一种用渣土复合煤矸石粉的道路铺筑材料及其制备方法_2

文档序号:8441695阅读:来源:国知局
得渣土和煤矸石的利用率高, 且该道路填筑材料的性能能够达到目前所用道路填筑材料的性能,进一步地,可以使道路 混凝土具有良好工作性和后期强度,并且可提高混凝土的早期耐磨性。

【发明内容】

[0016] 为了克服现有技术中存在的上述问题,本发明人经过深入研宄,提出了一种新的 解决方案,在该技术方案中,道路填筑材料的主要原料为渣土和煤矸石,能够使渣土和煤矸 石得到综合利用、制备的道路填筑材料性能完全可达标。本发明提供了如下技术方案:
[0017] 在一方面,提供了一种道路填筑材料,基于该道路填筑材料的总重量计,其包含 1-12重量%具有活性的微粉,10-25重量%煤矸石粉,40-70重量%渣土,和0. 02-0. 06重 量%的激发剂。
[0018] 所述具有活性的微粉的含量优选为5-10重量%,更优选8-10重量%。
[0019] 所述煤矸石粉的含量优选为15-25重量%,更优选15-20重量%。
[0020] 所述渣土的含量优选为40-60重量%,更优选40-50重量%。
[0021] 所述激发剂的含量优选为0. 02-0. 06重量%,更优选0. 03-0. 05重量%。
[0022] 所述道路填筑材料优选不包含水泥、沥青或水泥混凝土。
[0023] 所述具有活性的微粉可以为如下两种微粉(1)和(2)以1 : 5-5 : 1的重量比 例混合制得的混合物:(1)通过将建筑垃圾中的红砖、青砖、瓦和/或碎玻璃破碎、研磨至 比表面积为750-2200m 2/kg,优选1000-2200m2/kg,更优选1500-2200m2/kg获得的微粉; 和(2)将废陶瓷破碎、研磨至比表面积为1000_3000m 2/kg,优选1500-2600m2/kg,更优选 1800-2600m2/kg获得的微粉。
[0024] 渣土在建筑材料方面属于软质材料,建筑渣土在碾压过程中会发生比较严重的颗 粒破碎并产生细颗粒,从而影响道路的铺筑施工以及路基填料CBR值。相比而言,煤矸石具 有一定的强度,在碾压过程中不易发生颗粒破碎,从而与渣土粗料给路基材料提供有力的 强度支承,而建筑渣土中的细料可以有效填充渣土粗料和煤矸石中的孔隙,减小孔隙比,使 得在碾压次数较少的情况下也能够获得理想的整体强度与变形稳定性。本发明通过将渣土 和煤矸石有机组合,使得既能够获得高抗剪切能力(抗剪切能力主要来自摩擦力,即颗粒 之间的咬合力),同时还不会使颗粒之间的咬合结构被破坏,从而不容易产生局部不均匀沉 降。
[0025] 本发明的渣土优选为改性建筑渣土,所述改性方法可以包括以下步骤:
[0026] (1)将建筑澄土进行风干,然后粉碎,过6mm筛,收集粒径大于6mm且小于30mm的 建筑澄土作为粗料,粒径小于6mm的建筑澄土作为细料;
[0027] (2)将所述细料与石灰粉混合均匀,然后在自然条件下放置1-3天,制得第一混 合料,其中基于第一混合料的总重量计,石灰粉的含量为5-15重量%,并且其中,石灰粉的 粒径小于Imm ;
[0028] (3)将所述粗料与火山灰、粉煤灰和硫酸钙依次混合均匀,然后在自然条件下放置 3-5天,制得第二混合料,其中基于第二混合料的总重量计,火山灰的含量为1-5重量%,粉 煤灰的含量为5-10重量%,硫酸钙的含量为0. 2-1. O重量%,并且其中,火山灰的粒径小于 0. 50mm,粉煤灰的粒径小于Imm ;和
[0029] (4)将第一混合料和第二混合料混合均匀,第一混合料与第二混合料的重量比为 3 : 1至1.5 : 1,得到联合改性的建筑渣土。
[0030] 所述硫酸钙可以为市售硫酸钙粉末,其可以在没有进一步处理的情况下直接使 用。
[0031] 本发明人发现,在碱性条件下,渣土在ΟΓ离子的强烈作用下克服了富钙相的分解 活化能,首先使Ca-o、Mg-O键断裂,使富钙相的堆聚结构解体,生成大量的活性单元,这些 活性单元是不稳定的新生态,既能相互链接,也能和溶液中的Ca 2+结合成新的CSH凝胶体, 富钙相被瓦解后,矿渣玻璃体的连续结构支离破碎,富硅相裸露出来,0Γ离子作用下,富硅 相中Si-O-Si、Si-O-Al、Al-O-Al等键也发生断裂,玻璃体彻底瓦解。SiO 44'AlO45' Ca2+离 子进入溶液,重新组合,形成新的水化产物。
[0032] 此外,火山灰和粉煤灰是一类高硅、高铝、低钙的玻璃体,聚合度大,网络严密,要 充分激发其活性,必须破坏其Si-o、Al-O键,Si-O键的断裂主要受碱度的影响,Al-O键的 断裂除了受0Γ离子的影响外,还与SO广有关,因此在本发明中选择硫酸钙可以同时激发火 山灰、粉煤灰以及渣土。硫酸钙可以来自于火力发电厂石膏法废气处理后产生的硫酸钙废 弃物,易于获得且价格便宜。
[0033] 在本发明中,激发剂可以为复合生物激发剂,还可以为碱类激发剂和/或盐类激 发剂。
[0034] 在一个优选实施方案中,所述煤矸石粉的粒径为0· l-5cm,优选0· 5-1. 0cm,更优 选0. 5-0. 8cm,并且表面包覆有火山灰。其制备方法包括:(1)将煤矸石原料破碎成粒径 为0· 5-5cm,优选0· 5-1. 0cm,更优选0· 5-0. 8cm的颗粒;(2)将所述颗粒与基于该颗粒总重 量计0.01-0. 05重量%,优选0.02重量%的生石灰(CaO)和0. 1-1.0重量%,优选0.5重 量%的火山灰粉混合至均匀,制得混合料;和(3)向所述混合料加入基于该混合料总重量 计0. 1-1. 5重量%,优选I. 0重量%的水,搅拌至均匀,然后在环境条件下放置1-5天。
[0035] 所述煤矸石粉粒径的定义与本领域通常理解的不规则颗粒物的粒径含义相同,是 指颗粒的最大粒径。
[0036] 本发明人发现,煤矸石在空气和水的作用下,会继续发生物理和化学反应,例如其 中的未氧化部分会继续发生氧化,因此性质不稳定,需要进行稳定化处理。本发明人经过深 入研宄发现,在煤矸石表面包覆一层火山灰后可以隔绝其与外界环境接触,防止其发生物 理和化学反应,极大地提高稳定性。在本发明中,通过利用生石灰的反应能够使火山灰牢固 地附着在煤矸石表面,起到了良好的包封作用。这种事先包封方式与施工时在煤矸石层的 顶部和底部进行密封相比,密封效果要好很多,几乎可以完全隔绝外部环境。经试验发现, 本发明的这种煤矸石包封方式,与施工时在煤矸石层的顶部和底部进行密封相比,能够使 采用煤矸石的路基的寿命延长2倍以上,并且具有更大的施工灵活性。如前文所述,煤矸石 粉随着产地不同而化学性质存在差异,因此给道路填筑带来了很大的不可预测性,然而,通 过本发明的包封方式,可以消除这种性质差异带来的铺筑道路性能的不确定性。
[0037] 在现有的以建筑垃圾为原料的再生微粉制备中,其采用的原料基本上均是废混凝 土制备骨料中产生的细颗粒物质,并且制备的微粉难以获得较大的比表面积。更需要指出 的是,在现有的以建筑垃圾为原料的再生微粉制备中,为了使制得的建筑或道路填筑材料 满足要求,仅仅用再生微粉替代混凝土材料中部分水泥,而不能完全替代水泥。
[0038] 本发明人出人意料的发现,通过将建筑垃圾中的红砖、青砖、瓦和
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