CN117819898A - 一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法，由以下原料组成：水泥15～20份、1～5mm钢渣100～150份、10～15mm钢渣40～80份、5～5mm碎石30～50份、高活性超细矿物掺合料5～8份、碱性激发剂1～1.5份、固化剂1～1.5份、水12～18份。以不同尺度钢渣作为粗、细集料，配合高活性超细矿物掺合料骨架密实型结构，有效的提升了水稳材料的无侧限抗压强度、抗劈裂性能；能够很大程度上延长道路的使用寿命。本发明的制备方法简单，只需要进行混料搅拌等操作即可，可以有效提高施工效率。
Description
技术领域
本发明属于新型建筑材料领域，具体涉及一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法。
背景技术
水稳材料是通常是指由水泥、石灰、砂、碎石等多种原材料按一定比例混合而成的一种道路基层材料，具有性能稳定、承载力强等优点，是道公路、道路广泛采用的材料，能够为道路的长期使用提供保障。。
专利文献CN104529318A公开了一种钢渣粉水稳基层材料，原料包括干料和水，所述干料按重量百分比计，包括以下组分：水泥：3-4wt%，钢渣粉：13-26wt%，碎石：70-84wt%；所述水的加入量为适量。提高了水稳基层材料的力学性能、开拓钢渣利用新途径，该材料具有良好的板体性、较高的早期强度和抗裂性能，以及较强的抗变形能力，各项性能指标均符合相关标准的要求
专利文献CN102491703A公开了一种钢渣水稳基层材料，其组分包括钢渣、水泥、水和外加剂，其中：所述钢渣、水泥和水的重量配比为100：4-6：4-6，所述外加剂为所述水泥重量的0.6-6%。以级配钢渣替代碎石作骨料，采用一定数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。该种基层强度高，并且强度随龄期增加很快结成板体，因而具有较高的强度，透水性和抗冻性，可用于道路基层施工。
专利文献CN 115594455 A公开了一种磷石膏路面基层水稳材料的制备方法，包括下列步骤：步骤1：将酸性磷石膏与生石灰混合，然后加入水搅，拌均匀后进行闷料20-28h，之后在50~60℃条件下烘干，烘干后的物料过筛留下细颗粒粉末磷石膏，即为预处理磷石膏；步骤2：所述磷石膏路面基层水稳材料的原料配方由下列重量份的原料组成：预处理磷石膏、水泥、粉煤灰、级配砾石、水、外加剂：40-70重量份：5-7重量份：4-6重量份：19-49重量份：9-13重量份：0.3-0.4重量份；将预处理磷石膏、水泥、粉煤灰和级配砾石称量后混合均匀得到混合料，将外加剂溶于水中，混合后倒入搅拌均匀的混合料中，混合均匀得到混合物；步骤3：步骤2得到混合物搅拌均匀并倒入模具中，脱模后得到磷石膏路面基层水稳材料。
专利文献CN113880529A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。
随着我国基础建设的加快，路面承受的外力也愈发的严峻；这就要求道路施工材料的性能提升来提供有力的支撑。目前，在各方面性能方面，水稳材料仍有较大的提升空间。
发明内容
基于现有技术存在的缺陷和道路性能的需求，本发明的目的是提供一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法，以不同尺度钢渣作为粗、细集料，配合高活性超细矿物掺合料骨架密实型结构，有效的提升了水稳材料的无侧限抗压强度、抗劈裂性能；能够很大程度上延长道路的使用寿命。
为了实现本发明目的并取得良好效果，本发明采用如下技术方案：
一种钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
水泥15～20份、
1～5mm钢渣100～150份、
10～15mm钢渣40～80份、
5～5mm碎石30～50份、
高活性超细矿物掺合料5～8份、
碱性激发剂1～1.5份、
固化剂1～1.5份、
水12～18份。
进一步地，所述钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
水泥16～18份、
1～5mm钢渣120～130份、
10～15mm钢渣50～70份、
5～5mm碎石35～45份、
高活性超细矿物掺合料6～7份、
碱性激发剂1.2～1.3份、
固化剂1.2～1.3份、
水14～16份。
进一步地，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
进一步地，所述碱性激发剂由10～20份石膏、25～30份生石灰、15～20份水玻璃、5～10份碳酸钠复配而成。
本申请采用上述复配的碱性激发剂，其能够为水化提供碱性环境，进而使钢渣的粉玻璃体网络结构发生破坏，释放出钙离子和硅、铝氧四面体，生成更多的凝胶结构，可以提高水稳材料的密实度和力学性能。
进一步地，所述固化剂由20～30份硅酸钠、20～30份磷石膏、15～20份氯化钙、10～15份氧化镁组成。
进一步地，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：60～70份粉煤灰、20～30份锰矿尾矿渣、15～20份硅灰、5～10份赤泥、3～5份碳酸钙，4～10份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
进一步地，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1000～1200m2/Kg、粒度为50～80μm。
高活性超细矿物掺合料是超高性能混凝土（UHPC）常用的添加剂，在这方面研究较多；申请人在研究水稳材料方面时并未找添加高活性超细矿物掺合料方面的研究。基于此，申请人尝试在钢渣基道路水稳材料中添加高活性超细矿物掺合料，前期基础研究发现高活性超细矿物掺合料能够有效的提高水稳材料的性能。并且通过对高活性超细矿物掺合料组成筛选出较佳的组成和配比。
高活性超细矿物掺合料中以粉煤渣作为组要原料，其中含有大量的氧化铝和氧化硅，在水稳材料水化过程中产生大量的C-S-H、C-A—H凝胶，通过多级尺度粉体的堆积致密，与凝胶材料在水泥的存在下形成更加致密的内部结构，显著地提高了水稳材料的整体力学性能。
一种上述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
进一步地，所述养护为铺设土工布或洒水的方式，养护时间为8～10d。
现对于现有技术，本发明技术方案具有以下的有益效果：
（1）本申请采用高活性超细矿物掺合料作为性能提升助剂，是较新颖的一种应用方式，应用在水稳材料中能够有效提高其性能。申请人也通过对高活性超细矿物掺合料组成筛选出较佳的组成和配比。
（2）本发明钢渣基道路水稳材料采用了钢渣、粉煤灰、锰矿尾矿渣、硅灰、赤泥等工业废料作为原料，可以降低生产成本、并且随之可以提高工业废料的再利用，能有效避免资源浪费和环境污染。
（3）本发明的制备方法简单，只需要进行混料搅拌等操作即可，可以有效提高施工效率。
实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，下列实施方案中所述方法均为常规方法，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
一种钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
42.5级普通硅酸盐水泥15份、
1～5mm钢渣100份、
10～15mm钢渣40份、
5～5mm碎石30份、
高活性超细矿物掺合料5份、
碱性激发剂1份、
固化剂1份、
水12份。
其中，所述碱性激发剂由10份石膏、25份生石灰、15份水玻璃、5份碳酸钠复配而成。
其中，所述固化剂由20份硅酸钠、20份磷石膏、15份氯化钙、10份氧化镁组成。
其中，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：60份粉煤灰、2030份锰矿尾矿渣、15份硅灰、5份赤泥、3份碳酸钙，4份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
其中，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1097m2/Kg之间、粒度在50～80μm范围。
一种上述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
其中，所述养护为铺设土工布的方式，养护时间为8d。
实施例
一种钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
42.5级普通硅酸盐水泥水泥20份、
1～5mm钢渣150份、
10～15mm钢渣80份、
5～5mm碎石50份、
高活性超细矿物掺合料8份、
碱性激发剂1.5份、
固化剂1.5份、
水18份。
其中，所述碱性激发剂由20份石膏、30份生石灰、20份水玻璃、10份碳酸钠复配而成。
其中，所述固化剂由30份硅酸钠、30份磷石膏、20份氯化钙、15份氧化镁组成。
其中，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：70份粉煤灰、30份锰矿尾矿渣、20份硅灰、10份赤泥、5份碳酸钙，10份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
其中，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1126m2/Kg、粒度在50～80μm范围。
一种上述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
其中，所述养护为洒水的方式，养护时间为10d。
实施例
一种钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
42.5级普通硅酸盐水泥16份、
1～5mm钢渣120份、
10～15mm钢渣50份、
5～5mm碎石35份、
高活性超细矿物掺合料6份、
碱性激发剂1.2份、
固化剂1.2份、
水14份。
其中，所述碱性激发剂由12份石膏、26份生石灰、17份水玻璃、8份碳酸钠复配而成。
其中，所述固化剂由27份硅酸钠、22份磷石膏、16份氯化钙、13份氧化镁组成。
其中，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：65份粉煤灰、25份锰矿尾矿渣、18份硅灰、7份赤泥、4份碳酸钙，4份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
其中，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1107m2/Kg、粒度在50～80μm范围。
一种上述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
其中，所述养护为铺设土工布的方式，养护时间为9d。
实施例
一种钢渣基道路水稳材料，按照重量份计，由以下原料组成：
42.5级普通硅酸盐水泥水泥18份、
1～5mm钢渣130份、
10～15mm钢渣70份、
5～5mm碎石40份、
高活性超细矿物掺合料7份、
碱性激发剂1.3份、
固化剂1.3份、
水15份。
其中，所述碱性激发剂由13份石膏、29份生石灰、16份水玻璃、9份碳酸钠复配而成。
其中，所述固化剂由22份硅酸钠、23份磷石膏、18份氯化钙、14份氧化镁组成。
其中，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：64份粉煤灰、27份锰矿尾矿渣、15份硅灰、10份赤泥、3份碳酸钙，6份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
其中，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1148m2/Kg、粒度在50～80μm范围。
一种上述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
其中，所述养护为洒水的方式，养护时间为9d。
对比例1-4
申请人侧重研究了高活性超细矿物掺合料对钢渣基道路水稳材料体系的影响，做了对照组试验。具体的对比例1-4分别对应于实施例1-4，对比例与实施例的区别在于对比例没有添加高活性超细矿物掺合料，其他原料以及制备步骤基本是一致的。
为了考察本发明钢渣基道路水稳材料的性能，对上述实施例、对比例得到的钢渣基道路水稳材料测试无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、干缩系数。
无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量、干缩系数根据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行测试，测试的试样由上述钢渣基道路水稳材料制成φ50×50cm的圆柱试块，测试三个圆柱试块并计算其平均值作为结果。具体的数据记录于下表1。
表1
无侧限抗压强度是评价水稳材料力学性能的重要指标之一。由实施例、对比例的水稳材料的7d无侧限抗压强度可知，本发明提供的水稳材料在无侧限抗压强度方面远超出普通二级公路基层的标准，水稳性能稳定；28d无侧限抗压强度更是可以达到20MPa左右。相比于对比例，未添加高活性超细矿物掺合料的无侧限抗压强度都远低于本申请水平，这说明高活性超细矿物掺合料可以显著提升水稳材料的无侧限抗压强性能。
劈裂强度可用于评价水稳材料的断裂强度，即抗裂性能；劈裂强度值越高，表明水稳材料的抗裂性能越强，水稳材料所承受的拉伸应力就越大。由实施例、对比例的水稳材料的劈裂强度可知，本发明提供的水稳材料具有良好的抗裂性能，并且添加高活性超细矿物掺合料时也可以较大程度上提高劈裂强度，这与水温材料无侧限抗压强度提升的趋势也是一致的。此外，水稳材料的回弹模量数据的变化也与劈裂强度一致，即添加高活性超细矿物掺合料时也可以较大程度上提高回弹模量。
由实施例、对比例的水稳材料的干缩系数可知，相应实施例的干缩系数要明显低于对比例，表明高活性超细矿物掺合料的掺入降低了干缩系数，即有效提高了水稳材料的抗裂性能，可以有效保障道路不容易发生开裂，延长道路的运营年限。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种钢渣基道路水稳材料，其特征在于，按照重量份计，由以下原料组成：
水泥15～20份、
1～5mm钢渣100～150份、
10～15mm钢渣40～80份、
5～5mm碎石30～50份、
高活性超细矿物掺合料5～8份、
碱性激发剂1～1.5份、
固化剂1～1.5份、
水12～18份。
2.根据权利要求1所述钢渣基道路水稳材料，其特征在于，按照重量份计，由以下原料组成：
水泥16～18份、
1～5mm钢渣120～130份、
10～15mm钢渣50～70份、
5～5mm碎石35～45份、
高活性超细矿物掺合料6～7份、
碱性激发剂1.2～1.3份、
固化剂1.2～1.3份、
水14～16份。
3.根据权利要求1～2任一项所述钢渣基道路水稳材料，其特征在于，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1～2任一项所述钢渣基道路水稳材料，其特征在于，所述碱性激发剂由10～20份石膏、25～30份生石灰、15～20份水玻璃、5～10份碳酸钠复配而成。
5.根据权利要求1～2任一项所述钢渣基道路水稳材料，其特征在于，所述固化剂由20～30份硅酸钠、20～30份磷石膏、15～20份氯化钙、10～15份氧化镁组成。
6.根据权利要求1～2任一项所述钢渣基道路水稳材料，其特征在于，所述高活性超细矿物掺合料由以下原料研磨制备得到：60～70份粉煤灰、20～30份锰矿尾矿渣、15～20份硅灰、5～10份赤泥、3～5份碳酸钙，4～10份天然石膏；制备步骤为：将上述原料混合均匀后倒入至球磨机进行球磨、筛分。
7.根据权利要求4所述的钢渣基道路水稳材料，其特征在于，所述高活性超细矿物掺合料的比表面积为1000～1200m2/Kg、粒度为50～80μm。
8.一种如权利要求1～5任一项所述钢渣基道路水稳材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份将水泥、钢渣、碎石、高活性超细矿物掺合料、碱性激发剂、固化剂、倒入搅拌器中进行混合；
（2）随后加入水继续搅拌均匀，制备得到水稳材料；
（3）将水稳材料在道路上摊铺、碾压成型后，进行养护。
9.根据权利要求8所述的钢渣基道路水稳材料的制备方法，其特征在于，所述养护为铺设土工布或洒水的方式，养护时间为8～10d。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311604582.XA CN117819898A (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法 |
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| CN202311604582.XA CN117819898A (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法 |
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| CN202311604582.XA Pending CN117819898A (zh) | 2023-11-28 | 2023-11-28 | 一种钢渣基道路水稳材料及其制备方法 |
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2023
- 2023-11-28 CN CN202311604582.XA patent/CN117819898A/zh active Pending
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