性溶液与所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的液体物质进行混合，制备成碱激发剂；
步骤S23，所述碱激发剂配制完成后，需要进行冷却以将所述碱激发剂溶液温度降至常温。
具体而言，在所述步骤S3中，将制备完成的碱激发剂倒入步骤S1制备的干料过程中，所述碱激发剂液体应保持连续加入并且液体加入过程中所述搅拌机应保持持续运转直至形成均匀的胶凝材料浆体，所述胶凝材料浆体即为矿渣-粉煤灰基地聚物。
具体而言，在所述步骤S4中，水的用量根据试验得到的路基材料的最佳含水率进行计算得到，将加入的水的质量记为Ma，设定Ma=β×M0-Mb，其中，M0为路基材料的总质量，β为路基材料的最佳含水率，Mb为制备质量为M0的路基材料对应的胶凝材料中水的质量。
具体而言，所述基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的建议施工厚度设置为20cm-25cm。
具体而言，在所述步骤S4中，制备控制模块根据搅拌设备的容量将需制备的路基材料浆料分为若干份进行制备，设定所述搅拌设备的单次制备的最大搅拌质量为MA，所述制备控制模块根据路基材料的配合比确定所述搅拌设备单次制备路基材料浆料时，设定初始质量配比为ma1：ma2：ma3：ma4=6：55：37：5，其中，ma1为胶凝材料的质量,ma2为风积沙的质量，ma3为碎石的质量，ma4为水的质量，MA=ma1+ma2+ma3+ma4；
当所述搅拌设备根据初始质量配比完成对路基材料浆料的制备时，所述制备控制模块根据制备得到的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对初始质量配比的调整方式，所述制备控制模块设置有第一抗压强度标准F1和第二抗压强度F2，其中，1MPa＜F1＜F2＜3MPa，
当F1≤f1≤F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度合格且初始质量配比符合路面强度标准，所述制备控制模块判定的路基材料浆料初始质量配比合格并使用所述路基材料浆料初始质量配比用于制备路基材料；
当f1＜F1或f1＞F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准，所述制备控制模块根据3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比的调节方式。
具体而言，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准时，所述制备控制模块根据采用初始质量配比制备的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比调节方式，所述制备控制模块设定有第一抗压强度偏差标准ΔF1、第二抗压强度偏差标准ΔF2、第一抗压强度胶凝配比调整系数α1、第二抗压强度胶凝配比调整系数α2、第三抗压强度胶凝配比调整系数α3和第四抗压强度胶凝配比调整系数α4，其中，0.8＜α4＜0.9＜α3＜1＜α1＜1.3＜α2＜1.6，
当f1＜F1时，设定Δf1=F1-f1；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第一抗压强度胶凝配比调整系数α1对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第二抗压强度胶凝配比调整系数α2对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当f1＞F2时，设定Δf1=f1-F2；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第三抗压强度胶凝配比调整系数α3对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第四抗压强度胶凝配比调整系数α4对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当所述制备控制模块判定采用第i抗压强度胶凝配比调整系数αi对路基材料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节时，其中，i=1，2，3，4，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4=X：55：37：5，设定X=6×αi，其中，ma1’为调整后胶凝材料的质量，X为调整后胶凝材料的配比量。
具体而言，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块完成对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料配比的调节后，所述制备控制模块根据调整后的路基材料浆料质量配比计算调整后路基材料浆料的含水率ρ并根据ρ确定针对路基材料浆料质量配比中水的配比调整方式，所述制备控制模块设置有第一浆料含水率标准P1和浆料含水率标准P2，其中，4%＜P1＜P2＜6%，设定ρ=（5+4.5X/16）/（X+97），
当P1≤ρ≤P2时，所述制备控制模块判定含水率符合标准且调整后路基材料浆料的含水率合格，所述制备控制模块判定调整后的路基材料浆料质量配比合格并使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料；
当ρ＜P1或ρ＞P2时，所述制备控制模块判定含水率不符合标准且调整后路基材料浆料的含水率不合格，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准。
具体而言，在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定调整后路基材料浆料的含水率不合格时，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准，所述制备控制模块设置有预设含水率标准值P00，第一含水率差值标准ΔP01、第二含水率差值标准ΔP02、第一浆料含水率水量调节系数β1、第二浆料含水率水量调节系数β2和第三浆料含水率水量调节系数β3，其中，P1＜P00＜P2，0＜ΔP01＜ΔP02＜4%，0＜β1＜0.9＜β2＜1＜β3，设定Δp=∣ρ-P00∣，
当Δp≤ΔP01时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第一水率差值标准，所述制备控制模块采用第一浆料含水率水量调节系数β1对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当ΔP01＜Δp≤ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第二浆料含水率水量调节系数β2对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当Δp＞ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差超出第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第三浆料含水率水量调节系数β3对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当所述制备控制模块判定采用第j浆料含水率水量调节系数βj对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整时，其中，j=1，2，3，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4’=X：55：37：Y,其中，ma4’为调整后水的质量，Y为调整后水的配比量；
当ρ＜P00时，设定Y=5+Δp×βj；当ρ＞P00时，设定Y=5-Δp×βj；
当所述制备控制模块完成对路基材料浆料质量配比中水的配比量调节后，所述制备控制模块使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料。
本发明通过在首次制备路基材料时检测其3d抗压强度以用于对制备配方的调节，通过调节胶凝材料的配比使得路基材料更加符合实际的路基检测要求，并且，在调节胶凝材料的配比后通过判断其含水量是否符合预设区间以将路基材料的配比调整至最佳含水率以发挥路基材料的最佳性能。
以下为本发明得到的结论和分析过程，本发明提供实施例中，矿渣和粉煤灰均取自新疆某钢铁厂，风积沙取自新疆塔城地区料场，请参阅图3所示，其为本实施例矿渣的样品图，矿渣外观呈白色、粉末状；请参阅图4所示，其为本实施例粉煤灰的样品图，粉煤灰外观呈灰色、粉末状。
请参阅表1所示，其为本实施例胶凝材料的化学组成及含量表，本实施例中矿渣主要由CaO（38.45 %）、SiO2（32.21 %）和Al2O3(11.16)等成分组成；本实施例中粉煤灰主要由SiO2（49.61 %）、Al2O3（18.09 %）和CaO（9.57%）等成分组成；本实施例粉煤灰为Ⅱ级低钙粉煤灰，其CaO含量≤10%，细度≤20%，需水量比≤10%，烧失量≤8%。
表1本实施例胶凝材料的化学组成及含量
Figure 69097DEST_PATH_IMAGE001
请参阅图5所示，其为本发明实施例矿渣的XRD图，本发明采用X射线衍射对矿渣粉中的晶态物质组成元素进行了分析，矿渣的各项物化指标基本符合《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）条文5中针对矿渣的要求。
请参阅图6所示，其为本发明实施例粉煤灰的XRD图，本发明采用X射线衍射对粉煤灰中的晶态物质组成元素进行了分析，粉煤灰的各项物化指标基本符合 《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）条文7.3中针对粉煤灰的要求。
从图5中可以发现，在20至40度时会出现明显的“馒头峰”，这表明矿渣中的矿物成分绝大部分属于玻璃体物质，因此无法发现相对明显的结晶峰；从图6中可以发现，在20至35度时衍射角范围中会出现“馒头峰”，这意味着粉煤灰属于非晶态物质，同时里面也存在较小比例的结晶物质，其主要成分为石英、莫来石。
请参阅图7所示，其为本发明实施例矿渣的SEM图，请参阅图8所示，其为本发明实施例粉煤灰的SEM图，从图7和8中可以观察到：矿渣为不规则有棱角的颗粒，粉煤灰为球状颗粒。本发明实施例分别采用氢氧化钠（NaOH）和硅酸钠（Na2SiO3）作为碱激发剂，氢氧化钠试剂为分析纯，硅酸钠波美度为50，模数为2.4和3.0两种，模数实验用水为自来水。
请参阅图9所示，其为本发明实施例风积沙颗粒级配曲线图，本发明实施例所用风积沙取自新疆塔城地区料场，风积沙的粒径主要分布于0.075-0.3mm，其含量高达90%以上，大于0.3mm的颗粒极少，而小于0.075的颗粒不足4%。从土质学观点来讲，土的级配不均匀系数Cu＞5，且级配曲线曲率系数Cc=1-3的土，为级配良好的土，不能同时满足这两个基本条件的土，属于不良级配的土，因此从风积沙不均匀系数Cu=2.55和曲率系数Cc=1.14分析判断，风积沙的组成是典型的不良及配。
一、在对矿渣-粉煤灰基地聚物配合比设计时，主要从凝结时间和净浆强度方面进行设计，其中，
从凝结时间角度分析：
请参阅表2所示，其为不同Si/Al与Na/Al下矿渣-粉煤灰基地聚物的凝结时间表，胶凝材料凝结时间受多因素影响，本发明从元素摩尔比、矿渣与粉煤灰质量比以及水玻璃模数三个角度对凝结时间进行分析，得出以下结论：
1、当Si/Al大于2.6时，初凝时间为13h，不能满足施工对硬化时间的要求；2、随着Si/Al的增加，凝结时间显著延长；3、降低Na/Al的同时，凝结时间得到延长，当Si/Al为2.5，Na/Al为0.8时初凝时间为3h，终凝时间为6h，基本满足施工要求。当Si/Al为2.6，Na/Al为0.8时虽然初凝时间3.5h，终凝时间6.25h也能满足施工要求，但是对浆体试块观察发现，该配比下浆体试块出现大范围收缩裂缝。
表2不同Si/Al与Na/Al下矿渣-粉煤灰基地聚物的凝结时间
Figure 991923DEST_PATH_IMAGE002
由上述凝结试验可知，元素摩尔比对凝结时间的影响很大，为探究矿渣与粉煤灰质量比和水玻璃模数对凝结时间的影响，在保持Si/Al=2.5，Na/Al=1.0不变的前提下依据表3中地聚物质量比配比对胶凝材料中矿渣与粉煤灰的配比进一步设计，形成不同矿渣与粉煤灰配比凝结时间表。
表 3 地聚物质量比配比
Figure 456402DEST_PATH_IMAGE003
请参阅表4所示，其为不同矿渣和粉煤灰质量比与水玻璃模数对应的胶凝材料凝结时间表，能够得出以下结论：1、随着水玻璃模数的增大，胶凝材料的凝结时间显著缩短；2、随着粉煤灰掺量的增加，矿渣与粉煤灰质量比逐渐减小，凝结时间随之增加，但是对浆体试块观察发现，粉煤灰增加会导致试块出现大范围的收缩裂缝。
表4 不同矿渣和粉煤灰质量比与水玻璃模数对应的胶凝材料凝结时间
Figure 531806DEST_PATH_IMAGE004
从净浆强度角度分析：
请参阅图10和图11所示，图10为本发明实施例不同Si/Al和Na/Al对矿渣-粉煤灰基地聚物净浆抗压强度的7d影响图，图11为本发明实施例不同Si/Al和Na/Al对矿渣-粉煤灰基地聚物净浆抗压强度的28d影响图，分析图10和图11能够得出以下结论：
1、Na/Al为1.0时，随着Si/Al的增加，矿渣-粉煤灰基地聚物的抗压强度逐渐减小，Si/Al为2.5时，胶凝材料的强度最大，7d和28d的强度分别为14MPa和27MPa；
2、随着Na/Al逐渐降低，矿渣-粉煤灰基地聚物的抗压强度也在降低，当Na/Al=0.7时，抗压强度急剧降低，这是由于较高的NaOH和Na2SiO3浓度，在早期地质聚合作用中有利于形成凝胶，提高了浆体的强度。
二、本发明在对基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的性能进行研究中选择加州承载比（CBR）试验及温缩试验对基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的性能进行分析，其中，
从加州承载比（CBR）角度进行分析：请参阅图12、图13和图14所示，图12为本发明实施例未掺固化剂的风积沙CBR图，图13为本发明实施例水泥掺量为10%的风积沙CBR图，图14为本发明实施例地聚物掺量为15%的风积沙CBR图，本发明对3组风积沙试样进行了加州承载比（CBR）试验，其单位压力与贯入量的关系曲线如图12-14所示，未掺固化剂的风积沙CBR为4%，掺量10%水泥和15%地聚物的CBR分别为133%和112%。根据规范JTG D30-2015《公路路基设计规范》对路基土CBR值要大于8%，固化后的风积沙远大于规范要求，由此可见，固化剂的加入,使得风积沙的承载能力得到了显著提高。
从抗温缩性能角度进行分析：请参阅图15所示，其为本发明实施例典型试样温缩系数随温度变化图，图中5%C、10%C、15%C指水泥掺量为5%、10%、15%的风积沙试样，10%G、15%G、20%G指地聚物掺量为10%、15%、20%的风积沙试样，分析图15可知，
1、随着温度的升高，温缩系数先降低后升高。在0℃时，温缩系数最低，由于固化风积沙内部还存在部分未结晶的自由水，自由水在结晶过程中出现膨胀对收缩变形形成一定约束，并且温缩变形的空间也在逐渐减小，因此导致温缩系数达到最低值。
2、随着温度从0℃逐渐升高，温缩系数也在提高。由于混合料内部颗粒间存在一定的空隙，为温缩变形提供较大的空间，反之，当温度降低时，颗粒间的空隙也在减小，可供温缩变形的空间减小，此时混合料受温度影响而引起的收缩受到一定约束。
3、随着温度降低到0℃以下时，由于固化风积沙复合材料受到热胀冷缩的影响，随着温度不断降低，混合料整体宏观上在不断缩小，表现为温缩系数在不断增加。
4、固化剂掺量不同时，混合料的温缩系数也不同，但是温缩系数随固化剂的掺量增加变化较小。当水泥掺量较小时，温缩系数随水泥掺量的增加而降低，在水泥掺量大于10%时，温缩系数又有所回升，该结论同样适用于掺加地聚物的混合料。由于当水泥含量较少时，随其掺量的增加，水化生成物增多，颗粒间相互约束，牵制作用增强，混合料整体刚度增大，对混合料受温度改变造成的收缩起到一定的约束，宏观表现为混合料整体的温缩系数的减小；而在水泥含量相对较多时，虽然混合料的刚度仍在增大，对混合料的收缩起到抑制作用，但水化产物含量的增加对温缩系数的提高作用更加明显，宏观表现为混合料整体的温缩系数得到了提高。因此，适量固化剂的掺入能够提高混合料的抗温缩性能，掺量过高或是过低都会增加混合料的温缩系数，会促进混合料后期因收缩产生开裂。
5、由于温缩系数越小，固化材料具有较好的抗温缩性，地聚物固化后的混合料的抗温缩性能高于水泥。
基于以上，地聚物作为代替水泥的胶凝材料，其抗温缩性能的变化趋势与水泥基胶凝材料基本一致，并且，基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的温缩系数小于水泥基固化剂固化风积沙的温缩系数，表现了矿渣-粉煤灰基地聚物固化风积沙的优势。因此，本发明针对矿渣-粉煤灰基二元地聚物的配比分析、风积沙与固化剂掺量的分析以及加入碎石对风积沙不良级配的改善分析，得到本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料。
以下提供本发明的实施例：
下述实施例中制得的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，矿渣-粉煤灰基地聚物的凝结时间按照GB/T 1346-2011测定，抗压强度按照JTG 3430-2020测定。
实施例1：
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其中，矿渣-粉煤灰基地聚物按质量比，矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=5：5：0.85：0.81：4.6。
基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的物质量配比为：胶凝材料：风积沙：碎石=8：55：37，所述碱激发剂为氢氧化钠和水玻璃，其中氢氧化钠为分析纯，水玻璃模数为2.4。
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据胶凝材料中各组分配比称取适量氢氧化钠、水和水玻璃，将氢氧化钠溶于水配成氢氧化钠溶液，再将所述氢氧化钠溶液与水玻璃混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S5，将步骤S4得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
实施例1制得的矿渣-粉煤灰基地聚物，初凝时间为180min，终凝时间为300min，7d抗压强度为14MPa，28d抗压强度为32MPa；制得的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的最大干密度为2.21g/cm3，对应的最佳含水率为4.99%，3d抗压强度为2.4MPa，7d抗压强度为4.5MPa。
实施例2：
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其中，矿渣-粉煤灰基地聚物按质量比，矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=3.5：6.5：0.52：0.41：5。基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的物质量配比为：胶凝材料：风积沙：碎石=8：55：37。
所述的碱激发剂为氢氧化钠和无水硅酸钠，其中氢氧化钠为分析纯，无水硅酸钠为固体粉末。
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据胶凝材料中各组分配比称取适量氢氧化钠、水和无水硅酸钠，将氢氧化钠溶于水配成氢氧化钠溶液，再将所述氢氧化钠溶液与无水硅酸钠混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S5，将步骤S4得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
实施例2制得的矿渣-粉煤灰基地聚物的初凝时间为160min，终凝时间为280min，7d抗压强度为15MPa，28d抗压强度为30MPa；制得的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的最大干密度为2.24g/cm3，对应的最佳含水率为4.71%，3d抗压强度为2.5MPa，7d抗压强度为4.6MPa。
实施例3：
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其中，矿渣-粉煤灰基地聚物按质量比，矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=4.75：4.75：0.8：0.5：4.5。基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的配比为：胶凝材料：风积沙：碎石=8：55：37。
所述的碱激发剂为生石灰和无水硅酸钠，其中无水硅酸钠为固体粉末，生石灰为固体粉末。
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据胶凝材料中各组分配比称取适量生石灰、水和无水硅酸钠，将生石灰溶于水配成溶液，再将所述溶液与无水硅酸钠混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S5，将步骤S4得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
实施例3制得的矿渣-粉煤灰基地聚物的初凝时间为170min，终凝时间为290min，7d抗压强度为16MPa，28d抗压强度为33MPa；制得的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的最大干密度为2.24g/cm3，对应的最佳含水率为4.44%，3d抗压强度为2.6MPa，7d抗压强度为5.2MPa。
实施例4（对照组1）：
本实施例中设置有水泥作为碱激发剂的对照组，一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其中，矿渣-粉煤灰基地聚物按质量比，矿渣：粉煤灰：水泥：水=2.5：1.5：6：6.58。基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的配比为：胶凝材料：风积沙：碎石=8：55：37。
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣、粉煤灰和水泥，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料；
步骤S3，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；
步骤S4，将步骤S3得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
实施例4制得的矿渣-粉煤灰基地聚物的初凝时间为180min，终凝时间为320min，7d抗压强度为18MPa，28d抗压强度为38MPa；制得的风积沙路基材料的最大干密度为2.23g/cm3，对应的最佳含水率为5.26%，3d抗压强度为3.2MPa，7d抗压强度为6.0MPa。
实施例5（对照组2）：
本实施例中设置有水泥作为胶凝材料的对照组，一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，水泥固化风积沙的配比为：水泥：风积沙：碎石=5：55：40。
一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，水泥对照组包括以下步骤：
步骤S1：根据配合比，称量水泥，运用搅拌机进行干混搅拌；
步骤S2：干混操作完成后，将水倒入干料中，加入液体成分时应缓慢、连续地加入、并保持搅拌机持续运转，加入液体原料持续搅拌形成均匀浆体后完成搅拌工作；
步骤S3：按照步骤S2得到的水泥均匀浆体，将适量水泥均匀浆体与风积沙和碎石进行均匀混合，并压实成型，制备水泥固化风积沙作为路基材料；
步骤S4：将步骤S3得到的路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护。
实施例5制得的水泥浆体的初凝时间为140min，终凝时间为280min，7d抗压强度为20MPa，28d抗压强度为42MPa；制得的水泥基风积沙路基材料的最大干密度为2.25g/cm3，对应的最佳含水率为6.089%，3d抗压强度为3.1MPa，7d抗压强度为5.5MPa。
上述实施例中，本发明矿渣-粉煤灰基地聚物的初凝时间为140-180min，终凝时间为280-320min，7d抗压强度为14-20MPa，28d抗压强度为32-42MPa；本发明基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的最大干密度为2.21-2.25g/cm3，对应的最佳含水率为4.44%-6.09%。
请参阅表5所示，其为本发明实施例制备的胶凝材料及路基材料试验数据汇总表，本发明制备得到的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料与水泥基固化剂制备的风积沙路基材料的各项指标通过表5中试验数据发现，实施例1、实施例2和实施例3制备得到的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料各项工程性能均满足规范要求，3d抗压强度可达1.2-3.6MPa，7d抗压强度可达4.0-6.0MPa，与实施例4以及实施例5相比，通过采用矿渣-粉煤灰基地聚物避免采用水泥作为固化风积沙的固化剂，其制备得到的路基材料与使用水泥作为固化剂制备得到的路基材料的工程性能相比，采用矿渣-粉煤灰基地聚物制备得到的风积沙路基材料能够达到与水泥基制备的路基材料相同的水平。
表5本发明实施例制备的胶凝材料及路基材料试验数据汇总
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从以上实施例中可以得到，基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料不仅能显著提升风积沙力学性能和路用性能，并且地聚物的利用降低的水泥资源消耗以及碳排放，同时，矿渣-粉煤灰基地聚物作为固化剂其抗温缩性能优于水泥，制得的路基材料产生的碳排放远低于水泥，而且混合料强度越高，地聚物的环保性能优势越明显，表明地聚物在改善风积沙性能和保护环境等方面具有可持续发展的优势。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，根据胶凝材料中各组分配比称取适量矿渣和粉煤灰，运用搅拌机进行干混搅拌至混合均匀，制备成胶凝材料的干料；
步骤S2，根据胶凝材料中各组分配比称取适量第一碱激发物质、第二碱激发物质和水，并将第一碱激发物质、第二碱激发物质和水混合，制备成碱激发剂；
步骤S3，将制备完成的所述碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料中并使用搅拌机混合均匀，制备成胶凝材料，其中，在将制备完成的碱激发剂倒入所述步骤S1制备的干料过程中，所述碱激发剂液体应保持连续加入并且液体加入过程中所述搅拌机应保持持续运转直至形成均匀的胶凝材料浆体；
步骤S4，根据配合比称取风积沙、碎石和胶凝材料，将胶凝材料、风积沙和碎石放入搅拌机进行搅拌并加入适量水搅拌均匀以得到路基材料浆料；通过在首次制备路基材料时检测其3d抗压强度以用于对制备配方的调节，并且，在调节胶凝材料的配比后通过判断其含水量是否符合预设区间以将路基材料的配比调整至最佳含水率以发挥路基材料的最佳性能；
步骤S5，将所述路基材料浆料按施工工艺压实成型并按设计龄期进行养护；
在所述步骤S4中，制备控制模块根据搅拌设备的容量将需制备的路基材料浆料分为若干份进行制备，设定所述搅拌设备的单次制备的最大搅拌质量为MA，所述制备控制模块根据路基材料的配合比确定所述搅拌设备单次制备路基材料浆料时，设定初始质量配比为ma1：ma2：ma3：ma4=6：55：37：5，其中，ma1为胶凝材料的质量,ma2为风积沙的质量，ma3为碎石的质量，ma4为水的质量，MA=ma1+ma2+ma3+ma4；
当所述搅拌设备根据初始质量配比完成对路基材料浆料的制备时，所述制备控制模块根据制备得到的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对初始质量配比的调整方式，所述制备控制模块设置有第一抗压强度标准F1和第二抗压强度F2，其中，1MPa＜F1＜F2＜3MPa，
当F1≤f1≤F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度合格且初始质量配比符合路面强度标准，所述制备控制模块判定的路基材料浆料初始质量配比合格并使用所述路基材料浆料初始质量配比用于制备路基材料；
当f1＜F1或f1＞F2时，所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准，所述制备控制模块根据3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比的调节方式；
在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定3d抗压强度不合格且初始质量配比不符合路面强度标准时，所述制备控制模块根据采用初始质量配比制备的路基材料浆料施工制备的路基材料的3d抗压强度f1确定针对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比调节方式，所述制备控制模块设定有第一抗压强度偏差标准ΔF1、第二抗压强度偏差标准ΔF2、第一抗压强度胶凝配比调整系数α1、第二抗压强度胶凝配比调整系数α2、第三抗压强度胶凝配比调整系数α3和第四抗压强度胶凝配比调整系数α4，其中，0.8＜α4＜0.9＜α3＜1＜α1＜1.3＜α2＜1.6，
当f1＜F1时，设定Δf1=F1-f1；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第一抗压强度胶凝配比调整系数α1对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第二抗压强度胶凝配比调整系数α2对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当f1＞F2时，设定Δf1=f1-F2；
若Δf1≤ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差符合标准并采用第三抗压强度胶凝配比调整系数α3对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
若Δf1＞ΔF1，所述制备控制模块判定抗压强度偏差不符合标准并采用第四抗压强度胶凝配比调整系数α4对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节；
当所述制备控制模块判定采用第i抗压强度胶凝配比调整系数αi对路基材料初始质量配比中胶凝材料的配比进行调节时，其中，i=1，2，3，4，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4=X：55：37：5，设定X=6×αi，其中，ma1’为调整后胶凝材料的质量，X为调整后胶凝材料的配比量；
在所述步骤S4中，当所述制备控制模块完成对路基材料浆料初始质量配比中胶凝材料配比的调节后，所述制备控制模块根据调整后的路基材料浆料质量配比计算调整后路基材料浆料的含水率ρ并根据ρ确定针对路基材料浆料质量配比中水的配比调整方式，所述制备控制模块设置有第一浆料含水率标准P1和浆料含水率标准P2，其中，4%＜P1＜P2＜6%，设定ρ=（5+4.5X/16）/（X+97），
当P1≤ρ≤P2时，所述制备控制模块判定含水率符合标准且调整后路基材料浆料的含水率合格，所述制备控制模块判定调整后的路基材料浆料质量配比合格并使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料；
当ρ＜P1或ρ＞P2时，所述制备控制模块判定含水率不符合标准且调整后路基材料浆料的含水率不合格，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准；
在所述步骤S4中，当所述制备控制模块判定调整后路基材料浆料的含水率不合格时，所述制备控制模块对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整以使路基材料浆料的含水量符合标准，所述制备控制模块设置有预设含水率标准值P00，第一含水率差值标准ΔP01、第二含水率差值标准ΔP02、第一浆料含水率水量调节系数β1、第二浆料含水率水量调节系数β2和第三浆料含水率水量调节系数β3，其中，P1＜P00＜P2，0＜ΔP01＜ΔP02＜4%，0＜β1＜0.9＜β2＜1＜β3，设定Δp=∣ρ-P00∣，
当Δp≤ΔP01时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第一水率差值标准，所述制备控制模块采用第一浆料含水率水量调节系数β1对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当ΔP01＜Δp≤ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差符合第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第二浆料含水率水量调节系数β2对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当Δp＞ΔP02时，所述制备控制模块判定浆料含水率偏差超出第二水率差值标准，所述制备控制模块采用第三浆料含水率水量调节系数β3对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整；
当所述制备控制模块判定采用第j浆料含水率水量调节系数βj对路基材料浆料质量配比中水的配比量进行调整时，其中，j=1，2，3，将调整后的路基材料浆料质量配比记为ma1’，ma1：ma2：ma3：ma4’=X：55：37：Y，其中，ma4’为调整后水的质量，Y为调整后水的配比量；
当ρ＜P00时，设定Y=5+Δp×βj；当ρ＞P00时，设定Y=5-Δp×βj；
当所述制备控制模块完成对路基材料浆料质量配比中水的配比量调节后，所述制备控制模块使用所述调整后的路基材料浆料质量配比用于制备路基材料。
2.根据权利要求1所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述第一碱激发物质、所述第二碱激发物质和水混合以制备成碱激发剂的步骤包括：
步骤S21，将所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的非液体物质溶于水并混合均匀，配置成碱性溶液；
步骤S22，将所述步骤S21配置成的所述碱性溶液与所述第一碱激发物质和所述第二碱激发物质中的液体物质进行混合，制备成碱激发剂；
步骤S23，所述碱激发剂配制完成后，需要进行冷却以将所述碱激发剂溶液温度降至常温。
3.一种根据权利要求2所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料制备方法制备的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其特征在于，所述路基材料由风积沙、碎石、胶凝材料和水组成，其中，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料5~8份，风积沙55份，碎石37份，水4~6份；
所述胶凝材料由矿渣、粉煤灰、水和碱激发剂组成，所述碱激发剂由第一碱激发物质和第二碱激发物质组成，其中，所述第一碱激发物质为水玻璃和无水硅酸钠中的任一种，所述第二碱激发物质为氢氧化钠和生石灰中的任一种；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=（3~5）：（3~7）：（0.7~0.9）：（0.4~0.9）：（4~5）；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=（3~5）：（3~7）：（0.5~0.8）：（0.4~0.9）：（4~5）；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=（3~5）：（3~7）：（1.5~2）：（0.4~0.6）：（3~5）；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量比为矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=（3~5）：（3~7）：（0.5~0.8）：（0.4~0.6）：（4~5）；
所述水玻璃的模数为2.4，所述粉煤灰为Ⅱ级低钙粉煤灰，所述粉煤灰中CaO含量≤10%，细度≤20%，需水量≤10%，烧失量≤8%；
所述风积沙与所述碎石的合成级配为：31.5mm筛孔通过率为100%；26.5mm筛孔通过率为90%~100%；19mm筛孔通过率为73%~87%；16mm筛孔通过率为65%~82%；13.2mm筛孔通过率为55%~75%；9.5mm筛孔通过率为47%~66%；4.75mm筛孔通过率为30%~50%；2.36mm筛孔通过率为19%~36%；1.18mm筛孔通过率为12%~26%；0.6mm筛孔通过率为8%~19%；0.3mm筛孔通过率为5%~14%；0.15mm筛孔通过率为3%~10%；0.075mm筛孔通过率为2%~7%。
4.根据权利要求3所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其特征在于，所述路基材料中各组成成分的配比按质量份数设置为：胶凝材料8份，风积沙55份，碎石37份，水4.5~5.5份。
5.根据权利要求4所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其特征在于，当所述碱激发剂组成为水玻璃和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为矿渣：粉煤灰：水玻璃：氢氧化钠：水=5：5：0.85：0.81：4.6；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和氢氧化钠时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：氢氧化钠：水=3.5：6.5：0.52：0.41：5；
当所述碱激发剂组成为水玻璃和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：水玻璃：生石灰：水=4.75：4.75：1.82：0.5：3.48；
当所述碱激发剂组成为无水硅酸钠和生石灰时，所述胶凝材料中各组成成分的质量配合比为：矿渣：粉煤灰：无水硅酸钠：生石灰：水=4.75：4.75：0.8：0.5：4.5。
6.根据权利要求5所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料，其特征在于，所述矿渣成分包括CaO和SiO2，其中，CaO占所述矿渣质量分数≥30%，SiO2占所述矿渣质量分数≥20%，所述粉煤灰成分包括SiO2和Al2O3，其中，SiO2占所述粉煤灰质量分数≥40%，Al2O3占所述粉煤灰质量分数≥10%。
7.一种应用权利要求3-6任一项所述的基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的施工工艺，其特征在于，所述基于矿渣-粉煤灰基地聚物的风积沙路基材料的施工厚度设置为不低于20cm。
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