一种高强低收缩抗裂路面基层材料的制作方法

文档序号:10587265阅读:334来源:国知局
一种高强低收缩抗裂路面基层材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强低收缩抗裂路面基层材料,属于建筑材料领域,它由水泥、钢渣砂、细粒土、外加剂以6:(10~40):(49~83):(1~5)的质量比复配而成。本发明所述基层材料以钢渣砂和细粒土作为原材料取代碎石,采用一定量的水泥和外加剂对钢渣土进行稳定处理,解决了筑路资源短缺和水泥稳定细粒土作为基层时收缩开裂大的问题,且可有效降低道路基层的造价。该基层材料具有强度高、干缩系数小、水稳定性好等特点,满足技术要求;能够提高基层材料的抗裂性能,防止出现裂缝,提高基层材料的路用性能和耐久性能,保证结构稳定的作用,可广泛应用于工程实际。
【专利说明】
-种高强低收缩抗裂路面基层材料
技术领域
[0001] 本发明属于建筑材料领域,具体设及一种高强低收缩抗裂路面基层材料。
【背景技术】
[0002] 在我国公路路面结构中,路面基层材料多采用石料。因砂石需求量巨大,已不能满 足日益增长的工程建设需求,不得不采取开山炸石、挖河采砂等方式获取原材料,给自然环 境带来严重破坏。另一方面,采石场与施工现场距离较远,长距离的石料运输增加了工程造 价。因此,为了节约石料使用,减少运输成本,国内外研究者充分利用来源最广泛的±壤资 源,采用稳定材料对道路基层±壤进行处理,使其满足工程设计要求。
[0003] 通常,由于水泥稳定细粒±的干缩和溫缩系数较大,容易产生收缩裂缝,影响渐青 面层,因此一般不用于二级和二级W上公路高级路面的基层,限制了细粒±的使用范围。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种高强低收缩抗裂路面基层材料, W钢渣砂和细粒±作为原材料取代碎石,采用一定量的水泥和外加剂对钢渣±进行稳定处 理,解决了筑路资源短缺和水泥稳定细粒±作为基层时收缩开裂大的问题,且可有效降低 道路基层的造价,所得基层材料具有强度高、干缩系数小、水稳定性好等特点,满足技术要 求,能够提高基层材料的抗裂性能,防止出现裂缝,提高基层材料的路用性能和耐久性能, 保证结构稳定,广泛应用于工程实际,同时可有效利用分布广泛的±壤资源和工业副产品, 取代碎石等天然资源,且设及的制备方法简单、原材料成本低、适合推广应用。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
[0006] -种高强低收缩抗裂路面基层材料,它由水泥、钢渣砂、细粒±、外加剂W6:( 10~ 40): (49~83): (1~5)的质量比复配而成;其中外加剂中的各组分及其所占质量百分比分 别为:包括石膏(CaS〇4 · 2也0)3~8%、九水偏娃酸钢(化2Si〇3 · 9也0)2~5%、水稳增强剂1 ~2%、氯化巧(CaCh · 2也0)10~28%、氧化儀15~30%、矿粉10~20%和消石灰15~25%。
[0007] 根据上述方案,所述细粒±的颗粒最大粒径小于9.5mm,且其中小于2.36mm的颗粒 含量不少于90 %。
[000引根据上述方案,所述水泥为P. 0 42.5普通娃酸盐水泥。
[0009] 根据上述方案,所述钢渣砂由炼钢厂排出的废渣陈化一年W上后再经破碎、筛分 和磁选工艺制备而成;其细度模数为2.0~3.6,0.075mm方孔筛的通过率为5~15%,表观密 度为3~3.5g/cm3,钢渣砂中f-CaO含量为1~5wt %。
[0010] 根据上述方案,所述石膏为天然二水石膏,其表观密度为1300~1600kg/m3,S〇3含 量 >35%。
[0011] 根据上述方案,所述九水偏娃酸钢为市售白色结晶状粉末,其相对密度为0.7~ 0.9,烙点为40~48°C,总碱量为28.5~30.0 wt %,二氧化娃含量为27.3~29.%。
[0012] 根据上述方案,所述水稳增强剂为市售硬脂酸钢乳液,其分子结构式(1)所示。 晦.*
[OOU]。成 气 (1)
[0014] 根据上述方案,所述氯化巧为市售二水氯化巧粉末,其中CaCl2的含量74~ 95wt% 〇
[0015] 根据上述方案,所述氧化儀由菱儀矿原料经900~liocrc保温般烧1~2.5h制备而 成,其中MgO的质量含量大于80%,比表面积大于300mVkg。
[0016] 根据上述方案,所述矿粉为高炉水渣,S95级,其勃氏比表面积大于350mVkg。
[0017] 根据上述方案,所述消石灰为市售氨氧化巧,呈白色粉末状固体,细度为80~400 目;其中CaO的含量为80~95wt%。
[001引本发明的原理为:
[0019] 1.强度:
[0020] (1)钢渣砂的渗入在一定程度上改善所得混合料的颗粒级配,有利于机械压实形 成强度;钢渣颗粒能均匀分布于水泥颗粒之间,在水化过程中具有微集料效应;钢渣中粒径 较小的粉料和矿粉在水泥、二水石膏和九水偏娃酸钢的相互作用下,其活性得到激发,水化 生成C-S-曲疑胶和巧抓石,运些水化产物相互交织搭接在±的孔隙中,将±颗粒包裹起来, 降低黏±的塑性,随着水化产物的增加,钢渣±也逐渐坚固起来,强度得到提升。
[0021] (2)二水石膏(CaS化· 2此0)在水泥水化早期与水泥矿物发生反应生成巧抓石晶 体,其与水化娃酸巧一起形成网状联结结构,填充于±体孔隙中,提高材料的强度。此外,在 二水石膏和消石灰的共同作用下,±壤、钢渣粉和矿粉中的活性氧化侣按如下过程进行反 应形成水化硫侣酸巧:
[0022] Ca〇+Al2〇3+3(CaS〇4 · 2出0)+2Ca(OH)2+24H2〇一3Ca0 · Al2〇3 · 3CaS〇4 · 32出0;
[0023] (3)氯化巧作为一种可溶性氯盐,与水泥中的C3A作用生成不溶于水的水化氯侣酸 盐,加速水泥中的C3A的水化;氯化巧还与水泥水化所得的化(0H)2反应生成难溶于水的氯酸 巧,降低液相中Ca(0H)2的浓度,加速C3S的水化,并生成的复盐增加水泥浆中固相的比例,形 成坚强的骨架,有助于水泥石结构的形成;另外,氯化巧溶于水后可提供二价的化离子,它 将与粘±颗粒表面的低价阳离子(化+、r等)进行离子交换,促使较小的±颗粒形成较大的 团粒,提高±体强度;另外,化C12还能促进钢渣粉中的C3A水化反应,与其发生作用生成水化 氯侣酸巧(3Ca0 · Al2〇3 · 3CaCl2 · 32此0),同时还与氨氧化巧作用生成氧氯化巧(CaCb · 3化(0H)2 · 12出0和3Ca(0H)2 · 12出0)等不溶性产物,增加固相的比例,形成坚固的骨架,提 高基层材料的强度;
[0024] (4)消石灰化曰(0脱)在±体孔隙中提供大量的Ca2+离子,二价巧离子将与±料中 的低价阳离子发生离子交换作用,降低±颗粒表面的水膜层厚度,使颗粒进一步凝聚在一 起,提高致密性;此外,氨氧化巧与±壤和钢渣砂中的活性氧化物发生火山灰反应,生成娃 酸巧、侣酸巧凝胶,使±颗粒和钢渣砂颗粒很好地胶结在一起;有一部分Ca(0H)2与二氧化 碳发生碳酸化作用生成稳定的碳酸巧,进一步提高材料的强度;
[0025] 上述组分协同作用,显著提高所得基层材料强度,有效取代碎石等天然资源。
[0026] 2.收缩性能:
[0027] (1)本发明采用氧化儀与水发生水化反应,水解生成Mg2+和助Γ,当达到饱和W后沉 淀析出氨氧化儀(MgO+出ο一Mg(0H)2);氨氧化儀晶体的生长和长大会引起固体体积的增大, 从而使稳定±形成一定的膨胀,减少稳定±各龄期内的自收缩,同时,生成的晶体还有效填 充±体的孔隙,致密稳定±结构;此外,±中孔隙水的Mgh离子将与粘±颗粒表面的低价阳 离子(Na+、r等)进行离子交换,±粒表面吸附的离子由一价变成二价,减少了±粒表面吸附 水膜厚度,使±粒更接近,分子引力随之增加,减少了吸水性,提高了水稳性;并可促使较小 的±颗粒形成较大的团粒,提高±体强度;氧化儀的水化是不可逆的渐进反应,水化反应是 连续稳定的;水化产物Mg(OH)2溶解度非常低,一旦生成便长期稳定存在,此外,氨氧化儀长 期暴露在空气中时,会与空气、±体孔隙中的的二氧化碳发生反应,生成碳酸儀,儀的碳酸 化合物就有很高的胶结强度,有利于提高稳定±的强度;
[0028] (2)钢渣砂中含有的1~5wt%f-化0水化生成氨氧化巧,体积膨胀,其可W用于补 偿基层材料的收缩,避免裂缝产生;
[0029] 3.稳性性:硬脂酸钢中含有18个碳原子的长碳链,长链控基为憎水基团,疏水性长 碳链端会伸入水泥±毛细孔中改变毛细孔网络的表面张力,可使水泥±的毛细孔及±体表 面成为憎水表面;硬脂酸钢中的簇基具有亲水特性,利用皂化反应化+取代,形成的一COONa 与水泥水化产物氨氧化巧作用,形成不溶性巧皂的薄络合吸附层,从而堵塞±体中毛细孔, 提高±体的抗渗性能和水稳定性能。
[0030] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0031] 1)本发明将细粒±应用于制备高强低收缩抗裂路面基层材料,可有效克服细粒± 干缩和溫缩系数较大的缺陷,同时与钢渣砂等其他胶凝材料复配使用,使所得基层材料表 现出低收缩、抗裂早期强度高、不影响施工进度、水稳性好等特点,提高道路使用寿命,适用 于底基层、基层、二级和二级W上公路高级路面的基层,拓宽了细粒±的应用范围。
[0032] 2)本发明可充分利用廉价的±壤资源、钢渣砂和矿粉等工业废渣,可节约大量的 自然资源和能源,并可有效取代碎石、砂石等天然矿物资源,环境友好,降低基层材料成本, 具有重要的环境效益、社会效益和经济效益。
[0033] 3)本发明采用少量的硬脂酸钢乳液,利用其特有的憎水亲水特性,降低±体毛细 孔表面张力并形成不溶性巧皂的薄络合吸附层,使±体具有一定的憎水能力,提高±体的 抗渗性能和水稳定性能。
[0034] 4)本发明采用具有延迟膨胀特性的氧化儀,利用其水化产生体积膨胀的特性,补 偿基层材料的早期自收缩,利用其特有的持续微膨胀性,又能在较长龄期内对基层材料的 中后期自收缩起到有效补偿。
【具体实施方式】
[0035] 为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步详细描述本发明的内容,但本发 明的内容不仅仅局限于W下的实例。
[0036] W下实施例中,水泥采用华新P. 0 42.5普通娃酸盐水泥,比表面积为336m^kg,3d 和28d强度分别为31.9MI^和43.3MPa;钢渣砂为炼钢厂排出的废渣在陈化一年W上再经破 碎、筛分和磁选工艺制备得到,所述钢渣砂的细度模数为2.3~3.6,0.075mm方孔筛通过率 为14.6%,表观密度为3~3.5g/cm3,钢渣砂中f-CaO含量为1~5wt% ;石膏为天然二水石 膏,表观密度1300~1600kg/m3,S化含量>35% ;九水偏娃酸钢为市售白色结晶状粉末,相对 密度为ο . 7~ο . 9,烙点为40~48 °C,总碱量为28.5~30 . Owt %,二氧化娃含量为27.3~ 29.% ;水稳增强剂为市售硬醋酸钢乳液;氯化巧为市售二水氯化巧粉末,其中化C12的 含量为74~95wt % ;矿粉为高炉水渣,S95级,其勃氏比表面积大于350mVkg;消石灰为市售 氨氧化巧,其中化0的含量80~95wt %,细度为80~400目,呈白色粉末状固体;氧化儀为900 ~llOCrC般烧菱儀矿(迂宁海城,其粒径为2~4cm)原料制得的氧化儀,MgO的质量含量大于 80%,比表面积大于300mVkg,具体制备方法如下:
[0037] 1)先将菱儀矿破碎到一定的粒径,然后将破碎过的菱儀矿放入粉磨机中粉磨半小 时,将粉料过200目筛,将粉料分别称lOOg放入瓷表面皿中;2)放入电子炉中,W10°C/min的 升溫速度,将炉溫分别加热到800°C、900°C、1000°C下,分别保溫化、1.5h、化、2.5h; 3)恒溫 设定时间之后取出,取出的轻烧氧化儀在干燥器中冷却;4)般烧制得的氧化儀按《YB/ T4019-2006》测定其活性,W下实施例中所使用的活性氧化儀,其般烧溫度为900°C,保溫时 间为1.化,比表面积为386mVkg。
[003引 W下实施例中,采用的细粒±为粉质黏±,其风干含水量为7.1%,粒径<4.75mm。
[0039] 实施例1
[0040] -种高强低收缩抗裂路面基层材料,它由水泥、钢渣砂、细粒±和外加剂W6: 20: 72: 2的质量比经复配而成,其中外加剂中各组分及其所占质量百分比为:二水石膏5 %、九 水偏娃酸钢2%、水稳增强剂1 %、矿粉20%、氯化巧25%、氧化儀25%、消石灰22% ;所述高 强低收缩抗裂路面基层材料的制备方法具体如下:
[0041 ]按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)测定上述原料的最 佳含水量为14.78 %,最大干密度为2.068g/cm3;按各组分的重量配比称取钢渣砂和细粒 ±,将二者进行混合,并加入比最佳含水量小3%的水,闷料不少于10小时;将称取的二水石 膏、九水偏娃酸钢、氯化巧、氧化儀、矿粉、消石灰与水泥充分混合至均匀得外加剂备用;试 件成型前化内,将所得外加剂混合粉加入到已闷料的混合料中进行拌合,边拌合边将预留 的3%水与水稳增强剂的混合液,拌合均匀的混合料,即为所述高强低收缩抗裂路面基层材 料,然后用压力机进行压制成型。
[0042] 参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程KJTG E51-2009)所述要求对所得 成型产品进行无侧限抗压强度和收缩试验,结果分别见表1和表2。
[0043] 表1实施例1~3所得高强低收缩抗裂路面基层材料的抗压强度测试结果
[0044]
[0045] 表2实施例1所得高强低收缩抗裂路面基层材料的干缩试验结果
[0046]
[0047] 实施例2
[004引一种高强低收缩抗裂路面基层材料,它由水泥、钢渣砂、细粒±和外加剂W6:40: 51:3的质量比经复配而成,其中外加剂中各组分及其所占质量百分比为:二水石膏5%、九 水偏娃酸钢5%、水稳增强剂2%、矿粉15%、氯化巧28%、氧化儀20%、消石灰25%。
[0049] 按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程KJTG E51-2009)测定上述原料的最 佳含水量为15.48 %,最大干密度为2.074g/cm3;按各组分的重量配比称取钢渣砂和细粒 ±,将二者进行混合,并加入比最佳含水量小3%的水,闷料不少于10小时;将称取的二水石 膏、九水偏娃酸钢、氯化巧、氧化儀、矿粉、消石灰与水泥充分混合至均匀得外加剂备用;试 件成型前化内,将所得外加剂混合粉加入到已闷料的混合料中进行拌合,边拌合边将预留 的3%水与水稳增强剂的混合液,拌合均匀的混合料,即为所述高强低收缩抗裂路面基层材 料,然后用压力机进行压制成型。
[0050] 参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程KJTG E51-2009)所述要求对所得 成型产品进行无侧限抗压强度和收缩试验,结果分别见表1和表3。
[0051] 表3实施例2所得高强低收缩抗裂路面基层材料的干缩试验结果
[0化2]
[0化3] 实施例3
[0054] -种高强低收缩抗裂路面基层材料,它由水泥、钢渣砂、细粒±和外加剂W6:10: 80:4的质量比经复配而成,其中外加剂中各组分及其所占质量百分比为:二水石膏5 %、九 水偏娃酸钢4%、水稳增强剂2%、矿粉20%、氯化巧15%、氧化儀29%、消石灰25%。
[0055] 按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程KJTG E51-2009)测定上述原料的最 佳含水量为15.08 %,最大干密度为2.070g/cm3;按各组分的重量配比称取钢渣砂和细粒 ±,将二者进行混合,并加入比最佳含水量小3%的水,闷料不少于10小时;将称取的二水石 膏、九水偏娃酸钢、氯化巧、氧化儀、矿粉、消石灰与水泥充分混合至均匀得外加剂备用;试 件成型前化内,将所得外加剂混合粉加入到已闷料的混合料中进行拌合,边拌合边将预留 的3%水与水稳增强剂的混合液,拌合均匀的混合料,即为所述高强低收缩抗裂路面基层材 料,然后用压力机进行压制成型。
[0056] 参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程KJTG E51-2009)所述要求对所得 成型产品进行无侧限抗压强度和收缩试验,结果分别见表1和表4。
[0057] 表4实施例3所得高强低收缩抗裂路面基层材料的干缩试验结果
[0化引
[0化9] 对比例
[0060] 一种水泥稳定±,它由水泥和细粒±W6:94的质量比经混合而成,然后用压力机 进行压制成型。按照实施例1所述方法对所得成型产品进行无侧限抗压强度和收缩试验,结 果分别见表1和表5。
[0061 ]表5对比例所得水泥稳定±的干缩试验结果
[0062]
[0063] 由表1可知,在最佳含水量和最大干密度状态下,通过本发明提供的高强低收缩抗 裂路面基层材料的7d和28d无侧限抗压强度均比水泥稳定±的强度高;由表2~5可知,通过 本发明提供的高强低收缩抗裂路面基层材料的干缩应变随时间增长的变化规律基本一致, 干缩应变均随着时间的增长而变大,而增大幅度比水泥稳定±的干缩应变值小;高强低收 缩抗裂路面基层材料的干缩系数随时间的增长呈不同程度减小趋势,比水泥稳定±体的干 缩系数小很多。
[0064] 综上所述,采用本发明提供的高强低收缩抗裂路面基层材料具有抗压强度高、干 缩系数小、水稳定性好等特点,满足技术要求。能够提高基层材料的抗裂性能,防止出现裂 缝,提高基层材料的路用性能和耐久性能,保证结构稳定的作用。
[0065] 显然,上述实例仅仅是为清楚地说明所作的实例,而并非对实施方式的限制。对于 所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可W做出其它不同形式的变化或变 动。运里无需也无法对所有的实施方案予w穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动 仍处于本发明创造的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,它由水泥、钢渣砂、细粒土、外加剂 以6: (10~40): (49~83):(1~5)的质量比复配而成;其中外加剂的各组分及其所占质量百 分比分别为:石膏3~8%、九水偏硅酸钠2~5 %、水稳增强剂1~2 %、氯化钙10~28%、氧化 镁15~30%、矿粉10~20%、消石灰15~25%。2. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述细粒土的颗 粒最大粒径小于9.5mm,且其中小于2.36mm的颗粒含量不少于90%。3. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述钢渣砂由炼 钢厂排出的废渣陈化一年以上后再经破碎、筛分和磁选工艺制备而成;其细度模数为2.0~ 3.6,0.075mm方孔筛的通过率为5~15 %,表观密度为3~3.5g/cm3,钢渣砂中f-CaO含量为1 ~5wt% 〇4. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述石膏为天然 二水石膏,其表观密度为1300~1600kg/m 3,S03含量彡35%。5. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述水稳增强剂 为市售硬脂酸钠乳液。6. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述氯化钙为市 售二水氯化钙粉末,其中CaCl2的含量74~95wt%。7. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述氧化镁由菱 镁矿原料经900~1100 °C保温煅烧1~2.5h制备而成,其中MgO的质量含量大于80%,比表面 积大于300m2/kg。8. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述矿粉为高炉 水渣,S95级,其勃氏比表面积大于350m 2/kg。9. 根据权利要求1所述的高强低收缩抗裂路面基层材料,其特征在于,所述消石灰为市 售氢氧化钙,呈白色粉末状固体,细度为80~400目;其中CaO的含量为80~95wt %。
【文档编号】C04B22/14GK105948639SQ201610279382
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】胡曙光, 帕丽达·卡地尔, 丁庆军, 李彦训, 谯理格, 徐意, 石华, 刘勇强
【申请人】武汉理工大学
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